ANSYS 18.0机械与结构有限元分析实例教程
作者： （中国）任继文，胡国良，龙铭
出版时间：2019年版
内容简介
本书以ANSYS18.0为例，对有限元及ANSYS分析的基本思想、基本步骤、应用技巧进行了详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述了ANSYS在机械与结构工程中的应用方法。书中尽量避免烦琐的理论叙述，从实际应用出发，根据作者使用该软件的经验，结合大量实例，采用GUI方式对操作过程进行了讲解，为了帮助用户熟悉ANSYS相关操作命令，书中给出了每个例子的命令流文件，并配备了视频。 全书总共10章。内容包括：有限元及ANSYS简介、实体建模、网格划分、施加载荷及求解、通用后处理器、时间历程后处理器、结构静力分析、非线性分析、动力学分析、热分析。 本书适合ANSYS软件的初、中级用户以及有初步使用经验的技术人员阅读。本书可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生学习ANSYS软件的教材，亦可作为从事结构分析等相关行业的工程技术人员使用ANSYS软件的参考书。
目录
第1章 有限元及ANSYS简介 / 1
1.1 有限元法简介 / 1
1.1.1 有限元方法的基本思想 / 1
1.1.2 有限元模型的基本构成 / 2
1.1.3 有限元分析的基本步骤 / 3
1.1.4 有限元分析解题步骤实例——梯形板 / 3
1.2 ANSYS18.0简介 / 13
1.2.1 ANSYS软件的基本功能 / 13
1.2.2 ANSYS18.0的新功能 / 14
1.2.3 ANSYS18.0的基本操作 / 17
1.3 ANSYS18.0的解题步骤实例——梯形板 / 20
1.3.1 分析问题 / 20
1.3.2 定义参数 / 20
1.3.3 创建几何模型 / 25
1.3.4 划分网格 / 26
1.3.5 施加载荷 / 27
1.3.6 求解 / 28
1.3.7 结果分析 / 29
1.3.8 结果比较 / 30
本章小结 / 32
练习题 / 32
第2章 实体建模 / 33
2.1 ANSYS建模基本方法 / 33
2.1.1 实体建模方法 / 33
2.1.2 直接生成法建模 / 35
2.1.3 从CAD图形中导入实体模型 / 35
2.1.4 三种建模方法的优缺点 / 35
2.2 坐标系及其操作 / 36
2.2.1 总体坐标系及其操作 / 36
2.2.2 局部坐标系及其操作 / 37
2.2.3 显示坐标系及其操作 / 39
2.2.4 节点坐标系及其操作 / 41
2.2.5 单元坐标系及其操作 / 42
2.2.6 结果坐标系及其操作 / 43
2.3 工作平面及使用 / 43
2.3.1 显示和设置工作平面 / 43
2.3.2 定义工作平面 / 45
2.3.3 旋转和平移工作平面 / 46
2.4 自底向上建模 / 47
2.4.1 定义及操作关键点 / 47
2.4.2 选择、查看和删除关键点 / 49
2.4.3 定义及操作线 / 50
2.4.4 选择、查看和删除线 / 53
2.4.5 定义及操作面 / 53
2.4.6 选择、查看和删除面 / 55
2.4.7 定义体 / 56
2.4.8 选择、查看和删除体 / 56
2.5 自顶向下建模 / 57
2.5.1 建立矩形面原始对象 / 58
2.5.2 建立圆或环形面原始对象 / 58
2.5.3 建立正多边形面原始对象 / 60
2.5.4 建立长方体原始对象 / 61
2.5.5 建立柱体原始对象 / 61
2.5.6 建立多棱柱原始对象 / 62
2.5.7 建立球体或部分球体原始对象 / 63
2.5.8 建立锥体或圆台原始对象 / 63
2.5.9 建立环体或部分环体原始对象 / 64
2.6 布尔运算 / 64
2.6.1 交运算 / 65
2.6.2 加运算 / 69
2.6.3 减运算 / 70
2.6.4 切割运算 / 71
2.6.5 搭接运算 / 75
2.6.6 分割运算 / 76
2.6.7 黏结运算 / 77
2.7 模型修改 / 77
2.7.1 移动图元 / 77
2.7.2 复制图元 / 78
2.7.3 镜像图元 / 79
2.7.4 缩放图元 / 79
2.7.5 转换图元坐标系 / 80
2.8 运用组件 / 81
2.8.1 组件和部件的操作 / 81
2.8.2 通过组件和部件选择实体 / 82
2.9 自顶向下实体建模实例1——轴承座实体建模 / 82
2.10 自底向上实体建模实例2——汽车连杆实体建模 / 88
本章小结 / 94
练习题 / 94
第3章 网格划分 / 96
3.1 定义单元属性 / 96
3.1.1 定义单元类型 / 96
3.1.2 定义实常数 / 98
3.1.3 定义材料参数 / 99
3.1.4 分配单元属性 / 102
3.2 网格划分控制 / 103
3.2.1 网格划分工具 / 104
3.2.2 Smart Size网格划分控制 / 105
3.2.3 尺寸控制 / 107
3.2.4 单元形状控制 / 110
3.2.5 网格划分器选择 / 110
3.3 实体模型网格划分 / 114
3.3.1 关键点网格划分 / 115
3.3.2 线网格划分 / 115
3.3.3 面网格划分 / 115
3.3.4 体网格划分 / 116
3.3.5 网格修改 / 118
3.4 网格检查 / 120
3.4.1 设置形状检查选项 / 120
3.4.2 设置形状限制参数 / 121
3.4.3 确定网格质量 / 121
3.5 直接法生成有限元模型 / 122
3.5.1 节点定义 / 122
3.5.2 单元定义 / 127
3.6 网格划分基本原则 / 131
3.6.1 网格数量 / 131
3.6.2 网格疏密 / 131
3.6.3 单元阶次 / 133
3.6.4 网格质量 / 134
3.7 自由网格划分实例1——轴承座 / 134
3.8 映射网格划分实例2——二维飞轮 / 136
3.9 扫掠网格划分实例3——汽车连杆 / 142
3.10 混合网格划分实例4——三维带孔飞轮 / 147
本章小结 / 153
练习题 / 154
第4章 施加载荷及求解 / 155
4.1 加载概述 / 155
4.1.1 载荷类型 / 155
4.1.2 载荷施加方式 / 156
4.1.3 载荷步、子步和平衡迭代 / 157
4.1.4 载荷步选项 / 158
4.1.5 载荷的显示 / 159
4.2 载荷的定义 / 159
4.2.1 自由度约束 / 159
4.2.2 集中载荷 / 163
4.2.3 表面载荷 / 166
4.2.4 体载荷 / 174
4.2.5 特殊载荷 / 176
4.3 求解 / 177
4.3.1 选择合适的求解器 / 177
4.3.2 求解多步载荷 / 179
4.3.3 求解 / 181
4.4 综合实例1——轴承座模型载荷施加及求解 / 182
4.5 综合实例2——汽车连杆模型载荷施加及求解 / 185
本章小结 / 186
练习题 / 187
第5章 通用后处理器 / 188
5.1 通用后处理器概述 / 188
5.1.1 通用后处理器处理的结果文件 / 188
5.1.2 结果文件读入通用后处理器 / 189
5.1.3 浏览结果数据集信息 / 190
5.1.4 读取结果数据集 / 190
5.1.5 设置结果输出方式与图形显示方式 / 193
5.2 图形显示计算结果 / 193
5.2.1 绘制变形图 / 193
5.2.2 绘制等值线图 / 195
5.2.3 绘制矢量图 / 197
5.2.4 绘制粒子轨迹图 / 198
5.2.5 绘制破碎图和压碎图 / 199
5.3 路径操作 / 200
5.3.1 定义路径 / 200
5.3.2 观察沿路径的结果 / 202
5.3.3 进行沿路径的数学运算 / 203
5.4 单元表 / 204
5.4.1 创建和修改单元表 / 204
5.4.2 基于单元表的数学运算 / 205
5.4.3 根据单元表绘制结果图形 / 206
5.5 载荷组合及其运算 / 207
5.5.1 创建载荷工况 / 208
5.5.2 载荷工况的读写 / 208
5.5.3 载荷工况数学运算 / 209
5.6 综合实例1——桁架计算 / 209
5.7 综合实例2——轴承座及汽车连杆后处理分析 / 215
5.7.1 轴承座后处理分析 / 215
5.7.2 汽车连杆后处理分析 / 216
本章小结 / 217
练习题 / 217
第6章 时间历程后处理器 / 218
6.1 定义和存储变量 / 219
6.1.1 变量定义 / 219
6.1.2 变量存储 / 220
6.1.3 变量的导入 / 222
6.2 变量的操作 / 222
6.2.1 数学运算 / 222
6.2.2 变量与数组相互赋值 / 223
6.2.3 数据平滑 / 225
6.2.4 生成响应频谱 / 226
6.3 查看变量 / 227
6.3.1 图形显示 / 227
6.3.2 列表显示 / 229
6.4 动画技术 / 231
6.4.1 直接生成动画 / 231
6.4.2 通过动画帧显示动画 / 231
6.4.3 动画播放 / 233
6.5 综合实例——钢球淬火温度计算 / 233
6.5.1 问题描述 / 233
6.5.2 GUI 操作步骤 / 234
本章小结 / 240
练习题 / 240
第7章 结构静力分析 / 241
7.1 结构分析概述 / 241
7.1.1 结构分析定义 / 241
7.1.2 结构分析的类型 / 241
7.1.3 结构分析所使用的单元 / 242
7.1.4 材料模式界面 / 242
7.1.5 求解方法 / 243
7.2 结构静力分析 / 243
7.2.1 结构静力分析的定义 / 243
7.2.2 结构静力分析类型 / 243
7.2.3 结构静力分析的求解步骤 / 243
7.3 平面问题静力分析实例——钢支架 / 244
7.3.1 问题提出 / 245
7.3.2 建立模型 / 245
7.3.3 施加载荷 / 250
7.3.4 求解 / 250
7.3.5 查看结果 / 251
7.4 轴对称结构静力分析实例——二维飞轮 / 251
7.4.1 问题提出 / 251
7.4.2 调出模型 / 252
7.4.3 施加载荷 / 252
7.4.4 求解 / 253
7.4.5 查看结果 / 253
7.5 周期对称结构静力分析实例——三维带孔飞轮 / 258
7.5.1 问题提出 / 258
7.5.2 调出模型 / 259
7.5.3 施加载荷 / 259
7.5.4 求解 / 260
7.5.5 查看结果 / 260
7.6 任意三维结构静力分析实例——六角扳手 / 265
7.6.1 问题提出 / 265
7.6.2 建立模型 / 265
7.6.3 施加载荷 / 273
7.6.4 求解 / 277
7.6.5 查看结果 / 277
本章小结 / 280
练习题 / 280
第8章 非线性分析 / 282
8.1 非线性分析简介 / 282
8.1.1 结构非线性的定义 / 282
8.1.2 结构非线性的类型 / 282
8.1.3 结构非线性的基本步骤 / 283
8.2 几何非线性分析实例——悬臂梁 / 283
8.2.1 问题提出 / 283
8.2.2 建立模型 / 284
8.2.3 施加载荷 / 285
8.2.4 求解 / 286
8.2.5 查看结果 / 286
8.3 材料非线性分析实例——铆钉 / 288
8.3.1 问题提出 / 289
8.3.2 建立模型 / 289
8.3.3 施加载荷 / 292
8.3.4 求解 / 293
8.3.5 查看结果 / 294
8.4 状态非线性分析实例——齿轮接触分析 / 297
8.4.1 问题提出 / 297
8.4.2 建立模型 / 297
8.4.3 施加载荷 / 304
8.4.4 求解 / 305
8.4.5 查看结果 / 306
8.5 非线性蠕变分析实例——螺栓 / 308
8.5.1 问题提出 / 308
8.5.2 建立模型 / 308
8.5.3 施加载荷 / 311
8.5.4 求解 / 312
8.5.5 查看结果 / 313
本章小结 / 315
第9章 动力学分析 / 316
9.1 动力学分析概述 / 316
9.1.1 动力学分析简介 / 316
9.1.2 动力学分析类型 / 316
9.2 模态分析 / 317
9.2.1 模态分析简介 / 317
9.2.2 模态分析步骤 / 317
9.2.3 模态分析实例——飞机机翼 / 320
9.3 谐波响应分析 / 325
9.3.1 谐波响应分析简介 / 325
9.3.2 谐波响应分析步骤 / 325
9.3.3 谐波响应分析实例——电动机工作台系统 / 326
9.4 瞬态动力分析 / 341
9.4.1 瞬态动力分析简介 / 341
9.4.2 瞬态动力分析步骤 / 341
9.4.3 瞬态动力分析实例——电动机工作台系统 / 343
9.5 谱分析 / 349
9.5.1 谱分析简介 / 349
9.5.2 谱分析步骤 / 350
9.5.3 谱分析实例——简支梁结构 / 351
本章小结 / 361
练习题 / 361
第10章 热分析 / 362
10.1 热分析基础知识 / 362
10.1.1 符号与单位 / 362
10.1.2 传热学经典理论 / 363
10.1.3 热传递方式 / 363
10.1.4 热分析类型 / 363
10.2 稳态热分析 / 364
10.2.1 稳态热分析的定义 / 364
10.2.2 热分析单元 / 364
10.2.3 稳态热分析基本过程 / 366
10.3 稳态热分析实例——潜水艇稳态温度分布计算 / 368
10.3.1 问题描述 / 368
10.3.2 建立模型 / 369
10.3.3 施加载荷 / 371
10.3.4 求解 / 371
10.3.5 查看结果 / 372
10.4 瞬态热分析 / 372
10.4.1 瞬态热分析的定义 / 372
10.4.2 瞬态热分析基本过程 / 372
10.5 瞬态热分析实例——浇铸过程砂箱温度变化分析 / 375
10.5.1 问题描述 / 375
10.5.2 建立模型 / 376
10.5.3 施加载荷 / 378
10.5.4 求解 / 380
10.5.5 查看结果 / 381
10.6 热应力分析 / 381
10.6.1 热应力分析的方法 / 381
10.6.2 间接法进行热应力分析的步骤 / 381
10.6.3 直接法进行热应力分析的步骤 / 382
10.7 热应力分析实例——冷却栅管热应力分布计算 / 382
10.7.1 问题描述 / 382
10.7.2 间接法 / 383
10.7.3 直接法 / 399
本章小结 / 406
练习题 / 406
参考文献 / 408
