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内容简介 · · · · · ·
本书以有限元分析方法为基础，结合作者多年的使用和开发经验，通过丰富的工程实例将ANSYS 14.0 在
各个专业领域应用详细介绍给读者。
全书分为基础与实例两部分共17章。其中基础部分包括软件及有限元理论简介、有限元模型建立基础、建立有
限元模型实例、加载与求解、ANSYS后处理等；实例部分包括静力学分析、模态分析、结构瞬态分析、谱分析与谐响
应分析、结构非线性分析、热分析、热结构耦合分析、接触分析、复合材料分析、结构尺寸优化、ANSYS在机械工程
及土木工程中的应用等。本书光盘配有书中实例的几何模型以及实例的有限元分析模型，方便读者查阅。
本书注重基础，突出实例讲解，内容翔实，既可以作为航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、
电子产品、重型机械、微机电系统等领域的工程技术人员参考用书、也可以作为高年级本科生、研究生相关
专业的学习教材。
目录 · · · · · ·
目 录
第 1章 软件及有限元理论简介............................................................................................ 1
1.1 有限元仿真分析基本概念.............................................................................................. 1
1.1.1 单元、节点和自由度.................................................................................................. 1
1.1.2 载荷与边界条件.......................................................................................................... 2
1.1.3 前处理、求解和后处理.............................................................................................. 2
· · · · · · (更多)
第 1章 软件及有限元理论简介............................................................................................ 1
1.1 有限元仿真分析基本概念.............................................................................................. 1
1.1.1 单元、节点和自由度.................................................................................................. 1
1.1.2 载荷与边界条件.......................................................................................................... 2
1.1.3 前处理、求解和后处理.............................................................................................. 2
· · · · · · (更多)
目 录
第 1章 软件及有限元理论简介............................................................................................ 1
1.1 有限元仿真分析基本概念.............................................................................................. 1
1.1.1 单元、节点和自由度.................................................................................................. 1
1.1.2 载荷与边界条件.......................................................................................................... 2
1.1.3 前处理、求解和后处理.............................................................................................. 2
1.2 ANSYS 软件界面与启动................................................................................................ 3
1.2.1 ANSYS启动和交互.................................................................................................... 3
1.2.2 ANSYS界面................................................................................................................ 6
1.3 图形选取.......................................................................................................................... 8
1.3.1 鼠标按钮选择功能分配.............................................................................................. 8
1.3.2 空间选取和实体选取.................................................................................................. 9
1.3.3 查询选取.................................................................................................................... 10
1.4 结果评价........................................................................................................................ 11
1.4.1 结果评价的一些方法................................................................................................ 11
1.4.2 调试可疑的分析结果................................................................................................ 11
1.5 典型单元模型介绍........................................................................................................ 12
1.5.1 梁单元BEAM188...................................................................................................... 12
1.5.2 壳单元SHELL181..................................................................................................... 18
1.5.3 实体单元SOLID185 ................................................................................................. 19
1.5.4 结构质点MASS21 .................................................................................................... 24
1.5.5 常用单元列举............................................................................................................ 25
1.6 本章小结........................................................................................................................ 26
第2章 有限元模型建立基础.............................................................................................. 27
2.1 有限元模型建立过程.................................................................................................... 27
2.2 ANSYS 工作平面与坐标系.......................................................................................... 29
2.2.1 坐标系........................................................................................................................ 29
2.2.2 全局坐标系................................................................................................................ 30
2.2.3 局部坐标系................................................................................................................ 30
2.2.4 节点坐标系................................................................................................................ 34
2.2.5 其他坐标系................................................................................................................ 35
2.2.6 工作平面.................................................................................................................... 36
2.3 几何建模........................................................................................................................ 40
2.3.1 图元基本操作............................................................................................................ 41
2.3.2 几何建模通用操作.................................................................................................... 63
2.3.3 布尔操作.................................................................................................................... 67
2.3.4 查看几何模型性质.................................................................................................... 71
2.4 网格划分........................................................................................................................ 71
2.4.1 划分方式.................................................................................................................... 71
2.4.2 定义单元属性............................................................................................................ 72
2.4.3 网格划分控制............................................................................................................ 78
2.4.4 网格划分.................................................................................................................... 86
2.4.5 网格检查与修改........................................................................................................ 87
2.5 图形显示........................................................................................................................ 90
2.5.1 图形显示设置技巧.................................................................................................... 90
2.5.2 输出动画和图片........................................................................................................ 93
2.6 本章小结........................................................................................................................ 94
第3章 有限元模型建立实例.............................................................................................. 95
3.1 直接法实体模型建立.................................................................................................... 95
3.1.1 问题描述.................................................................................................................... 95
3.1.2 解决问题建立有限元模型........................................................................................ 96
3.2 连杆实例...................................................................................................................... 103
3.2.1 问题描述.................................................................................................................. 103
3.2.2 解决问题建立有限元模型...................................................................................... 104
3.3 支座建模并划分网格.................................................................................................. 113
3.3.1 问题描述.................................................................................................................. 113
3.3.2 解决问题建立有限元模型...................................................................................... 113
3.4 CAD 系统软件导入法建立模型................................................................................ 123
3.4.1 适用范围及注意事项.............................................................................................. 123
3.4.2 导入实体几何模型实例.......................................................................................... 124
3.4.3 导入划分好网格的有限元模型.............................................................................. 126
3.5 本章小结...................................................................................................................... 127
第4章 加载与求解.......................................................................................................... 128
4.1 对象选取与组件、集合.............................................................................................. 128
4.1.1 对象选取.................................................................................................................. 128
4.1.2 组件与集合.............................................................................................................. 130
4.2 加载.............................................................................................................................. 133
4.2.1 加载过程.................................................................................................................. 133
4.2.2 施载对象.................................................................................................................. 137
4.2.3 载荷类型.................................................................................................................. 138
4.2.4 载荷步通用设置...................................................................................................... 150
4.2.5 施加载荷方式.......................................................................................................... 151
4.3 求解.............................................................................................................................. 152
4.3.1 分析类型.................................................................................................................. 153
4.3.2 求解器...................................................................................................................... 154
4.3.3 求解与输出.............................................................................................................. 155
4.3.4 多载荷步求解.......................................................................................................... 157
4.3.5 重启动分析.............................................................................................................. 158
4.4 本章小结...................................................................................................................... 159
第5章 ANSYS 14.0后处理............................................................................................ 160
5.1 后处理概述.................................................................................................................. 160
5.1.1 后处理器类型.......................................................................................................... 160
5.1.2 结果文件.................................................................................................................. 161
5.1.3 后处理中的数据...................................................................................................... 161
5.2 通用后处理器（POST1）.......................................................................................... 161
5.2.1 读取结果数据.......................................................................................................... 161
5.2.2 图形方式查看结果.................................................................................................. 165
5.2.3 面操作...................................................................................................................... 174
5.2.4 列表显示结果.......................................................................................................... 181
5.2.5 将结果映射到路径.................................................................................................. 183
5.2.6 结果查看器.............................................................................................................. 185
5.2.7 部分其他操作.......................................................................................................... 186
5.3 时间历程后处理器（POST26）................................................................................ 186
5.3.1 时间历程变量查看器.............................................................................................. 187
5.3.2 定义变量.................................................................................................................. 187
5.3.3 变量数据运算操作.................................................................................................. 190
5.3.4 查看变量.................................................................................................................. 191
5.4 本章小结...................................................................................................................... 193
第6章 静力学分析.......................................................................................................... 194
6.1 有限元线性分析基本理论.......................................................................................... 194
6.1.1 线性本构关系（广义虎克定律）.......................................................................... 194
6.1.2 线性几何方程（小变形情况）.............................................................................. 195
6.1.3 平衡方程（虚功原理）.......................................................................................... 195
6.2 带孔板静力分析实例.................................................................................................. 197
6.2.1 问题描述.................................................................................................................. 197
6.2.2 启动ANSYS 并建立有限元分析项目................................................................... 197
6.2.3 有限元模型求解...................................................................................................... 199
VI
ANSYS 14.0 从入门到精通
6.2.4 有限元模型之后处理.............................................................................................. 201
6.3 多载荷作用下的阶梯轴分析...................................................................................... 202
6.3.1 问题描述及问题分析.............................................................................................. 202
6.3.2 启动ANSYS 并建立分析项目.............................................................................. 203
6.3.3 模型求解.................................................................................................................. 206
6.3.4 结果后处理。.......................................................................................................... 207
6.4 惯性载荷作用下的叶轮受力分析.............................................................................. 208
6.4.1 问题描述.................................................................................................................. 208
6.4.2 启动ANSYS 并进行前处理.................................................................................. 208
6.4.3 模型求解.................................................................................................................. 210
6.4.4 模型后处理.............................................................................................................. 211
6.5 静载荷作用下的简支梁.............................................................................................. 212
6.5.1 问题描述.................................................................................................................. 212
6.5.2 建立有限元模型...................................................................................................... 213
6.5.3 模型求解.................................................................................................................. 216
6.5.4 模型后处理.............................................................................................................. 217
6.6 本章小结...................................................................................................................... 219
第7章 模态分析.............................................................................................................. 220
7.1 结构动力学分析概述.................................................................................................. 220
7.2 模态分析简介及步骤.................................................................................................. 221
7.2.1 模态分析原理.......................................................................................................... 221
7.2.2 模态分析步骤.......................................................................................................... 223
7.3 连杆的模态分析.......................................................................................................... 224
7.3.1 问题描述.................................................................................................................. 224
7.3.2 建立分析有限元模型.............................................................................................. 224
7.3.3 模型求解.................................................................................................................. 226
7.3.4 模型后处理.............................................................................................................. 228
7.4 框架式建筑物有预应力模态分析.............................................................................. 230
7.4.1 问题描述.................................................................................................................. 230
7.4.2 建立分析项目和有限元模型.................................................................................. 231
7.4.3 加载求解.................................................................................................................. 236
7.4.4 模型后处理.............................................................................................................. 238
7.5 本章小结...................................................................................................................... 240
第8章 结构瞬态分析....................................................................................................... 241
8.1 概述.............................................................................................................................. 241
8.1.1 瞬态动力学分析一般描述和基本理论.................................................................. 241
8.1.2 运动方程的求解方法及各方法优缺点.................................................................. 242
8.1.3 瞬态分析时间步长选取准则.................................................................................. 245
8.2 冲击载荷作用下的管子.............................................................................................. 245
8.2.1 问题描述.................................................................................................................. 245
8.2.2 建立分析模型.......................................................................................................... 246
8.2.3 加载求解.................................................................................................................. 249
8.2.4 结果后处理.............................................................................................................. 255
8.2.5 小结.......................................................................................................................... 258
8.3 压力容器瞬态分析...................................................................................................... 258
8.3.1 问题描述.................................................................................................................. 258
8.3.2 建立有限元模型...................................................................................................... 259
8.3.3 加载求解.................................................................................................................. 262
8.3.4 结果后处理.............................................................................................................. 265
8.4 本章小结...................................................................................................................... 267
第9章 谱分析与谐响应分析............................................................................................ 268
9.1 概述.............................................................................................................................. 268
9.1.1 谐响应分析的定义与应用...................................................................................... 268
9.1.2 谱分析的定义与应用.............................................................................................. 269
9.2 谐响应分析.................................................................................................................. 269
9.3 “工作台-电动机”系统谐响应分析......................................................................... 271
9.3.1 问题描述.................................................................................................................. 271
9.3.2 建立有限元模型...................................................................................................... 271
9.3.3 加载求解.................................................................................................................. 278
9.3.4 结果后处理.............................................................................................................. 280
9.4 谱分析.......................................................................................................................... 282
9.5 板梁结构单点地震响应谱分析.................................................................................. 283
9.5.1 问题描述.................................................................................................................. 283
9.5.2 建立有限元模型...................................................................................................... 283
9.5.3 加载求解.................................................................................................................. 289
9.5.4 数据后处理.............................................................................................................. 292
9.6 本章小结...................................................................................................................... 293
第10章 结构非线性分析.................................................................................................294
10.1 非线性问题概述与基础理论.................................................................................... 294
10.1.1 结构非线性的定义................................................................................................ 294
10.1.2 结构非线性类型的描述........................................................................................ 295
10.1.3 求解基本原理........................................................................................................ 296
10.2 弹簧变形分析............................................................................................................ 299
10.2.1 问题描述................................................................................................................ 299
10.2.2 创建模型................................................................................................................ 299
10.2.3 加载求解................................................................................................................... 301
10.2.4 结果后处理............................................................................................................ 303
10.3 碰撞分析.................................................................................................................... 305
10.3.1 问题描述................................................................................................................ 305
10.3.2 建立分析项目及模型............................................................................................ 306
10.3.3 加载求解................................................................................................................ 308
10.3.4 结果后处理............................................................................................................ 310
10.4 电子产品跌落分析.................................................................................................... 312
10.4.1 问题描述................................................................................................................ 312
10.4.2 建立分析项目及模型............................................................................................ 313
10.4.3 加载求解................................................................................................................ 318
10.4.4 结果后处理............................................................................................................ 319
10.5 本章小结.................................................................................................................... 321
第11章 热分析................................................................................................................ 322
11.1 热分析概述和基本原理............................................................................................ 322
11.1.1 热分析概述............................................................................................................ 322
11.1.2 热分析基本原理.................................................................................................... 323
11.2 某潜艇保温分析........................................................................................................ 325
11.2.1 问题描述................................................................................................................ 325
11.2.2 创建模型................................................................................................................ 325
11.2.3 加载求解................................................................................................................ 330
11.2.4 结果后处理............................................................................................................ 330
11.3 淬火过程的瞬态热分析............................................................................................ 332
11.3.1 问题描述................................................................................................................ 332
11.3.2 模型建立................................................................................................................ 333
11.3.3 加载求解................................................................................................................ 337
11.3.4 结果后处理............................................................................................................ 339
11.4 本章小结.................................................................................................................... 341
第12章 热结构耦合分析.................................................................................................342
12.1 热结构耦合简介........................................................................................................ 342
12.1.1 热结构耦合方法.................................................................................................... 342
12.1.2 热结构耦合间接分析的基本步骤........................................................................ 343
12.1.3 顺序耦合和直接耦合的比较................................................................................ 344
12.2 气门热结构耦合分析................................................................................................ 345
12.2.1 问题描述................................................................................................................ 345
12.2.2 创建模型................................................................................................................ 346
12.2.3 加载求解................................................................................................................ 349
12.2.4 查看热分析结果.................................................................................................... 351
12.2.5 结构分析................................................................................................................ 351
12.2.6 结果后处理............................................................................................................ 354
12.3 本章小结.................................................................................................................... 355
第13章 接触分析............................................................................................................ 356
13.1 接触问题概述............................................................................................................ 356
13.2 轨道车辆车轮与钢轨接触........................................................................................ 359
13.2.1 问题描述................................................................................................................ 359
13.3.2 建立有限元模型.................................................................................................... 360
13.3.3 加载求解................................................................................................................ 365
13.3.4 结果后处理............................................................................................................ 367
13.4 本章小结.................................................................................................................... 369
第14章 复合材料分析..................................................................................................... 370
14.1 复合材料概述............................................................................................................ 370
14.1.1 复合材料的定义及分类........................................................................................ 370
14.1.2 复合材料的性能及用途........................................................................................ 371
14.1.3 树脂基和金属基复合材料.................................................................................... 372
14.2 高体积分数SICP/AL热残余应力分析.................................................................... 373
14.2.1 问题描述................................................................................................................ 373
14.2.2 创建有限元模型.................................................................................................... 374
14.2.3 加载与求解............................................................................................................ 377
14.2.4 数据后处理............................................................................................................ 379
14.2.5 小结........................................................................................................................ 381
14.3 纤维增强体热残余应力分析.................................................................................... 381
14.3.1 问题描述................................................................................................................ 381
14.3.2 创建有限元模型.................................................................................................... 381
14.3.3 加载与求解............................................................................................................ 385
14.3.4 结果后处理............................................................................................................ 387
14.4 本章小结.................................................................................................................... 389
第15章 优化设计............................................................................................................ 390
15.1 优化设计概述............................................................................................................ 390
15.1.1 优化设计的步骤.................................................................................................... 390
15.1.2 优化设计的一些基本概念.................................................................................... 392
15.1.3 优化设计算法介绍................................................................................................ 394
15.2 某导弹导流罩内部支撑结构优化............................................................................ 397
15.2.1 问题描述................................................................................................................ 397
15.2.2 建立模型................................................................................................................ 398
15.2.3 加载求解................................................................................................................ 403
15.2.4 结果后处理............................................................................................................ 404
15.2.5 优化设计................................................................................................................ 405
15.3 本章小结.................................................................................................................... 408
第16章 ANSYS在机械设计中的应用............................................................................. 409
16.1 问题概述.................................................................................................................... 409
16.2 静力分析.................................................................................................................... 410
16.2.1 问题描述................................................................................................................ 410
16.2.2 导入模型并划分网格............................................................................................ 410
16.2.3 加载求解................................................................................................................ 413
16.2.4 结果后处理............................................................................................................ 415
16.3 模态分析.................................................................................................................... 416
16.3.1 本节问题................................................................................................................ 416
16.3.2 模型处理与求解.................................................................................................... 417
16.3.3 结果处理................................................................................................................ 419
16.4 瞬态热分析................................................................................................................ 421
16.4.1 问题描述................................................................................................................ 421
16.4.2 模型建立................................................................................................................ 421
16.4.3 加载求解................................................................................................................ 424
16.4.4 结果后处理............................................................................................................ 426
16.5 热结构耦合分析........................................................................................................ 427
16.5.1 问题描述与问题分析............................................................................................ 427
16.5.2 加载求解................................................................................................................ 428
16.5.3 求解结果处理........................................................................................................ 431
16.6 综合分析报告............................................................................................................ 433
16.7 本章小结.................................................................................................................... 434
第17章 ANSYS在土木工程中的应用............................................................................. 435
17.1 边坡工程应用............................................................................................................ 435
17.1.1 边坡问题概述........................................................................................................ 435
17.1.2 问题描述................................................................................................................ 436
17.1.3 建立有限元模型.................................................................................................... 437
17.1.4 模型加载................................................................................................................ 442
17.1.5 查看初始状态结果................................................................................................ 444
17.1.6 更改滑体材料重新划分单元................................................................................ 444
17.1.7 结果后处理............................................................................................................ 446
17.2 桥梁桩分析................................................................................................................ 448
17.2.1 问题描述................................................................................................................ 448
17.2.2 建立有限元模型.................................................................................................... 448
17.2.3 模型加载................................................................................................................ 452
17.2.4 后处理.................................................................................................................... 453
17.2.5 模态分析................................................................................................................ 455
17.3 本章小结.................................................................................................................... 458
附录................................................................................................................................... 459
附录 1 单位制.................................................................................................................... 459
附录2 常用材料性能参数................................................................................................ 460
附录3 载荷及边界定义命令............................................................................................ 462
附录4 求解命令................................................................................................................ 464
附录5 后处理命令............................................................................................................ 465
参考文献............................................................................................................................. 469
· · · · · · (收起)
第 1章 软件及有限元理论简介............................................................................................ 1
1.1 有限元仿真分析基本概念.............................................................................................. 1
1.1.1 单元、节点和自由度.................................................................................................. 1
1.1.2 载荷与边界条件.......................................................................................................... 2
1.1.3 前处理、求解和后处理.............................................................................................. 2
1.2 ANSYS 软件界面与启动................................................................................................ 3
1.2.1 ANSYS启动和交互.................................................................................................... 3
1.2.2 ANSYS界面................................................................................................................ 6
1.3 图形选取.......................................................................................................................... 8
1.3.1 鼠标按钮选择功能分配.............................................................................................. 8
1.3.2 空间选取和实体选取.................................................................................................. 9
1.3.3 查询选取.................................................................................................................... 10
1.4 结果评价........................................................................................................................ 11
1.4.1 结果评价的一些方法................................................................................................ 11
1.4.2 调试可疑的分析结果................................................................................................ 11
1.5 典型单元模型介绍........................................................................................................ 12
1.5.1 梁单元BEAM188...................................................................................................... 12
1.5.2 壳单元SHELL181..................................................................................................... 18
1.5.3 实体单元SOLID185 ................................................................................................. 19
1.5.4 结构质点MASS21 .................................................................................................... 24
1.5.5 常用单元列举............................................................................................................ 25
1.6 本章小结........................................................................................................................ 26
第2章 有限元模型建立基础.............................................................................................. 27
2.1 有限元模型建立过程.................................................................................................... 27
2.2 ANSYS 工作平面与坐标系.......................................................................................... 29
2.2.1 坐标系........................................................................................................................ 29
2.2.2 全局坐标系................................................................................................................ 30
2.2.3 局部坐标系................................................................................................................ 30
2.2.4 节点坐标系................................................................................................................ 34
2.2.5 其他坐标系................................................................................................................ 35
2.2.6 工作平面.................................................................................................................... 36
2.3 几何建模........................................................................................................................ 40
2.3.1 图元基本操作............................................................................................................ 41
2.3.2 几何建模通用操作.................................................................................................... 63
2.3.3 布尔操作.................................................................................................................... 67
2.3.4 查看几何模型性质.................................................................................................... 71
2.4 网格划分........................................................................................................................ 71
2.4.1 划分方式.................................................................................................................... 71
2.4.2 定义单元属性............................................................................................................ 72
2.4.3 网格划分控制............................................................................................................ 78
2.4.4 网格划分.................................................................................................................... 86
2.4.5 网格检查与修改........................................................................................................ 87
2.5 图形显示........................................................................................................................ 90
2.5.1 图形显示设置技巧.................................................................................................... 90
2.5.2 输出动画和图片........................................................................................................ 93
2.6 本章小结........................................................................................................................ 94
第3章 有限元模型建立实例.............................................................................................. 95
3.1 直接法实体模型建立.................................................................................................... 95
3.1.1 问题描述.................................................................................................................... 95
3.1.2 解决问题建立有限元模型........................................................................................ 96
3.2 连杆实例...................................................................................................................... 103
3.2.1 问题描述.................................................................................................................. 103
3.2.2 解决问题建立有限元模型...................................................................................... 104
3.3 支座建模并划分网格.................................................................................................. 113
3.3.1 问题描述.................................................................................................................. 113
3.3.2 解决问题建立有限元模型...................................................................................... 113
3.4 CAD 系统软件导入法建立模型................................................................................ 123
3.4.1 适用范围及注意事项.............................................................................................. 123
3.4.2 导入实体几何模型实例.......................................................................................... 124
3.4.3 导入划分好网格的有限元模型.............................................................................. 126
3.5 本章小结...................................................................................................................... 127
第4章 加载与求解.......................................................................................................... 128
4.1 对象选取与组件、集合.............................................................................................. 128
4.1.1 对象选取.................................................................................................................. 128
4.1.2 组件与集合.............................................................................................................. 130
4.2 加载.............................................................................................................................. 133
4.2.1 加载过程.................................................................................................................. 133
4.2.2 施载对象.................................................................................................................. 137
4.2.3 载荷类型.................................................................................................................. 138
4.2.4 载荷步通用设置...................................................................................................... 150
4.2.5 施加载荷方式.......................................................................................................... 151
4.3 求解.............................................................................................................................. 152
4.3.1 分析类型.................................................................................................................. 153
4.3.2 求解器...................................................................................................................... 154
4.3.3 求解与输出.............................................................................................................. 155
4.3.4 多载荷步求解.......................................................................................................... 157
4.3.5 重启动分析.............................................................................................................. 158
4.4 本章小结...................................................................................................................... 159
第5章 ANSYS 14.0后处理............................................................................................ 160
5.1 后处理概述.................................................................................................................. 160
5.1.1 后处理器类型.......................................................................................................... 160
5.1.2 结果文件.................................................................................................................. 161
5.1.3 后处理中的数据...................................................................................................... 161
5.2 通用后处理器（POST1）.......................................................................................... 161
5.2.1 读取结果数据.......................................................................................................... 161
5.2.2 图形方式查看结果.................................................................................................. 165
5.2.3 面操作...................................................................................................................... 174
5.2.4 列表显示结果.......................................................................................................... 181
5.2.5 将结果映射到路径.................................................................................................. 183
5.2.6 结果查看器.............................................................................................................. 185
5.2.7 部分其他操作.......................................................................................................... 186
5.3 时间历程后处理器（POST26）................................................................................ 186
5.3.1 时间历程变量查看器.............................................................................................. 187
5.3.2 定义变量.................................................................................................................. 187
5.3.3 变量数据运算操作.................................................................................................. 190
5.3.4 查看变量.................................................................................................................. 191
5.4 本章小结...................................................................................................................... 193
第6章 静力学分析.......................................................................................................... 194
6.1 有限元线性分析基本理论.......................................................................................... 194
6.1.1 线性本构关系（广义虎克定律）.......................................................................... 194
6.1.2 线性几何方程（小变形情况）.............................................................................. 195
6.1.3 平衡方程（虚功原理）.......................................................................................... 195
6.2 带孔板静力分析实例.................................................................................................. 197
6.2.1 问题描述.................................................................................................................. 197
6.2.2 启动ANSYS 并建立有限元分析项目................................................................... 197
6.2.3 有限元模型求解...................................................................................................... 199
VI
ANSYS 14.0 从入门到精通
6.2.4 有限元模型之后处理.............................................................................................. 201
6.3 多载荷作用下的阶梯轴分析...................................................................................... 202
6.3.1 问题描述及问题分析.............................................................................................. 202
6.3.2 启动ANSYS 并建立分析项目.............................................................................. 203
6.3.3 模型求解.................................................................................................................. 206
6.3.4 结果后处理。.......................................................................................................... 207
6.4 惯性载荷作用下的叶轮受力分析.............................................................................. 208
6.4.1 问题描述.................................................................................................................. 208
6.4.2 启动ANSYS 并进行前处理.................................................................................. 208
6.4.3 模型求解.................................................................................................................. 210
6.4.4 模型后处理.............................................................................................................. 211
6.5 静载荷作用下的简支梁.............................................................................................. 212
6.5.1 问题描述.................................................................................................................. 212
6.5.2 建立有限元模型...................................................................................................... 213
6.5.3 模型求解.................................................................................................................. 216
6.5.4 模型后处理.............................................................................................................. 217
6.6 本章小结...................................................................................................................... 219
第7章 模态分析.............................................................................................................. 220
7.1 结构动力学分析概述.................................................................................................. 220
7.2 模态分析简介及步骤.................................................................................................. 221
7.2.1 模态分析原理.......................................................................................................... 221
7.2.2 模态分析步骤.......................................................................................................... 223
7.3 连杆的模态分析.......................................................................................................... 224
7.3.1 问题描述.................................................................................................................. 224
7.3.2 建立分析有限元模型.............................................................................................. 224
7.3.3 模型求解.................................................................................................................. 226
7.3.4 模型后处理.............................................................................................................. 228
7.4 框架式建筑物有预应力模态分析.............................................................................. 230
7.4.1 问题描述.................................................................................................................. 230
7.4.2 建立分析项目和有限元模型.................................................................................. 231
7.4.3 加载求解.................................................................................................................. 236
7.4.4 模型后处理.............................................................................................................. 238
7.5 本章小结...................................................................................................................... 240
第8章 结构瞬态分析....................................................................................................... 241
8.1 概述.............................................................................................................................. 241
8.1.1 瞬态动力学分析一般描述和基本理论.................................................................. 241
8.1.2 运动方程的求解方法及各方法优缺点.................................................................. 242
8.1.3 瞬态分析时间步长选取准则.................................................................................. 245
8.2 冲击载荷作用下的管子.............................................................................................. 245
8.2.1 问题描述.................................................................................................................. 245
8.2.2 建立分析模型.......................................................................................................... 246
8.2.3 加载求解.................................................................................................................. 249
8.2.4 结果后处理.............................................................................................................. 255
8.2.5 小结.......................................................................................................................... 258
8.3 压力容器瞬态分析...................................................................................................... 258
8.3.1 问题描述.................................................................................................................. 258
8.3.2 建立有限元模型...................................................................................................... 259
8.3.3 加载求解.................................................................................................................. 262
8.3.4 结果后处理.............................................................................................................. 265
8.4 本章小结...................................................................................................................... 267
第9章 谱分析与谐响应分析............................................................................................ 268
9.1 概述.............................................................................................................................. 268
9.1.1 谐响应分析的定义与应用...................................................................................... 268
9.1.2 谱分析的定义与应用.............................................................................................. 269
9.2 谐响应分析.................................................................................................................. 269
9.3 “工作台-电动机”系统谐响应分析......................................................................... 271
9.3.1 问题描述.................................................................................................................. 271
9.3.2 建立有限元模型...................................................................................................... 271
9.3.3 加载求解.................................................................................................................. 278
9.3.4 结果后处理.............................................................................................................. 280
9.4 谱分析.......................................................................................................................... 282
9.5 板梁结构单点地震响应谱分析.................................................................................. 283
9.5.1 问题描述.................................................................................................................. 283
9.5.2 建立有限元模型...................................................................................................... 283
9.5.3 加载求解.................................................................................................................. 289
9.5.4 数据后处理.............................................................................................................. 292
9.6 本章小结...................................................................................................................... 293
第10章 结构非线性分析.................................................................................................294
10.1 非线性问题概述与基础理论.................................................................................... 294
10.1.1 结构非线性的定义................................................................................................ 294
10.1.2 结构非线性类型的描述........................................................................................ 295
10.1.3 求解基本原理........................................................................................................ 296
10.2 弹簧变形分析............................................................................................................ 299
10.2.1 问题描述................................................................................................................ 299
10.2.2 创建模型................................................................................................................ 299
10.2.3 加载求解................................................................................................................... 301
10.2.4 结果后处理............................................................................................................ 303
10.3 碰撞分析.................................................................................................................... 305
10.3.1 问题描述................................................................................................................ 305
10.3.2 建立分析项目及模型............................................................................................ 306
10.3.3 加载求解................................................................................................................ 308
10.3.4 结果后处理............................................................................................................ 310
10.4 电子产品跌落分析.................................................................................................... 312
10.4.1 问题描述................................................................................................................ 312
10.4.2 建立分析项目及模型............................................................................................ 313
10.4.3 加载求解................................................................................................................ 318
10.4.4 结果后处理............................................................................................................ 319
10.5 本章小结.................................................................................................................... 321
第11章 热分析................................................................................................................ 322
11.1 热分析概述和基本原理............................................................................................ 322
11.1.1 热分析概述............................................................................................................ 322
11.1.2 热分析基本原理.................................................................................................... 323
11.2 某潜艇保温分析........................................................................................................ 325
11.2.1 问题描述................................................................................................................ 325
11.2.2 创建模型................................................................................................................ 325
11.2.3 加载求解................................................................................................................ 330
11.2.4 结果后处理............................................................................................................ 330
11.3 淬火过程的瞬态热分析............................................................................................ 332
11.3.1 问题描述................................................................................................................ 332
11.3.2 模型建立................................................................................................................ 333
11.3.3 加载求解................................................................................................................ 337
11.3.4 结果后处理............................................................................................................ 339
11.4 本章小结.................................................................................................................... 341
第12章 热结构耦合分析.................................................................................................342
12.1 热结构耦合简介........................................................................................................ 342
12.1.1 热结构耦合方法.................................................................................................... 342
12.1.2 热结构耦合间接分析的基本步骤........................................................................ 343
12.1.3 顺序耦合和直接耦合的比较................................................................................ 344
12.2 气门热结构耦合分析................................................................................................ 345
12.2.1 问题描述................................................................................................................ 345
12.2.2 创建模型................................................................................................................ 346
12.2.3 加载求解................................................................................................................ 349
12.2.4 查看热分析结果.................................................................................................... 351
12.2.5 结构分析................................................................................................................ 351
12.2.6 结果后处理............................................................................................................ 354
12.3 本章小结.................................................................................................................... 355
第13章 接触分析............................................................................................................ 356
13.1 接触问题概述............................................................................................................ 356
13.2 轨道车辆车轮与钢轨接触........................................................................................ 359
13.2.1 问题描述................................................................................................................ 359
13.3.2 建立有限元模型.................................................................................................... 360
13.3.3 加载求解................................................................................................................ 365
13.3.4 结果后处理............................................................................................................ 367
13.4 本章小结.................................................................................................................... 369
第14章 复合材料分析..................................................................................................... 370
14.1 复合材料概述............................................................................................................ 370
14.1.1 复合材料的定义及分类........................................................................................ 370
14.1.2 复合材料的性能及用途........................................................................................ 371
14.1.3 树脂基和金属基复合材料.................................................................................... 372
14.2 高体积分数SICP/AL热残余应力分析.................................................................... 373
14.2.1 问题描述................................................................................................................ 373
14.2.2 创建有限元模型.................................................................................................... 374
14.2.3 加载与求解............................................................................................................ 377
14.2.4 数据后处理............................................................................................................ 379
14.2.5 小结........................................................................................................................ 381
14.3 纤维增强体热残余应力分析.................................................................................... 381
14.3.1 问题描述................................................................................................................ 381
14.3.2 创建有限元模型.................................................................................................... 381
14.3.3 加载与求解............................................................................................................ 385
14.3.4 结果后处理............................................................................................................ 387
14.4 本章小结.................................................................................................................... 389
第15章 优化设计............................................................................................................ 390
15.1 优化设计概述............................................................................................................ 390
15.1.1 优化设计的步骤.................................................................................................... 390
15.1.2 优化设计的一些基本概念.................................................................................... 392
15.1.3 优化设计算法介绍................................................................................................ 394
15.2 某导弹导流罩内部支撑结构优化............................................................................ 397
15.2.1 问题描述................................................................................................................ 397
15.2.2 建立模型................................................................................................................ 398
15.2.3 加载求解................................................................................................................ 403
15.2.4 结果后处理............................................................................................................ 404
15.2.5 优化设计................................................................................................................ 405
15.3 本章小结.................................................................................................................... 408
第16章 ANSYS在机械设计中的应用............................................................................. 409
16.1 问题概述.................................................................................................................... 409
16.2 静力分析.................................................................................................................... 410
16.2.1 问题描述................................................................................................................ 410
16.2.2 导入模型并划分网格............................................................................................ 410
16.2.3 加载求解................................................................................................................ 413
16.2.4 结果后处理............................................................................................................ 415
16.3 模态分析.................................................................................................................... 416
16.3.1 本节问题................................................................................................................ 416
16.3.2 模型处理与求解.................................................................................................... 417
16.3.3 结果处理................................................................................................................ 419
16.4 瞬态热分析................................................................................................................ 421
16.4.1 问题描述................................................................................................................ 421
16.4.2 模型建立................................................................................................................ 421
16.4.3 加载求解................................................................................................................ 424
16.4.4 结果后处理............................................................................................................ 426
16.5 热结构耦合分析........................................................................................................ 427
16.5.1 问题描述与问题分析............................................................................................ 427
16.5.2 加载求解................................................................................................................ 428
16.5.3 求解结果处理........................................................................................................ 431
16.6 综合分析报告............................................................................................................ 433
16.7 本章小结.................................................................................................................... 434
第17章 ANSYS在土木工程中的应用............................................................................. 435
17.1 边坡工程应用............................................................................................................ 435
17.1.1 边坡问题概述........................................................................................................ 435
17.1.2 问题描述................................................................................................................ 436
17.1.3 建立有限元模型.................................................................................................... 437
17.1.4 模型加载................................................................................................................ 442
17.1.5 查看初始状态结果................................................................................................ 444
17.1.6 更改滑体材料重新划分单元................................................................................ 444
17.1.7 结果后处理............................................................................................................ 446
17.2 桥梁桩分析................................................................................................................ 448
17.2.1 问题描述................................................................................................................ 448
17.2.2 建立有限元模型.................................................................................................... 448
17.2.3 模型加载................................................................................................................ 452
17.2.4 后处理.................................................................................................................... 453
17.2.5 模态分析................................................................................................................ 455
17.3 本章小结.................................................................................................................... 458
附录................................................................................................................................... 459
附录 1 单位制.................................................................................................................... 459
附录2 常用材料性能参数................................................................................................ 460
附录3 载荷及边界定义命令............................................................................................ 462
附录4 求解命令................................................................................................................ 464
附录5 后处理命令............................................................................................................ 465
参考文献............................................................................................................................. 469
· · · · · · (收起)
"ANSYS 14.0 从入门到精通"试读 · · · · · ·
第16章 ANSYS在机械设计中的应用 导言 本章以机械工程中的发动机缸体为分析对象，根据使用要求进行综合分析，包括静力分析、瞬态热分析、模态分析、热结构耦合分析，通过本章的学习使读者对工程分析能有一个较具体的了解。 学习目标 ★ 了解实际问题进行的相关分析选择 ★ 掌握分析的顺序合理安排 ★ 了解分析ANSYS报告编写 16.1 问题概述 某车用发动机缸体，是一个复杂的..
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