ANSYS10.0結(jié)構(gòu)分析從入門到精通

第0章  緒論 1
0.1  ANSYS公司簡介 1
0.2  ANSYS系列產(chǎn)品簡介 1
0.2.1  結(jié)構(gòu)分析體系 2
0.2.2  電磁場(chǎng)分析體系 2
0.2.3  流體力學(xué)分析體系 2
0.2.4  行業(yè)化定制模塊 3
0.2.5  仿真模型建造系統(tǒng) 3
0.2.6  設(shè)計(jì)人員快捷分析工具箱 4
0.2.7  多目標(biāo)快速優(yōu)化工具 4
0.2.8  客戶化開發(fā)平臺(tái)（ANSYS
Workbench SDK） 4
0.3  ANSYS理論基礎(chǔ)（有限元法）簡介 5
0.3.1  有限元法的基本思想 5
0.3.2  有限元法的特點(diǎn) 6
0.4  ANSYS分析的基本過程 6
0.4.1  前處理 7
0.4.2  加載并求解 7
0.4.3  后處理 8
第1部分  基 礎(chǔ) 知 識(shí)
第1章  幾何建模 10
1.1  幾何建模概論 10
1.1.1  自底向上創(chuàng)建幾何模型 10
1.1.2  自頂向下創(chuàng)建幾何模型 11
1.1.3  布爾運(yùn)算建模 11
1.1.4  拖拉和旋轉(zhuǎn)建模 11
1.1.5  移動(dòng)和復(fù)制建模 11
1.1.6  模型的修改（清除和刪除）
原則 12
1.1.7  從IGES文件中將幾何模型導(dǎo)入
到ANSYS 12
1.2  坐標(biāo)系簡介 13
1.2.1  總體和局部坐標(biāo)系 13
1.2.2  顯示坐標(biāo)系 16
1.2.3  節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系 16
1.2.4  單元坐標(biāo)系 17
1.2.5  結(jié)果坐標(biāo)系 17
1.3  工作平面的使用 18
1.3.1  定義一個(gè)新的工作平面 18
1.3.2  控制工作平面的顯示和樣式 19
1.3.3  移動(dòng)工作平面 19
1.3.4  旋轉(zhuǎn)工作平面 20
1.3.5  還原一個(gè)已定義的工作平面 20
1.3.6  工作平面的高級(jí)用途 20
1.4  自底向上創(chuàng)建幾何模型 22
1.4.1  關(guān)鍵點(diǎn) 23
1.4.2  硬點(diǎn) 24
1.4.3  線 25
1.4.4  面 28
1.4.5  體 30
1.5  自頂向下創(chuàng)建幾何模型（體素） 31
1.5.1  創(chuàng)建面體素 31
1.5.2  創(chuàng)建實(shí)體體素 32
1.6  使用布爾操作修正幾何模型 34
1.6.1  布爾運(yùn)算的設(shè)置 34
1.6.2  布爾運(yùn)算之后的圖元編號(hào) 35
1.6.3  交運(yùn)算 35
1.6.4  兩兩相交 36
1.6.5  相加 36
1.6.6  相減 37
1.6.7  利用工作平面作減運(yùn)算 38
1.6.8  搭接 39
1.6.9  分割 39
1.6.10  粘接（或合并） 40
1.7  移動(dòng)、復(fù)制和縮放幾何模型 40
1.7.1  按照樣本生成圖元 41
1.7.2  由對(duì)稱映像生成圖元 41
1.7.3  轉(zhuǎn)換樣本圖元的坐標(biāo)系 41
1.7.4  實(shí)體模型圖元的縮放 42
1.8  從IGES文件中將幾何模型導(dǎo)入
到ANSYS 43
1.8.1  使用SMOOTH選項(xiàng) 44
1.8.2  使用FACETED選項(xiàng) 44
1.9  本章小結(jié) 45
第2章  劃分網(wǎng)格 46
2.1  有限元網(wǎng)格概論 46
2.2  設(shè)定單元屬性 47
2.2.1  生成單元屬性表 47
2.2.2  在劃分網(wǎng)格之前分配
單元屬性 48
2.3  網(wǎng)格劃分的控制 50
2.3.1  ANSYS網(wǎng)格劃分工具
（MeshTool） 50
2.3.2  單元形狀 50
2.3.3  選擇網(wǎng)格劃分類型 51
2.3.4  控制單元邊中點(diǎn)的位置 52
2.3.5  劃分自由網(wǎng)格時(shí)的單元尺寸
控制（SmartSizing） 52
2.3.6  映射網(wǎng)格劃分中單元的
默認(rèn)尺寸 53
2.3.7  局部網(wǎng)格劃分控制 54
2.3.8  內(nèi)部網(wǎng)格劃分控制 54
2.3.9  生成過渡棱錐單元 56
2.3.10  將退化的四面體單元轉(zhuǎn)化為
非退化的形式 57
2.3.11  執(zhí)行層網(wǎng)格劃分 57
2.4  自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格
劃分控制 58
2.4.1  自由網(wǎng)格劃分 58
2.4.2  映射網(wǎng)格劃分 59
2.5  給實(shí)體模型劃分有限元網(wǎng)格 64
2.5.1  用xMESH命令生成網(wǎng)格 64
2.5.2  生成帶方向節(jié)點(diǎn)的梁單元
網(wǎng)格 65
2.5.3  在分界線或者分界面處生成
單位厚度的界面單元 67
2.6  延伸和掃掠生成有限元模型 68
2.6.1  延伸生成網(wǎng)格 68
2.6.2  掃掠生成網(wǎng)格 71
2.7  修正有限元模型 73
2.7.1  局部細(xì)化網(wǎng)格 73
2.7.2  移動(dòng)和復(fù)制節(jié)點(diǎn)和單元 76
2.7.3  控制面、線和單元的法向 77
2.7.4  修改單元屬性 79
2.8  直接通過節(jié)點(diǎn)和單元生成
有限元模型 80
2.8.1  節(jié)點(diǎn) 80
2.8.2  單元 82
2.9  編號(hào)控制 85
2.9.1  合并重復(fù)項(xiàng) 85
2.9.2  編號(hào)壓縮 86
2.9.3  設(shè)定起始編號(hào) 86
2.9.4  編號(hào)偏差 87
2.10  本章小結(jié) 88
第3章  施加載荷 89
3.1  載荷概論 89
3.1.1  什么是載荷 89
3.1.2  載荷步、子步和平衡迭代 90
3.1.3  時(shí)間參數(shù) 91
3.1.4  階躍載荷與傾斜載荷 92
3.2  施加載荷 93
3.2.1  實(shí)體模型載荷與有限單元
載荷 93
3.2.2  施加載荷 94
3.2.3  軸對(duì)稱載荷與反作用力 100
3.2.4  利用表格來施加載荷 101
3.2.5  利用函數(shù)來施加載荷和
邊界條件 103
3.3  設(shè)定載荷步選項(xiàng) 105
3.3.1  通用選項(xiàng) 106
3.3.2  動(dòng)力學(xué)分析選項(xiàng) 109
3.3.3  非線性選項(xiàng) 110
3.3.4  輸出控制 111
3.3.5  Biot-Savart選項(xiàng) 112
3.3.6  譜分析選項(xiàng) 112
3.3.7  創(chuàng)建多載荷步文件 113
3.4  本章小結(jié) 114
第4章  求解 115
4.1  求解概論 115
4.1.1  使用直接求解法 116
4.1.2  使用稀疏矩陣直接解法
求解器 116
4.1.3  使用雅克比共軛梯度法
求解器 117
4.1.4  使用不完全分解共軛梯度法
求解器 117
4.1.5  使用預(yù)條件共軛梯度法
求解器 117
4.1.6  使用自動(dòng)迭代解法選項(xiàng) 118
4.1.7  獲得解答 119
4.2  利用特定的求解控制器來指定
求解類型 119
4.2.1  使用Abridged Solution菜單
選項(xiàng) 120
4.2.2  使用求解控制對(duì)話框 120
4.3  多載荷步求解 121
4.3.1  多重求解法 122
4.3.2  載荷步文件法 122
4.3.3  數(shù)組參數(shù)法（矩陣參數(shù)法） 123
4.4  重新啟動(dòng)分析 124
4.4.1  重新啟動(dòng)一個(gè)分析 125
4.4.2  多載荷步文件的重啟動(dòng)分析 129
4.5  預(yù)測(cè)求解時(shí)間和估計(jì)文件大小 131
4.5.1  估計(jì)運(yùn)算時(shí)間 131
4.5.2  估計(jì)文件的大小 131
4.5.3  估計(jì)內(nèi)存需求 132
4.6  本章小結(jié) 132
第5章  后處理 133
5.1  后處理概述 133
5.1.1  什么是后處理 133
5.1.2  結(jié)果文件 134
5.1.3  后處理可用的數(shù)據(jù)類型 134
5.2  通用后處理器（POST1） 135
5.2.1  將數(shù)據(jù)結(jié)果讀入數(shù)據(jù)庫 135
5.2.2  圖像顯示結(jié)果 142
5.2.3  列表顯示結(jié)果 149
5.2.4  表面操作 155
5.2.5  將結(jié)果映射到某一路徑上 159
5.2.6  將結(jié)果旋轉(zhuǎn)到不同坐標(biāo)系中
顯示 165
5.3  時(shí)間歷程后處理器（POST26） 166
5.3.1  定義和儲(chǔ)存POST26變量 167
5.3.2  檢查變量 169
5.3.3  POST26后處理器的其他
功能 171
5.4  本章小結(jié) 172

第2部分  專    題

第6章  結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析 174
6.1  結(jié)構(gòu)靜力學(xué)概論 174
6.2  結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析的基本步驟 174
6.2.1  建立模型 175
6.2.2  設(shè)置求解控制選項(xiàng) 175
6.2.3  設(shè)置其他求解選項(xiàng) 179
6.2.4  施加載荷 182
6.2.5  求解 184
6.2.6  檢查結(jié)果 185
6.3  實(shí)例：懸臂梁的橫向剪切應(yīng)力
分析 186
6.3.1  問題的描述 186
6.3.2  GUI路徑模式 187
6.3.3  命令流模式 197
6.4  本章小結(jié) 198
第7章  模態(tài)分析 199
7.1  模態(tài)分析概論 199
7.2  模態(tài)分析的基本步驟 199
7.2.1  建模 200
7.2.2  加載及求解 200
7.2.3  擴(kuò)展模態(tài) 203
7.2.4  觀察結(jié)果和后處理 205
7.3  實(shí)例：壓電變換器的自振頻率
分析 206
7.3.1  問題描述 206
7.3.2  GUI模式 207
7.3.3  命令流模式 219
7.4  本章小結(jié) 221
第8章  諧響應(yīng)分析 222
8.1  諧響應(yīng)分析概論 222
8.1.1  完全法（Full Method） 223
8.1.2  減縮法（Reduced Method） 223
8.1.3  模態(tài)疊加法（Mode
Superposition Method） 223
8.1.4  3種方法的共同局限性 224
8.2  諧響應(yīng)分析的基本步驟 224
8.2.1  建立模型（前處理） 224
8.2.2  加載和求解 225
8.2.3  觀察模型（后處理） 231
8.3  實(shí)例：彈簧質(zhì)子系統(tǒng)的諧響應(yīng)
分析 233
8.3.1  問題描述 233
8.3.2  GUI模式 234
8.3.3  命令流模式 245
8.4  本章小結(jié) 246
第9章  瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 247
9.1  瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)概論 247
9.1.1  完全法（Full Method） 247
9.1.2  模態(tài)疊加法（Mode
Superposition Method） 248
9.1.3  減縮法（Reduced Method） 248
9.2  瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的基本步驟 249
9.2.1  前處理 249
9.2.2  建立初始條件 249
9.2.3  設(shè)定求解控制器 250
9.2.4  設(shè)定其他求解選項(xiàng) 252
9.2.5  施加載荷 253
9.2.6  設(shè)定多載荷步 254
9.2.7  瞬態(tài)求解 255
9.2.8  后處理 255
9.3  實(shí)例：哥倫布阻尼的自由振動(dòng)
分析 257
9.3.1  問題描述 258
9.3.2  GUI模式 258
9.3.3  命令流模式 271
9.4  本章小結(jié) 272
第10章  譜分析 273
10.1  譜分析概論 273
10.1.1  響應(yīng)譜 273
10.1.2  動(dòng)力設(shè)計(jì)分析方法
（DDAM） 274
10.1.3  功率譜密度（PSD） 274
10.2  譜分析的基本步驟 274
10.2.1  前處理 274
10.2.2  模態(tài)分析 275
10.2.3  譜分析 275
10.2.4  擴(kuò)展模態(tài) 278
10.2.5  合并模態(tài) 279
10.2.6  后處理 281
10.3  實(shí)例：支撐平板的動(dòng)力效果分析 282
10.3.1  問題描述 282
10.3.2  GUI模式 283
10.3.3  命令流模式 307
10.4  本章小結(jié) 309
第11章  非線性分析 310
11.1  非線性分析概論 310
11.1.1  非線性行為的原因 310
11.1.2  非線性分析的基本信息 311
11.1.3  幾何非線性 314
11.1.4  材料非線性 315
11.1.5  其他非線性問題 319
11.2  非線性分析的基本步驟 320
11.2.1  前處理（建模和分網(wǎng)） 320
11.2.2  設(shè)置求解控制器 320
11.2.3  設(shè)定其他求解選項(xiàng) 322
11.2.4  加載 324
11.2.5  求解 325
11.2.6  后處理 325
11.3  實(shí)例：螺栓的蠕變分析 327
11.3.1  問題描述 327
11.3.2  GUI模式 327
11.3.3  命令流模式 335
11.4  本章小結(jié) 335
第12章  結(jié)構(gòu)屈曲分析 336
12.1  結(jié)構(gòu)屈曲概論 336
12.2  結(jié)構(gòu)屈曲分析的基本步驟 336
12.2.1  前處理 337
12.2.2  獲得靜力解 337
12.2.3  獲得特征值屈曲解 338
12.2.4  擴(kuò)展解 339
12.2.5  后處理（觀察結(jié)果） 341
12.3  實(shí)例：框架結(jié)構(gòu)的屈曲分析 342
12.3.1  問題描述 342
12.3.2  GUI模式 342
12.3.3  命令流模式 357
12.4  本章小結(jié) 360
第13章  接觸問題分析 361
13.1  接觸問題概論 361
13.1.1  一般分類 361
13.1.2  接觸單元 361
13.2  接觸分析的步驟 363
13.2.1  建立模型，并劃分網(wǎng)格 363
13.2.2  識(shí)別接觸對(duì) 363
13.2.3  定義剛性目標(biāo)面 364
13.2.4  定義柔性接觸面 365
13.2.5  設(shè)置實(shí)常數(shù)和單元關(guān)鍵點(diǎn) 367
13.2.6  控制剛性目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng) 368
13.2.7  給變形體單元施加必要的
邊界條件 369
13.2.8  定義求解選項(xiàng)和載荷步 369
13.2.9  求解 370
13.2.10  查看結(jié)果 370
13.3  實(shí)例：陶瓷套管的接觸分析 372
13.3.1  問題描述 372
13.3.2  GUI模式 373
13.3.3  命令流模式 386
13.4  本章小結(jié) 391
第14章  結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 392
14.1  結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)概論 392
14.2  優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本步驟 394
14.2.1  生成分析文件 395
14.2.2  建立優(yōu)化過程中的參數(shù) 398
14.2.3  進(jìn)入OPT處理器指定分析
文件 399
14.2.4  指定優(yōu)化變量 399
14.2.5  選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法 400
14.2.6  指定優(yōu)化循環(huán)控制方式 401
14.2.7  進(jìn)行優(yōu)化分析 402
14.2.8  查看設(shè)計(jì)序列結(jié)果 403
14.3  實(shí)例：框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 404
14.3.1  問題描述 404
14.3.2  GUI模式 404
14.3.3  命令流模式 417
14.4  本章小結(jié) 422