ANSYS Workbench 17.0數(shù)值模擬與實例精解

第1章　ANSYS Workbench基礎(chǔ)介紹　12
1．1　ANSYS Workbench概述　12
1．2　ANSYS Workbench平臺與模塊　12
1．2．1　ANSYS Workbench啟動方式　12
1．2．2　Workbench平臺界面　13
1．2．3　主菜單欄　14
1．2．4　基本工具欄　15
1．2．5　工具箱　15
1．2．6　項目流程圖　16
1．3　ANSYS Workbench文件管理　16
1．4　ANSYS Workbench單位系統(tǒng)　17
1．5　本章小結(jié)　18
第2章　幾何建模與模型清理　19
2．1　DesignModeler概述　19
2．1．1　DesignModeler介紹　19
2．1．2　DesignModeler啟動和CAD文件交互　19
2．1．3　DesignModeler交互界面　20
2．1．4　DesignModeler主菜單欄　20
2．1．5　DesignModeler工具欄　21
2．1．6　鼠標(biāo)操作　22
2．1．7　選擇過濾器　22
2．1．8　框選　22
2．1．9　選擇面板　23
2．1．10　圖形控制　23
2．1．11　彈出快捷菜單　23
2．2　草圖繪制　24
2．2．1　單位制　25
2．2．2　創(chuàng)建新平面和平面變換　25
2．2．3　創(chuàng)建新草繪　26
2．2．4　草繪工具　26
2．2．5　草圖投影與援引　28
2．3　3D建模創(chuàng)建與工具　28
2．3．1　體和零件　28
2．3．2　3D特征操作（【Create】菜單）　29
2．3．3　高級工具（【Tools】菜單）　30
2．4　參數(shù)化建?！?1
2．4．1　DM參數(shù)化建模　31
2．4．2　一般CAD軟件參數(shù)化導(dǎo)入DM的方法　32
2．5　概念建?！?3
2．5．1　創(chuàng)建線體　33
2．5．2　建立面　35
2．6　幾何建模實例　36
2．6．1　構(gòu)件搬運臺車建模實例　36
2．6．2　飛機機翼1D和2D混合建模實例　40
2．7　幾何清理實例　45
渦輪機外殼結(jié)構(gòu)幾何清理簡化實例　45
2．8　本章小結(jié)　48
第3章　工程數(shù)據(jù)定義與網(wǎng)格劃分　49
3．1　工程數(shù)據(jù)定義基礎(chǔ)　49
3．1．1　Engineering Data界面　49
3．1．2　定義材料參數(shù)　50
3．1．3　添加新材料進入材料庫　51
3．1．4　賦予材料屬性　52
3．2　網(wǎng)格劃分技術(shù)　52
3．2．1　全局網(wǎng)格控制　52
3．2．2　局部網(wǎng)格劃分控制　55
3．2．3　虛擬拓?fù)洹?9
3．2．4　預(yù)覽和生成網(wǎng)格　60
3．3　網(wǎng)格劃分實例　61
3．3．1　裁紙凹模三維結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分　61
3．3．2　Semi-Elliptocal Crack裂紋網(wǎng)格劃分　63
3．3．3　旋風(fēng)分離器網(wǎng)格劃分　65
3．3．4　三通管膨脹層網(wǎng)格劃分實例　67
3．3．5　簡易形狀結(jié)構(gòu)快速網(wǎng)格劃分實例　68
3．4　本章小結(jié)　70
第4章　Workbench-Mechanical 通用設(shè)置　71
4．1　Workbench-Mechanical概述　71
4．2　Mechanical分析基本步驟　71
4．3　Mechanical交互界面　72
4．3．1　菜單欄　72
4．3．2　工具欄　72
4．3．3　導(dǎo)航樹　73
4．3．4　明細(xì)欄　73
4．3．5　圖形窗口　73
4．3．6　程序應(yīng)用向?qū)А?4
4．4　導(dǎo)航樹基本分支與操作流程說明　74
4．4．1　預(yù)處理　74
4．4．2　求解模型　75
4．4．3　后處理　75
4．5　常用基本預(yù)處理操作　76
4．5．1　坐標(biāo)系Coordinate Systems　76
4．5．2　命名選擇Named Selections　76
4．5．3　目標(biāo)生成器Object Generator　77
4．5．4　注釋設(shè)置Annotation Preferences　77
4．5．5　自定義節(jié)點編號Mesh Numbering　78
4．5．6　遠(yuǎn)程點Remote Point　78
4．6　本章小結(jié)　79
第5章　線性靜力學(xué)結(jié)構(gòu)分析　80
5．1　線性靜力學(xué)分析基礎(chǔ)　80
5．1．1　2D平面問題　80
5．1．2　1D桿與梁的問題　81
5．1．3　板殼和3D結(jié)構(gòu)分析　82
5．2　線性靜力學(xué)分析流程　82
5．3　線性靜力學(xué)分析載荷與支撐　83
5．3．1　慣性載荷　83
5．3．2　載荷與約束　84
5．4　結(jié)果后處理　86
5．4．1　變形　87
5．4．2　應(yīng)力和應(yīng)變　87
5．4．3　線性化應(yīng)力　88
5．4．4　應(yīng)力工具　89
5．4．5　接觸工具　90
5．4．6　疲勞工具　90
5．4．7　梁工具　90
5．4．8　探測　91
5．4．9　用戶自定義結(jié)果　91
5．4．10　圖形顯示　91
5．4．11　求解組合　92
5．4．12　收斂　92
5．4．13　應(yīng)力奇異　92
5．5　靜力學(xué)結(jié)構(gòu)分析實例　93
5．5．1　一榀鋼梁結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析　93
5．5．2　電動缸銷軸結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析　95
5．6　本章小結(jié)　99
第6章　動力學(xué)分析概述　100
6．1　動力學(xué)分析的目的　100
6．1．1　動力學(xué)分析涉及的物理現(xiàn)象　100
6．1．2　動力學(xué)分析類型　100
6．1．3　動力學(xué)有限元建模原則　101
6．2　通用運動控制方程　101
6．3　阻尼　102
6．3．1　單元阻尼　102
6．3．2　Alpha阻尼和Beta阻尼　102
6．3．3　常數(shù)阻尼　103
6．3．4　數(shù)值阻尼　104
6．4　本章小結(jié)　104
第7章　模態(tài)分析　105
7．1　模態(tài)分析基礎(chǔ)　105
7．1．1　模態(tài)分析的目的　105
7．1．2　術(shù)語和概念　105
7．1．3　振型歸一化　106
7．1．4　模態(tài)分析接觸設(shè)置　106
7．1．5　預(yù)應(yīng)力設(shè)置　106
7．1．6　分析設(shè)置　106
7．1．7　參與因子與有效質(zhì)量　107
7．2　模態(tài)分析基本流程　108
7．3　模態(tài)分析實例　108
簡易機翼結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析　108
7．4　本章小結(jié)　112
第8章　諧響應(yīng)分析　113
8．1　諧響應(yīng)分析基礎(chǔ)　113
8．1．1　諧響應(yīng)分析的目的　113
8．1．2　諧響應(yīng)分析的輸入與輸出　113
8．1．3　諧響應(yīng)分析運動方程　113
8．1．4　諧響應(yīng)分析求解方法　114
8．2　諧響應(yīng)分析基本流程　114
8．3　諧響應(yīng)分析實例　116
連桿結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析　116
8．4　本章小結(jié)　121
第9章　響應(yīng)譜分析　122
9．1　響應(yīng)譜分析意義　122
9．2　響應(yīng)譜分析基礎(chǔ)　122
9．2．1　響應(yīng)譜的定義與產(chǎn)生　122
9．2．2　響應(yīng)譜分析類型　123
9．2．3　單點響應(yīng)譜分析　123
9．2．4　多點響應(yīng)譜分析　124
9．3　響應(yīng)譜分析基本流程　124
9．4　響應(yīng)譜分析實例　126
石油井架地震單點響應(yīng)譜分析　126
9．5　本章小結(jié)　128
第10章　隨機振動分析　129
10．1　隨機振動分析的目的　129
10．2　功率譜密度　129
10．3　隨機振動理論簡介　130
10．3．1　隨機振動計算的假設(shè)與限制　130
10．3．2　隨機振動分布規(guī)律　130
10．3．3　隨機振動理論　130
10．4　隨機振動分析基本流程　131
10．5　隨機振動分析實例　132
車用杯架隨機振動分析　132
10．6　本章小結(jié)　134
第11章　瞬態(tài)動力學(xué)分析　135
11．1　瞬態(tài)動力學(xué)分析基礎(chǔ)　135
11．1．1　瞬態(tài)動力學(xué)分析特點　135
11．1．2　瞬態(tài)動力學(xué)分析術(shù)語　135
11．2　瞬態(tài)動力學(xué)分析求解技術(shù)（完全法）　136
11．2．1　瞬態(tài)分析中的非線性　136
11．2．2　平衡迭代與收斂　137
11．2．3　載荷步、子步與平衡迭代　137
11．2．4　自動時間步　138
11．2．5　完全瞬態(tài)動力學(xué)的分析設(shè)置　138
11．2．6　Initial Conditions初始條件設(shè)置　139
11．2．7　載荷與約束　140
11．3　瞬態(tài)動力學(xué)分析求解技術(shù)（模態(tài)疊加法）　140
11．4　瞬態(tài)動力學(xué)分析基本流程　140
11．5　瞬態(tài)動力學(xué)分析實例　141
銅管折彎瞬態(tài)動力學(xué)分析　141
11．6　本章小結(jié)　143
第12章　剛體動力學(xué)分析　144
12．1　剛體動力學(xué)分析簡介　144
12．2　剛體動力學(xué)裝配連接　144
12．2．1　運動副（Joints）　144
12．2．2　彈簧（Springs）　145
12．2．3　接觸對關(guān)系　145
12．2．4　約束方程　145
12．3　剛體動力學(xué)分析流程　146
12．4　Motion Load載荷導(dǎo)入靜力學(xué)分析流程　147
12．5　剛體動力學(xué)分析實例　147
某剪切送物機構(gòu)剛體動力學(xué)分析　147
12．6　本章小結(jié)　151
第13章　顯式動力學(xué)分析　152
13．1　顯式動力學(xué)分析簡介　152
13．2　顯式動力學(xué)分析流程　153
13．3　顯式動力學(xué)分析實例　154
13．3．1　易拉罐顯式動力學(xué)分析　154
13．3．2　沖錘撞擊鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)顯式動力學(xué)分析　156
13．3．3　電路板跌落顯式動力學(xué)分析　158
13．4　本章小結(jié)　161
第14章　結(jié)構(gòu)非線性分析　162
14．1　非線性分析背景　162
14．1．1　結(jié)構(gòu)非線性的定義　162
14．1．2　非線性行為類型　162
14．1．3　構(gòu)建非線性模型　163
14．2　非線性求解與收斂　164
14．2．1　牛頓-辛普森方程　164
14．2．2　收斂與收斂判據(jù)　164
14．2．3　載荷步、時間步與平衡迭代　164
14．2．4　求解控制　165
14．2．5　重啟動控制　165
14．2．6　非線性控制　166
14．3　接觸與接觸設(shè)置　166
14．3．1　接觸的基本概念　166
14．3．2　接觸協(xié)調(diào)　167
14．3．3　探測方法　168
14．3．4　修剪接觸　168
14．3．5　穿透和滑移容差　168
14．3．6　法向接觸剛度　169
14．3．7　Pinball區(qū)域　170
14．3．8　對稱/非對稱行為　170
14．3．9　接觸中的體類型　171
14．3．10　界面處理與接觸幾何修正　171
14．3．11　接觸工具　173
14．4　率無關(guān)塑性基礎(chǔ)　173
14．4．1　金屬塑性背景　173
14．4．2　屈服準(zhǔn)則　174
14．4．3　塑性流動法則　175
14．4．4　強化準(zhǔn)則　176
14．4．5　雙線性隨動（等向）強化　176
14．4．6　多線性隨動（等向）強化　177
14．4．7　Chaboche隨動強化　177
14．4．8　Chaboche材料擬合與輸入　178
14．4．9　循環(huán)加載　179
14．5　超彈體基礎(chǔ)　180
14．5．1　超彈體概述　180
14．5．2　超彈體常用模型　181
14．5．3　超彈體曲線擬合方法　183
14．6　非線性分析實例　184
14．6．1　鋼板彈簧非線性分析　184
14．6．2　彈片按鈕非線性分析　187
14．6．3　密封圈擠壓非線性分析　191
14．7　本章小結(jié)　194
第15章　屈曲分析　195
15．1　屈曲分析的目的　195
15．2　特征值屈曲分析　195
15．2．1　特征值屈曲分析基礎(chǔ)　195
15．2．2　特征值屈曲分析流程　196
15．3　非線性屈曲分析　198
15．3．1　非線性屈曲分析求解方法　198
15．3．2　非線性屈曲引入缺陷的一種方法　199
15．3．3　非線性屈曲分析求解過程　199
15．4　線性屈曲分析實例　199
電動缸活塞桿線性屈曲分析　199
15．5　非線性屈曲分析實例　202
外殼結(jié)構(gòu)非線性屈曲分析　202
15．6　本章小結(jié)　204
第16章　子模型分析　205
16．1　子模型方法簡介　205
16．1．1　子模型方法定義　205
16．1．2　子模型分析方法意義　205
16．1．3　子模型計算前提　206
16．1．4　子模型分析的注意事項　206
16．2　子模型分析流程　206
16．3　子模型法分析實例　206
夾緊機構(gòu)鉗型零件子模型分析實例　206
16．4　本章小結(jié)　210
第17章　熱分析　211
17．1　熱分析基礎(chǔ)　211
17．1．1　熱分析的目的　211
17．1．2　熱傳遞的3種基本類型　211
17．1．3　熱力學(xué)第一定律　212
17．1．4　熱分析的控制方程　212
17．1．5　熱載荷與邊界條件　213
17．2　穩(wěn)態(tài)熱分析　214
17．3　瞬態(tài)熱分析與非線性熱分析　214
17．3．1　瞬態(tài)熱分析定義與考慮因素　214
17．3．2　瞬態(tài)熱分析控制方程　214
17．3．3　時間步長預(yù)測與時間積分　215
17．3．4　非線性熱分析　216
17．3．5　初始條件　217
17．4　相變分析　217
17．4．1　潛在熱量與焓　217
17．4．2　相變分析基本思路　217
17．5　熱-結(jié)構(gòu)耦合分析　218
17．5．1　熱-結(jié)構(gòu)耦合分析簡介　218
17．5．2　熱-結(jié)構(gòu)順序耦合分析設(shè)置　219
17．6　熱分析基本過程　220
17．7　穩(wěn)態(tài)熱分析實例　220
簡易城墻穩(wěn)態(tài)熱分析　220
17．8　瞬態(tài)熱分析實例　222
奶瓶降溫瞬態(tài)熱分析　222
17．9　相變熱分析實例　225
鑄鋼軸相變熱分析　225
17．10　熱輻射分析實例　226
雙環(huán)結(jié)構(gòu)熱輻射分析　226
17．11　本章小結(jié)　228
第18章　ACP復(fù)合材料分析　229
18．1　復(fù)合材料與ACP　229
18．2　失效準(zhǔn)則　229
18．3　ACP分析基本流程　231
18．3．1　ACP（Pre）前處理　231
18．3．2　ACP（Pre）交互界面　232
18．3．3　Material Data設(shè)置　232
18．3．4　Element Sets與Edge Sets設(shè)置　233
18．3．5　Geometry設(shè)置　233
18．3．6　Rosettes設(shè)置　233
18．3．7　Oriented Element Sets設(shè)置　234
18．3．8　ModelingGroup設(shè)置　234
18．3．9　Solid Models設(shè)置　235
18．3．10　ACP（Post）后處理　235
18．4　復(fù)合材料ACP分析實例　235
18．4．1　風(fēng)機導(dǎo)流罩鋪層設(shè)計　235
18．4．2　實體復(fù)合材料板組合裝配拉伸分析　239
18．5　本章小結(jié)　245
第19章　疲勞工具Fatigue Tool　246
19．1　疲勞分析概述　246
19．1．1　疲勞破壞機理　247
19．1．2　疲勞問題的分類　247
19．2　應(yīng)力疲勞分析　248
19．2．1　應(yīng)力定義　248
19．2．2　S-N曲線（應(yīng)力壽命曲線）　248
19．2．3　平均應(yīng)力的影響　249
19．2．4　疲勞強度因子（Fatigue Strength Factor）　250
19．2．5　雨流計數(shù)　250
19．2．6　Miner損傷累積　251
19．2．7　恒定振幅、比例載荷應(yīng)力疲勞分析與流程　251
19．2．8　不定振幅載荷應(yīng)力疲勞分析　254
19．2．9　非比例載荷疲勞分析與流程　255
19．3　應(yīng)變疲勞流程　255
19．3．1　應(yīng)變疲勞材料定義　255
19．3．2　平均應(yīng)力修正　256
19．4　Fatigue Tool疲勞工具分析實例　257
19．4．1　雙圓形缺口板狀結(jié)構(gòu)應(yīng)變疲勞分析　257
19．4．2　把手結(jié)構(gòu)非比例載荷應(yīng)力疲勞分析　259
19．5　本章小結(jié)　262
第20章　ANSYS nCode DesignLife疲勞基礎(chǔ)　263
20．1　ANSYS nCode DesignLife與Workbench平臺　263
20．2　ANSYS nCode DesignLife標(biāo)準(zhǔn)5框圖　263
20．2．1　FE_Input設(shè)置　264
20．2．2　Material Mapping設(shè)置　265
20．2．3　Load Mapping設(shè)置　266
20．2．4　Analysis Engine設(shè)置　267
20．2．5　Fatigue_Results_Display設(shè)置　268
20．3　預(yù)定義nCode疲勞分析流程　269
20．4　nCode應(yīng)力疲勞分析實例　269
20．4．1　連桿結(jié)構(gòu)應(yīng)力疲勞分析　269
20．4．2　某減震鋼片隨機振動疲勞分析　274
20．4．3　托架結(jié)構(gòu)焊縫疲勞分析　276
20．5　本章小結(jié)　279
第21章　多物理耦合場分析　280
21．1　Workbench多物理耦合場分析簡介　280
21．2　多物理耦合分析實例　281
21．2．1　城墻穩(wěn)態(tài)熱結(jié)構(gòu)耦合分析　281
21．2．2　鏡筒熱形變瞬態(tài)順序耦合分析　282
21．2．3　基于ACT的壓電梁靜力學(xué)分析　285
21．2．4　三通管熱流固耦合分析　287
21．2．5　基于ACT的泊車位移傳感器測距分析　296
21．3　本章小結(jié)　299
第22章　優(yōu)化工具Design　Exploration　300
22．1　Design Exploration優(yōu)化工具概述　300
22．2　Design Exploration分析流程　300
22．2．1　參數(shù)定義與參數(shù)設(shè)置Parameter Set　301
22．2．2　實驗設(shè)計法DOE（Design of Experiments）　303
22．2．3　參數(shù)關(guān)聯(lián)性（Parameter Correlation）　304
22．2．4　響應(yīng)面（Response Surface）　305
22．2．5　Optimization（優(yōu)化）　306
22．2．6　Six Sigma分析　308
22．3　Design Exploration優(yōu)化分析實例　309
22．3．1　吊鉤結(jié)構(gòu)響應(yīng)面優(yōu)化分析　309
22．3．2　承載鋼片6_sigma可靠性分析　313
22．4　本章小結(jié)　317
第23章　拓?fù)鋬?yōu)化　318
23．1　ANSYS拓?fù)鋬?yōu)化簡述　318
23．2　Shape Optimization（Beta）優(yōu)化實例　318
基于Shape Optimization自行車車架拓?fù)鋬?yōu)化　318
23．3　Ansys Topology Optimization（ACT）拓?fù)鋬?yōu)化實例　320
23．3．1　基于ANSYS Shape Optimization（ACT）自行車車架拓?fù)鋬?yōu)化　320
23．3．2　基于ANSYS Shape Optimization（ACT）機械臂拓?fù)鋬?yōu)化　321
23．4　本章小結(jié)　323
參考文獻　324