Ansys Workbench 2024有限元分析從入門到精通

目　錄
前言
第1章　Ansys Workbench 2024基礎(chǔ) 1
1.1　CAE軟件簡介 2
1.2　有限元法簡介 4
1.2.1　有限元法的基本思想 4
1.2.2　有限元法的特點 4
1.3　Ansys簡介 5
1.3.1　Ansys的發(fā)展 5
1.3.2　Ansys的功能 6
1.4　Ansys Workbench概述 7
1.4.1　Ansys Workbench 2024的特點 7
1.4.2　Ansys Workbench 2024的應(yīng)用分類 8
1.5　Ansys Workbench 2024分析的基本過程 9
1.5.1　前處理 10
1.5.2　加載并求解 10
1.5.3　后處理 10
1.6　Ansys Workbench 2024的設(shè)計流程 11
1.7　Ansys Workbench 2024系統(tǒng)要求和啟動 11
1.7.1　系統(tǒng)要求 11
1.7.2　啟動 12
1.8　Ansys Workbench 2024的界面 13
第2章　項目管理 14
2.1　工具箱 15
2.2　項目原理圖 17
2.2.1　系統(tǒng)和模塊 17
2.2.2　模塊的類型 17
2.2.3　了解模塊狀態(tài) 18
2.2.4　項目原理圖中的鏈接 19
2.3　Ansys Workbench 2024選項窗口 20
2.4　Ansys Workbench 2024文檔管理 20
2.4.1　目錄結(jié)構(gòu) 21
2.4.2　顯示文件明細 21
2.5　創(chuàng)建項目原理圖實例 21
第3章　DesignModeler圖形用戶界面 24
3.1　啟動DesignModeler 25
3.2　圖形界面 27
3.2.1　操作界面介紹 27
3.2.2　Workbench窗口定制 29
3.2.3　DesignModeler主菜單 29
3.2.4　DesignModeler工具欄 31
3.2.5　信息欄窗格 31
3.2.6　DesignModeler和CAD類文件交互 32
3.3　選擇操作 34
3.3.1　基本鼠標功能 34
3.3.2　選擇過濾器 34
3.4　視圖操作 36
3.4.1　圖形控制 36
3.4.2　光標模式 38
3.5　右鍵快捷菜單 38
3.5.1　插入特征 38
3.5.2　顯示/隱藏目標 39
3.5.3　特征/部件抑制 40
3.5.4　轉(zhuǎn)到幾何體 40
3.6　幫助文檔 41
第4章　草圖模式 42
4.1　DesignModeler中幾何體的分類 43
4.2　繪制草圖 43
4.2.1　設(shè)置單位 43
4.2.2　創(chuàng)建新平面 44
4.2.3　創(chuàng)建新草圖 45
4.2.4　草圖的隱藏與顯示 46
4.3　工具箱 46
4.3.1　草圖工具箱 46
4.3.2　修改工具箱 47
4.3.3　維度工具箱 49
4.3.4　約束工具箱 50
4.3.5　設(shè)置工具箱 51
4.4　草繪附件 52
4.4.1　標尺工具 52
4.4.2　正視于工具 52
4.4.3　撤銷工具 52
4.5　草圖繪制實例—墊片草圖 53
第5章　三維特征 58
5.1　建模特性 59
5.1.1　擠出 59
5.1.2　旋轉(zhuǎn) 62
5.1.3　掃掠 62
5.1.4　蒙皮/放樣 63
5.1.5　薄/表面 63
5.2　修改特征 64
5.2.1　固定半徑倒圓 64
5.2.2　變半徑倒圓 65
5.2.3　頂點倒圓 65
5.2.4　倒角 65
5.3　幾何體操作 66
5.3.1　縫補 66
5.3.2　簡化 67
5.3.3　切割材料 67
5.3.4　壓印面 68
5.4　幾何體轉(zhuǎn)換 68
5.4.1　移動 69
5.4.2　平移 69
5.4.3　旋轉(zhuǎn) 69
5.4.4　鏡像 69
5.4.5　比例 70
5.5　高級體操作 71
5.5.1　陣列特征 71
5.5.2　布爾操作 71
5.5.3　直接創(chuàng)建幾何體 72
5.6　三維特征實例1—聯(lián)軸器 73
5.6.1　新建模型 73
5.6.2　擠出模型 74
5.6.3　擠出底面 75
5.6.4　擠出大圓孔 76
5.6.5　擠出生成鍵槽 77
5.6.6　擠出小圓孔 78
5.7　三維特征實例2—機蓋 79
5.7.1　新建模型 79
5.7.2　旋轉(zhuǎn)模型 80
5.7.3　陣列筋 81
5.7.4　創(chuàng)建底面 84
第6章　高級三維建模 87
6.1　建模工具 88
6.1.1　激活和凍結(jié)體 88
6.1.2　體抑制 88
6.1.3　多體零件 89
6.2　高級工具 89
6.2.1　命名的選擇 89
6.2.2　中面 90
6.2.3　外殼 92
6.2.4　對稱 93
6.2.5　填充 93
6.2.6　切片 94
6.2.7　面刪除 95
6.3　高級三維建模實例—鑄管 95
6.3.1　導入模型 95
6.3.2　填充特征 96
6.3.3　簡化模型 97
第7章　概念建模 99
7.1　概念建模工具 100
7.1.1　來自點的線 100
7.1.2　草圖線 100
7.1.3　邊線 101
7.1.4　分割邊 101
7.2　橫截面 102
7.2.1　橫截面樹形目錄 102
7.2.2　橫截面編輯 103
7.3　面操作 105
7.3.1　邊表面 105
7.3.2　草圖表面 106
7.3.3　表面補丁 106
7.3.4　邊接頭 107
7.4　概念建模實例—框架結(jié)構(gòu) 107
7.4.1　新建模型 107
7.4.2　創(chuàng)建草圖 108
7.4.3　創(chuàng)建線體 110
7.4.4　創(chuàng)建橫截面 110
7.4.5　創(chuàng)建梁之間的面 111
7.4.6　生成多體零件 112
第8章　一般網(wǎng)格控制 113
8.1　網(wǎng)格劃分概述 114
8.1.1　Ansys網(wǎng)格劃分應(yīng)用程序概述 114
8.1.2　網(wǎng)格劃分步驟 114
8.1.3　分析類型 114
8.2　全局網(wǎng)格控制 115
8.2.1　全局單元尺寸 115
8.2.2　初始尺寸種子 115
8.2.3　平滑和過渡 116
8.2.4　跨度中心角 117
8.2.5　高級尺寸功能 117
8.3　局部網(wǎng)格控制 118
8.3.1　局部尺寸 119
8.3.2　接觸尺寸 122
8.3.3　加密 123
8.3.4　面網(wǎng)格剖分 124
8.3.5　匹配控制 125
8.3.6　收縮控制 126
8.3.7　膨脹 126
8.4　網(wǎng)格工具 127
8.4.1　生成網(wǎng)格 127
8.4.2　截面 127
8.4.3　命名選項 128
8.5　網(wǎng)格劃分方法 129
8.5.1　自動劃分 129
8.5.2　四面體 130
8.5.3　掃掠 132
8.5.4　多區(qū)域 132
8.6　網(wǎng)格劃分實例1—兩管容器網(wǎng)格劃分 133
8.6.1　定義幾何 134
8.6.2　初始網(wǎng)格 134
8.6.3　命名選項 135
8.6.4　膨脹 136
8.6.5　截面 136
8.7　網(wǎng)格劃分實例2—四通管網(wǎng)格劃分 138
8.7.1　定義幾何 138
8.7.2　Mechanical默認與CFD網(wǎng)格 139
8.7.3　截面 140
8.7.4　使用面尺寸 142
8.7.5　局部網(wǎng)格劃分 144
第9章　Mechanical簡介 146
9.1　啟動Mechanical 147
9.2　Mechanical 界面 147
9.2.1　Mechanical選項卡 147
9.2.2　圖形工具欄 149
9.2.3　輪廓 149
9.2.4　屬性窗格 150
9.2.5　繪圖區(qū)域 150
9.2.6　應(yīng)用向?qū)?151
9.3　基本分析步驟 151
9.4　一個簡單的分析實例—鋁合金彎頭 152
9.4.1　問題描述 152
9.4.2　項目原理圖 152
9.4.3　前處理 154
9.4.4　求解 157
9.4.5　結(jié)果 157
9.4.6　報告 157
第10章　靜力結(jié)構(gòu)分析 160
10.1　幾何模型 161
10.1.1　點質(zhì)量 161
10.1.2　材料特性 162
10.2　分析設(shè)置 162
10.3　載荷和約束 163
10.3.1　加速度和重力加速度 163
10.3.2　力和壓力 164
10.3.3　約束 165
10.4　求解模型 166
10.5　后處理 167
10.6　靜力結(jié)構(gòu)分析實例1—連桿基體強度校核 169
10.6.1　問題描述 169
10.6.2　前處理 171
10.6.3　求解 175
10.6.4　結(jié)果 175
10.7　靜力結(jié)構(gòu)分析實例2—聯(lián)軸器變形和應(yīng)力校核 176
10.7.1　問題描述 176
10.7.2　項目原理圖 176
10.7.3　前處理 178
10.7.4　求解 180
10.7.5　結(jié)果 180
10.7.6　報告 182
10.8　靜力結(jié)構(gòu)分析實例3—基座基體強度校核 182
10.8.1　問題描述 183
10.8.2　建立分析項目 183
10.8.3　前處理 184
10.8.4　求解 188
10.8.5　結(jié)果 188
第11章　模態(tài)分析 190
11.1　模態(tài)分析方法 191
11.2　模態(tài)分析步驟 191
11.2.1　幾何體和點質(zhì)量 191
11.2.2　接觸區(qū)域 191
11.2.3　分析類型 192
11.2.4　載荷和約束 193
11.2.5　求解 193
11.2.6　檢查結(jié)果 193
11.3　模態(tài)分析實例1—機蓋殼體強度校核 193
11.3.1　問題描述 193
11.3.2　項目原理圖 193
11.3.3　前處理 195
11.3.4　求解 197
11.3.5　結(jié)果 197
11.4　模態(tài)分析實例2—長鉚釘預應(yīng)力 198
11.4.1　問題描述 199
11.4.2　項目原理圖 199
11.4.3　前處理 200
11.4.4　求解 202
11.4.5　結(jié)果 202
11.5　模態(tài)分析實例3—機翼 204
11.5.1　問題描述 205
11.5.2　項目原理圖 205
11.5.3　前處理 206
11.5.4　求解 209
11.5.5　模態(tài)分析 210
第12章　響應(yīng)譜分析 213
12.1　響應(yīng)譜分析簡介 214
12.1.1　響應(yīng)譜分析過程 214
12.1.2　在Ansys Workbench 2024中進行響應(yīng)譜分析 215
12.2　響應(yīng)譜分析實例—三層框架結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析 216
12.2.1　問題描述 216
12.2.2　項目原理圖 216
12.2.3　前處理 218
12.2.4　模態(tài)分析求解 220
12.2.5　響應(yīng)譜分析設(shè)置并求解 222
12.2.6　查看分析結(jié)果 224
第13章　諧響應(yīng)分析 225
13.1　諧響應(yīng)分析簡介 226
13.2　諧響應(yīng)分析步驟 226
13.2.1　建立諧響應(yīng)分析 226
13.2.2　加載諧響應(yīng)載荷 226
13.2.3　求解方法 227
13.2.4　后處理中查看結(jié)果 228
13.3　諧響應(yīng)分析實例—固定梁 229
13.3.1　問題描述 229
13.3.2　項目原理圖 229
13.3.3　前處理 231
13.3.4　模態(tài)分析求解 232
13.3.5　諧響應(yīng)分析預處理 234
13.3.6　諧響應(yīng)分析設(shè)置并求解 235
13.3.7　諧響應(yīng)分析后處理 235
第14章　隨機振動分析 239
14.1　隨機振動分析簡介 240
14.1.1　隨機振動分析過程 240
14.1.2　在Ansys Workbench 2024中進行隨機振動分析 240
14.2　隨機振動分析實例—橋梁模型隨機振動分析 241
14.2.1　問題描述 241
14.2.2　項目原理圖 242
14.2.3　前處理 244
14.2.4　模態(tài)分析求解 246
14.2.5　隨機振動分析設(shè)置并求解 249
14.2.6　查看分析結(jié)果 251
第15章　線性屈曲分析 252
15.1　屈曲概述 253
15.2　屈曲分析步驟 253
15.2.1　幾何體和材料屬性 254
15.2.2　接觸區(qū)域 254
15.2.3　載荷與約束 254
15.2.4　設(shè)置屈曲 254
15.2.5　求解模型 254
15.2.6　檢查結(jié)果 256
15.3　線性屈曲分析實例1—空心管 256
15.3.1　問題描述 256
15.3.2　項目原理圖 257
15.3.3　創(chuàng)建草圖 258
15.3.4　Mechanical前處理 260
15.3.5　求解 260
15.3.6　結(jié)果 262
15.4　線性屈曲分析實例2—升降架 263
15.4.1　問題描述 263
15.4.2　項目原理圖 264
15.4.3　Mechanical前處理 265
15.4.4　求解 267
15.4.5　結(jié)果 267
第16章　結(jié)構(gòu)非線性分析 268
16.1　非線性分析概論 269
16.1.1　結(jié)構(gòu)非線性的原因 269
16.1.2　非線性分析的基本信息 270
16.2　結(jié)構(gòu)非線性的一般過程 272
16.2.1　建立模型 272
16.2.2　分析設(shè)置 273
16.2.3　查看結(jié)果 275
16.3　接觸非線性結(jié)構(gòu) 275
16.3.1　接觸基本概念 275
16.3.2　接觸類型 276
16.3.3　剛度及滲透 276
16.3.4　搜索區(qū)域 277
16.3.5　對稱/非對稱行為 278
16.3.6　接觸結(jié)果 279
16.4　結(jié)構(gòu)非線性實例1—剛性接觸 279
16.4.1　問題描述 279
16.4.2　項目原理圖 280
16.4.3　繪制草圖 280
16.4.4　創(chuàng)建面體 281
16.4.5　更改模型類型 282
16.4.6　修改幾何體屬性 283
16.4.7　添加接觸 284
16.4.8　劃分網(wǎng)格 286
16.4.9　分析設(shè)置 288
16.4.10　求解 290
16.4.11　查看求解結(jié)果 291
16.4.12　接觸結(jié)果后處理 293
16.5　結(jié)構(gòu)非線性實例2—O形圈 294
16.5.1　問題描述 294
16.5.2　項目原理圖 295
16.5.3　繪制草圖 295
16.5.4　創(chuàng)建面體 296
16.5.5　添加材料 297
16.5.6　修改幾何體屬性 299
16.5.7　添加接觸 300
16.5.8　劃分網(wǎng)格 303
16.5.9　分析設(shè)置 305
16.5.10　求解 307
16.5.11　查看求解結(jié)果 308
第17章　熱分析 310
17.1　熱分析模型 311
17.1.1　幾何模型 311
17.1.2　材料屬性 311
17.2　裝配體 312
17.2.1　實體接觸 312
17.2.2　熱導率 312
17.3　熱環(huán)境工具欄 313
17.3.1　熱載荷 313
17.3.2　熱邊界條件 313
17.4　求解選項 314
17.5　結(jié)果和后處理 315
17.5.1　溫度 316
17.5.2　熱通量 316
17.5.3　響應(yīng)熱流量 316
17.6　熱分析實例1—變速器上箱蓋 316
17.6.1　問題描述 316
17.6.2　項目原理圖 316
17.6.3　前處理 318
17.6.4　求解 321
17.6.5　結(jié)果 321
17.7　熱分析實例2—齒輪泵基座 323
17.7.1　問題描述 323
17.7.2　項目原理圖 323
17.7.3　前處理 325
17.7.4　求解 329
17.7.5　結(jié)果 329
第18章　優(yōu)化設(shè)計 331
18.1　優(yōu)化設(shè)計概論 332
18.1.1　Ansys優(yōu)化方法 332
18.1.2　定義參數(shù) 332
18.1.3　設(shè)計探索優(yōu)化類型 333
18.2　優(yōu)化設(shè)計界面 333
18.2.1　設(shè)計探索用戶界面 333
18.2.2　設(shè)計探索數(shù)據(jù)參數(shù)界面 334
18.2.3　讀入APDL文件 334
18.3　優(yōu)化設(shè)計實例—板材拓撲優(yōu)化設(shè)計 334
18.3.1　問題描述 334
18.3.2　項目原理圖 335
18.3.3　創(chuàng)建模型 337
18.3.4　前處理 338
18.3.5　求解 341
18.3.6　結(jié)果 341