ANSYS Workbench 16.0理论解析与工程应用实例

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《ANSYS Workbench 16.0理论解析与工程应用实例》以ANSYS Workbench 16.0为对象，详细介绍了该软件的功能及应用。本书内容丰富，涉及领域范围广，读者在学习软件操作的同时，也能掌握解决相关工程领域实际问题的思路与方法，并能自如地解决本领域所出现的问题。 《ANSYS Workbench 16.0理论解析与工程应用实例》共分6篇，第1篇从有限元理论着手介绍了有限元的控制方程以及ANSYS Workbench平台的基础应用知识；第2篇通过项目范例讲解在Workbench平台中进行结构静力学分析、模态分析、谐响应分析、响应谱分析、*振动分析、瞬态动力学分析及线性屈曲分析的方法；第3篇为结构有限元分析的进阶部分，讲解在Workbench平台中进行的显式动力学分析、复合材料分析、疲劳分析及压电分析的方法；第4篇通过项目范例讲解在Workbench平台中进行的热力学分析、流体力学分析及电磁场分析的方法；第5篇作讲解在Workbench平台的结构优化分析；第6篇通过案例介绍ANSYS AIM分析环境的分析过程与方法。 《ANSYS Workbench 16.0理论解析与工程应用实例》工程实例丰富、讲解详尽，内容安排循序渐进、深入浅出，适合不同基础的读者。本书适合理工院校土木工程、机械工程、力学、电气工程等相关专业的高年级本科生、研究生及教师使用，同时也可以作为相关工程技术人员从事工程研究的参考书。

第1章 有限元基本理论 1.1 有限元法发展综述 1.1.1 有限元法的孕育过程及诞生和发展 1.1.2 有限元法的基本思想 1.1.3 有限元的应用及其发展趋势 1.2 有限元分析基本理论 1.2.1 有限元分析的基本概念和计算步骤 1.2.2 基于小势能原理的有限元法 1.2.3 杆系结构的非线性分析理论 1.2.4 稳定计算理论 1.3 工程问题中的有限元理论 1.3.1 工程问题的数学物理方程 1.3.2 变分函数 1.3.3 插值函数 1.3.4 形函数 1.3.5 刚度矩阵 1.3.6 连通性 1.3.7 边界条件 1.3.8 圆柱坐标系中的问题 1.3.9 直接方法 1.4 桁架与梁的有限元方法 1.4.1 桁架的定义 1.4.2 桁架的有限元公式 1.4.3 梁的定义 1.4.4 梁的有限元公式 1.4.5 载荷矩阵 1.5 板的有限元方法 1.5.1 矩形单元 1.5.2 自然坐标 1.5.3 线性三角形单元 1.6 应用实例 1.6.1 实例1：求解悬索的位移 1.6.2 实例2：求温度分布问题 1.7 本章小结 第2章 几何建模 2.1 ANSYS 16.0平台及模块 2.1.1 Workbench平台界面 2.1.2 菜单栏 2.1.3 工具栏 2.1.4 工具箱 2.2 DesignModeler 16.0几何建模 2.2.1 DesignModeler几何建模平台 2.2.2 菜单栏 2.2.3 工具栏 2.2.4 常用命令栏 2.2.5 Tree Outline（模型树） 2.2.6 DesignModeler几何建模实例——连接板 2.2.7 ANSYS SpaceClaim同步几何建模实例——连接板 2.3 本章小结 第3章 网格划分 3.1 ANSYS Meshing 16.0网格划分 3.1.1 Meshing网格划分适用领域 3.1.2 Meshing网格划分方法 3.1.3 Meshing网格默认设置 3.1.4 Meshing网格尺寸设置 3.1.5 Meshing网格膨胀层设置 3.1.6 Meshing网格Patch Conforming选项 3.1.7 Meshing网格高级选项 3.1.8 Meshing网格损伤设置 3.1.9 Meshing网格评估统计 3.2 ANSYS Meshing 16.0网格划分实例 3.2.1 应用实例1——网格尺寸控制 3.2.2 应用实例2——扫掠网格划分 3.2.3 应用实例3——多区域网格划分 3.2.4 应用实例4——CDB网格导入 3.3 小结 第4章 后处理 4.1 ANSYS Workbench 16.0后处理 4.1.1 查看结果 4.1.2 结果显示 4.1.3 变形显示 4.1.4 应力和应变 4.1.5 接触结果 4.1.6 自定义结果显示 4.2 案例分析 4.2.1 问题描述 4.2.2 启动Workbench并建立分析项目 4.2.3 导入创建几何体 4.2.4 添加材料库 4.2.5 添加模型材料属性 4.2.6 划分网格 4.2.7 施加载荷与约束 4.2.8 结果后处理 4.2.9 保存与退出 4.3 本章小结 第5章 结构静力学分析 5.1 静力分析简介 5.1.1 线性静力分析 5.1.2 线性静力分析流程 5.1.3 线性静力分析基础 5.2 静力分析实例1——实体静力分析 5.2.1 问题描述 5.2.2 启动Workbench并建立分析项目 5.2.3 导入创建几何体 5.2.4 添加材料库 5.2.5 添加模型材料属性 5.2.6 划分网格 5.2.7 施加载荷与约束 5.2.8 结果后处理 5.2.9 保存与退出 5.3 静力分析实例2——子模型静力分析 5.3.1 问题描述 5.3.2 启动Workbench并建立分析项目 5.3.3 导入创建几何体 5.3.4 添加材料库 5.3.5 添加模型材料属性 5.3.6 划分网格 5.3.7 施加载荷与约束 5.3.8 结果后处理 5.3.9 子模型分析 5.3.10 保存并退出 5.4 本章小结 第6章 模态分析 6.1 结构动力学分析简介 6.1.1 结构动力学分析 6.1.2 结构动力学分析的阻尼 6.2 模态分析简介 6.2.1 模态分析 6.2.2 模态分析基础 6.2.3 预应力模态分析 6.3 模态分析实例1——模态分析 6.3.1 问题描述 6.3.2 启动Workbench并建立分析项目 6.3.3 创建几何体 6.3.4 添加材料库 6.3.5 添加模型材料属性 6.3.6 划分网格 6.3.7 施加载荷与约束 6.3.8 结果后处理 6.3.9 保存与退出 6.4 模态分析实例2——有预应力模态分析 6.4.1 问题描述 6.4.2 启动Workbench并建立分析项目 6.4.3 创建几何体 6.4.4 添加材料库 6.4.5 添加模型材料属性 6.4.6 划分网格 6.4.7 施加载荷与约束 6.4.8 模态分析 6.4.9 后处理 6.4.10 保存与退出 6.5 本章小结 第7章 谐响应分析 7.1 谐响应分析基础 7.1.1 谐响应分析简介 7.1.2 谐响应分析的载荷与输出 7.1.3 谐响应分析通用方程 7.2 谐响应分析实例1——梁单元谐响应分析 7.2.1 问题描述 7.2.2 启动Workbench并建立分析项目 7.2.3 创建模态分析项目 7.2.4 材料选择 7.2.5 施加载荷与约束 7.2.6 模态求解 7.2.7 后处理 7.2.8 创建谐响应分析项目 7.2.9 施加载荷与约束 7.2.10 谐响应计算 7.2.11 结果后处理 7.2.12 保存与退出 7.3 谐响应分析实例2——谐响应分析 7.3.1 问题描述 7.3.2 启动Workbench并建立分析项目 7.3.3 材料选择 7.3.4 施加载荷与约束 7.3.5 模态求解 7.3.6 后处理 7.3.7 谐响应分析 7.3.8 谐响应计算 7.3.9 结果后处理 7.3.10 保存与退出 7.4 谐响应分析实例3——含阻尼谐响应分析 7.5 本章小结 第8章 响应谱分析 8.1 响应谱分析简介 8.1.1 频谱的定义 8.1.2 响应谱分析的基本概念 8.2 响应谱分析实例——简单梁响应谱分析 8.2.1 问题描述 8.2.2 启动Workbench并建立分析项目 8.2.3 导入几何体模型 8.2.4 静态力学分析 8.2.5 添加材料库 8.2.6 网格划分 8.2.7 施加约束 8.2.8 模态分析 8.2.9 结果后处理 8.2.10 响应谱分析 8.2.11 添加加速度谱 8.2.12 后处理 8.2.13 其他设置 8.2.14 保存与退出 8.3 本章小结 第9章 随机振动分析 9.1 随机振动分析简介 9.2 随机振动分析实例——简单梁随机振动分析 9.2.1 问题描述 9.2.2 启动Workbench并建立分析项目 9.2.3 导入几何体模型 9.2.4 静态力学分析 9.2.5 添加材料库 9.2.6 网格划分 9.2.7 施加约束 9.2.8 模态分析 9.2.9 结果后处理 9.2.10 随机振动分析 9.2.11 添加加速度谱 9.2.12 后处理 9.2.13 保存与退出 9.3 本章小结 第10章 瞬态动力学分析 10.1 瞬态动力学分析简介 10.1.1 瞬态动力学分析简介 10.1.2 瞬态动力学分析基本公式 10.2 瞬态动力学分析实例1——建筑物地震分析 10.2.1 问题描述 10.2.2 启动Workbench并建立分析项目 10.2.3 创建几何体模型 10.2.4 瞬态动力学分析 10.2.5 添加材料库 10.2.6 划分网格 10.2.7 施加约束 10.2.8 结果后处理 10.2.9 保存与退出 10.3 瞬态动力学分析实例2——振动分析 10.3.1 问题描述 10.3.2 启动Workbench并建立分析项目 10.3.3 创建几何体模型 10.3.4 模态分析 10.3.5 模态分析前处理 10.3.6 施加约束 10.3.7 结果后处理 10.3.8 瞬态动力学分析 10.3.9 添加动态力载荷 10.3.10 后处理 10.3.11 保存与退出 10.4 本章小结 第11章 线性屈曲分析 11.1 线性屈曲分析简介 11.1.1 屈曲分析 11.1.2 线性屈曲分析 11.2 项目案例1——钢管屈曲分析 11.2.1 问题描述 11.2.2 启动Workbench并建立分析项目 11.2.3 创建几何体 11.2.4 设置材料 11.2.5 添加模型材料属性 11.2.6 划分网格 11.2.7 施加载荷与约束 11.2.8 结果后处理 11.2.9 线性屈曲分析 11.2.10 施加载荷与约束 11.2.11 结果后处理 11.2.12 保存与退出 11.3 本章小结 277 第12章 显式动力学分析 12.1 显式动力学分析简介 12.2 显式动力学分析实例——钢球撞击金属网分析 12.2.1 问题描述 12.2.2 启动Workbench并建立分析项目 12.2.3 启动Explicit Dynamics(LS-DYNA Export)建立项目 12.2.4 材料选择与赋予 12.2.5 建立项目分析 12.2.6 分析前处理 12.2.7 施加载荷 12.2.8 启动LS-DYNA程序 12.2.9 Autodyn计算 12.2.10 问题解读 12.3 显式动力学分析实例——金属块穿透钢板分析 12.3.1 问题描述 12.3.2 启动Workbench并建立分析项目 12.3.3 绘制几何模型 12.3.4 添加材料方法 12.3.5 添加材料 12.3.6 显式动力学分析前处理 12.3.7 施加约束 12.3.8 结果后处理 12.3.9 启动AUTODYN软件 12.3.10 LS-DYNA计算 12.3.11 保存与退出 12.4 本章小结 第13章 复合材料分析 13.1 复合材料概论 13.2 层合板的失效判断准则 13.3 复合材料层合板强度的有限单元法 13.4 ANSYS ACP模块功能概述 13.5 复合材料静力学分析实例——复合板受力分析 13.5.1 问题描述 13.5.2 启动Workbench软件 13.5.3 静力分析项目 13.5.4 定义复合材料数据 13.5.5 数据更新 13.5.6 ACP复合材料定义 13.5.7 有限元计算 13.5.8 后处理 13.5.9 ACP专业后处理工具 13.5.10 保存与退出 13.6 本章小结 第14章 疲劳分析 14.1 疲劳分析简介 14.2 疲劳分析方法 14.2.1 疲劳程序 14.2.2 应力寿命曲线 14.2.3 疲劳材料特性 14.3 疲劳分析实例1——前桥疲劳分析 14.3.1 问题描述 14.3.2 启动Workbench并建立分析项目 14.3.3 导入创建几何体 14.3.4 添加材料库 14.3.5 添加模型材料属性 14.3.6 划分网格 14.3.7 施加载荷与约束 14.3.8 结果后处理 14.3.9 保存工程文件 14.3.10 添加疲劳分析选项 14.3.11 保存与退出 14.4 疲劳分析实例2——实体疲劳分析 14.4.1 问题描述 14.4.2 启动Workbench并建立分析项目 14.4.3 导入创建几何体 14.4.4 添加材料库 14.4.5 添加模型材料属性 14.4.6 划分网格 14.4.7 施加载荷与约束 14.4.8 结果后处理 14.4.9 保存文件 14.4.10 启动nCode程序 14.4.11 疲劳分析 14.4.12 保存与退出 14.5 本章小结 第15章 压电分析 15.1 压电材料基本知识 15.1.1 压电材料的概念 15.1.2 压电材料的主要特性 15.1.3 压电复合材料的有限元分析方法 15.1.4 基本耦合公式 15.1.5 压电材料的主要参数 15.2 压电分析模块的安装 15.3 压电分析实例——压电传感器分析 15.3.1 问题描述 15.3.2 启动Workbench并建立分析项目 15.3.3 导入创建几何体 15.3.4 添加材料库 15.3.5 网格与属性 15.3.6 施加载荷与约束 15.3.7 结果后处理 15.3.8 模态分析 15.3.9 保存与退出 15.4 小结 第16章 热学分析 16.1 热力学分析简介 16.1.1 热力学分析目的 16.1.2 热力学分析 16.1.3 基本传热方式 16.2 稳态热学分析实例1——热传递分析 16.2.1 问题描述 16.2.2 启动Workbench并建立分析项目 16.2.3 导入几何体模型 16.2.4 创建分析项目 16.2.5 添加材料库 16.2.6 添加模型材料属性 16.2.7 划分网格 16.2.8 施加载荷与约束 16.2.9 结果后处理 16.2.10 保存与退出 16.3 稳态热学分析实例2——热对流分析 16.3.1 问题描述 16.3.2 启动Workbench并建立分析项目 16.3.3 导入几何体模型 16.3.4 创建分析项目 16.3.5 添加材料库 16.3.6 添加模型材料属性 16.3.7 划分网格 16.3.8 施加载荷与约束 16.3.9 结果后处理 16.3.10 保存与退出 16.3.11 读者演练 16.4 稳态热学分析实例3——热辐射分析 16.4.1 案例介绍 16.4.2 启动Workbench并建立分析项目 16.4.3 定义材料参数 16.4.4 导入模型 16.4.5 划分网格 16.4.6 定义荷载 16.4.7 求解以后处理 16.4.8 保存并退出 16.5 本章小结 第17章 流体动力学分析 17.1 流体动力学分析简介 17.1.1 流体动力学分析 17.1.2 CFD基础 17.2 流体动力学实例——CFX旋转机械流场分析 17.2.1 问题描述 17.2.2 启动Workbench并建立分析项目 17.2.3 BladeGen中设置 17.2.4 TurboGrid中设置 17.2.5 CFX中设置 17.3 本章小结 第18章 电磁场分析 18.1 电磁场基本理论 18.1.1 麦克斯韦方程 18.1.2 一般形式的电磁场微分方程 18.1.3 电磁场中常见边界条件 18.1.4 ANSYS Workbench平台电磁分析 18.1.5 Ansoft软件电磁分析 18.2 瞬态磁场分析实例——金属屏蔽分析 18.2.1 启动Workbench并建立分析项目 18.2.2 建立求解器 18.2.3 建立几何模型 18.2.4 添加材料 18.2.5 边界条件设定 18.2.6 网格划分 18.2.7 求解计算 18.2.8 图表显示 18.2.9 3D图表显示 18.2.10 修改材料属性 18.2.11 保存与退出 18.3 本章小结 第19章 结构优化分析 19.1 优化分析简介 19.1.1 优化设计概述 19.1.2 Workbench结构优化分析 19.2 优化分析实例——响应曲面优化分析 19.2.1 问题描述 19.2.2 启动Workbench并建立分析项目 19.2.3 导入几何模型 19.2.4 结果后处理 19.3 本章小结 第20章 ANSYS AIM分析过程 20.1 ANSYS AIM分析环境简介 20.2 ANSYS AIM分析实例——板弯曲分析 20.2.1 问题描述 20.2.2 启动Workbench并建立分析项目 20.3 本章小结 参考文献

ANSYS Workbench 16.0具有强大的结构、流体、热、电磁及其相互耦合分析的功能，除此之外，从ANSYS 16.0版本开始，在Workbench平台中对分析界面进行了统一改进——ANSYS AIM分析环境。 作为业界有一定影响力的工程仿真技术集成平台，Workbench 16.0提供了全新的“项目视图（Project Schematic View）”功能，将整个仿真流程更加紧密地组合在一起，通过简单的拖拽操作即可完成复杂的多物理场分析流程及多物理场的优化分析功能。 1．本书特点由浅入深，循序渐进：本书以初、中级读者为对象，首先从有限元基本原理及ANSYS Workbench使用基础讲起，再辅以ANSYS Workbench在工程中的应用案例帮助读者尽快掌握使用ANSYS Workbench进行有限元分析的技能。 步骤详尽、内容新颖：本书将作者多年ANSYS Workbench使用经验与实际工程应用案例结合，在讲解过程中步骤详尽、内容新颖，讲解过程辅以相应的图片，使读者在阅读时一目了然，从而快速掌握书中所讲内容。 实例典型、轻松易学：学习分析案例的具体操作是掌握 ANSYS Workbench好的方式。本书通过综合应用案例，透彻详尽地讲解了ANSYS Workbench在各方面的应用。 2．本书内容本书在必要的理论概述的基础上，通过大量的典型案例对ANSYS Workbench分析平台中的模块进行了详细介绍，并结合实际工程与生活中的常见问题进行详细讲解，全书内容简洁、明快，给人耳目一新的感觉。 本书主要分6篇20章，主要介绍了ANSYS Workbench 16.0平台在结构、电磁、热学、噪声、流体力学、压电材料、复合材料及疲劳分析等各个领域中的有限元分析及操作过程： 第1篇介绍了有限元理论和ANSYS Workbench 16.0平台常用命令，几何建模与导入方法，网格划分及网格质量评价方法，结果的后处理操作等方面的内容，本篇包括以下4个章节的内容。 第1章：有限元基本理论 第2章：几何建模第3章：网格划分 第4章：后处理第2篇介绍了ANSYS Workbench 16.0平台结构基础分析内容，包括结构静力学分析、模态分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析、瞬态动力学分析及线性屈曲分析等7个方面的内容，本篇包括以下7个章节的内容。 第5章：结构静力学分析 第6章：模态分析第7章：谐响应分析 第8章：响应谱分析第9章：随机振动分析 第10章：瞬态动力学分析第11章：线性屈曲分析分析第3篇介绍了ANSYS Workbench 16.0平台的进阶分析功能，主要包括显式动力学分析、复合材料分析、疲劳分析及压电分析等内容，本篇包括以下4个章节的内容。 第12章：显式动力学分析 第13章：复合材料分析第14章：疲劳分析 第15章：压电分析第4篇介绍了ANSYS Workbench 16.0平台在电磁场、热力学及流体力学方面的内容，本篇包括以下3个章节的内容。 第16章：热学分析 第17章：流体动力学分析第18章：电磁场分析 第5篇介绍了ANSYS Workbench 16.0平台结构高级分析功能，主要介绍了结构优化方面的内容，本篇包括以下1章的内容。 第19章：结构优化分析第6篇介绍了使用ANSYS AIM分析环境进行有限元分析的一般方法及步骤，本篇包括以下1章的内容： 第20章：ANSYS AIM分析过程3．网盘内容本书附赠网盘资料主要包括案例模型与案例的操作文档，其中案例的模型文件与案例工程文件同放于相关章节的目录中，以方便读者查询。 例如：第5章的第2个操作实例“静力分析实例2——子模型静力分析”的几何文件和工程项目管理文件放置在“网盘Chapter05char05-2”路径的文件夹下。 4．读者对象本书适合于ANSYS Workbench 16.0初学者和期望提高有限元分析及建模仿真工程应用能力的读者，具体说明如下。 ?相关从业人员 ?初学ANSYS Workbench 16.0的技术人员?大中专院校的教师和在校生 ?相关培训机构的教师和学员?参加工作实习的“菜鸟” ? ANSYS Workbench 16.0爱好者?广大科研工作人员 ?初、中级ANSYS Workbench 16.0从业人员注：其中电磁分析模块（Maxwell）及疲劳分析模块（nCode）需要读者单独安装，另外本书中部分章节的内容需要安装接口程序。 建议使用ANSYS Workbench 16.0及以上平台学习本教程。 5．读者服务为了方便解决本书疑难问题，读者朋友在学习过程中遇到与本书有关的技术问题，可以发邮件到邮箱[email protected]，或者访问博客http://blog.sina.com.cn/caxart，编者会尽快给予解答，我们将竭诚为您服务。 6．本书作者本书由CAE应用联盟组编，参与编写的有丁金滨、张建伟、丁伟、刘浩、王芳、韩希强、张岩、唐家鹏、石良臣、王菁、郭海霞、李昕、刘成柱、沈再阳、林金宝、高飞、宋玉旺、张文电、张亮亮、于苍海和孙国强，在此一并表示感谢。 虽然作者在本书的编写过程中力求叙述准确、完善，但由于水平有限，书中欠妥之处在所难免，希望读者和同仁能够及时指出，共同促进本书质量的提高。