描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787302475347丛书名: 清华社“视频大讲堂”大系CAD/CAM/CAE技术视频大讲堂
第1篇 操作基础篇
第1章 ANSYS 17.0入门
（ 视频讲解：10分钟）
1.1 ANSYS
17.0的用户界面
1.2 ANSYS文件系统
1.2.1 文件类型
1.2.2 文件管理
1.3 ANSYS分析过程
1.3.1 建立模型
1.3.2 加载并求解
1.3.3 后处理
1.4 实例入门—托架受力分析
1.4.1 分析实例描述
1.4.2 建立模型
1.4.3 查看计算结果
第2章 几何建模
（ 视频讲解：24分钟）
2.1 坐标系简介
2.1.1 总体和局部坐标系
2.1.2 显示坐标系
2.1.3 节点坐标系
2.1.4 单元坐标系
2.1.5 结果坐标系
2.2 工作平面的使用
2.2.1 定义一个新的工作平面
2.2.2 控制工作平面的显示和样式
2.2.3 移动工作平面
2.2.4 旋转工作平面
2.2.5 还原一个已定义的工作平面
2.3 布尔操作
2.3.1 布尔运算的设置
2.3.2 交运算
2.3.3 两两相交
2.3.4 相加
2.3.5 相减
2.3.6 利用工作平面做减运算
2.3.7 搭接
2.3.8 分割
2.3.9 粘接（或合并）
2.4 编辑几何模型
2.4.1 按照样本生成图元
2.4.2 由对称映像生成图元
2.4.3 将样本图元转换坐标系
2.4.4 实体模型图元的缩放
2.5 自底向上创建几何模型
2.5.1 关键点
2.5.2 硬点
2.5.3 线
2.5.4 面
2.5.5 体
2.6 实例—储液罐的实体建模
2.6.1 GUI方式
2.6.2 命令流方式
2.7 自顶向下创建几何模型（体素）
2.7.1 创建面体素
2.7.2 创建实体体素
2.8 实例—轴承座的实体建模
2.8.1 GUI方式
2.8.2 命令流方式
2.9 从IGES文件中将几何模型导入ANSYS
2.10 实例—输入IGES单一实体
2.11 实例—对输入模型修改
第3章 划分网格
（ 视频讲解：10分钟）
3.1 有限元网格概论
3.2 设定单元属性
3.2.1 生成单元属性表
3.2.2 在划分网格之前分配单元属性
3.3 网格划分的控制
3.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool）
3.3.2 单元形状
3.3.3 选择自由或映射网格划分
3.3.4 控制单元边中节点的位置
3.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing）
3.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸
3.3.7 局部网格划分控制
3.3.8 内部网格划分控制
3.3.9 生成过渡棱锥单元
3.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式
3.3.11 执行层网格划分
3.4 自由网格划分和映射网格划分控制
3.4.1 自由网格划分
3.4.2 映射网格划分
3.5 实例—储液罐的网格划分
3.5.1 GUI方式
3.5.2 命令流方式
3.6 延伸和扫掠生成有限元模型
3.6.1 延伸（Extrude）生成网格
3.6.2 扫掠（VSWEEP）生成网格
3.7 修正有限元模型
3.7.1 局部细化网格
3.7.2 移动和复制节点及单元
3.7.3 控制面、线和单元的法向
3.7.4 修改单元属性
3.8 直接通过节点和单元生成有限元模型
3.8.1 节点
3.8.2 单元
3.9 编号控制
3.9.1 合并重复项
3.9.2 编号压缩
3.9.3 设定起始编号
3.9.4 编号偏差
3.10 实例—轴承座的网格划分
3.10.1 GUI方式
3.10.2 命令流方式
第4章 施加载荷
4.1 载荷概论
4.1.1 什么是载荷
4.1.2 载荷步、子步和平衡迭代
4.1.3 时间参数
4.1.4 阶跃载荷与坡道载荷
4.2 施加载荷
4.2.1 载荷分类
4.2.2 轴对称载荷与反作用力
4.2.3 利用表格施加载荷
4.2.4 利用函数施加载荷和边界条件
4.3 实例—轴承座的载荷和约束施加
4.3.1 GUI方式
4.3.2 命令流方式
4.4 设定载荷步选项
4.4.1 通用选项
4.4.2 动力学分析选项
4.4.3 非线性选项
4.4.4 输出控制
4.4.5
Biot-Savart选项
4.4.6 谱分析选项
4.4.7 创建多载荷步文件
4.5 实例—储液罐的载荷和约束施加
4.5.1 GUI方式
4.5.2 命令流方式
第5章 求解
5.1 求解概论
5.1.1 使用直接求解法
5.1.2 使用其他求解器
5.1.3 获得解答
5.2 利用特定的求解控制器指定求解类型
5.2.1 使用Abridged Solution菜单选项
5.2.2 使用求解控制对话框
5.3 多载荷步求解
5.3.1 多重求解法
5.3.2 使用载荷步文件法
5.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法）
5.4 实例—轴承座和储液罐模型求解
第6章 后处理
6.1 后处理概述
6.1.1 结果文件
6.1.2 后处理可用的数据类型
6.2 通用后处理器（POST1）
6.2.1 将数据结果读入数据库
6.2.2 图像显示结果
6.2.3 列表显示结果
6.2.4 将结果旋转到不同坐标系中并显示
6.3 实例—轴承座计算结果后处理
6.3.1 GUI方式
6.3.2 命令流方式
6.4 时间历程后处理（POST26）
6.4.1 定义和储存POST26变量
6.4.2 检查变量
6.4.3 POST26后处理器的其他功能
6.5 实例—储液罐计算结果后处理
6.5.1 GUI方式
6.5.2 命令流方式
第2篇 专题实例篇
第7章 结构静力分析
（ 视频讲解：57分钟）
7.1 结构静力概论
7.2 实例—高速齿轮应力分析
7.2.1 分析问题
7.2.2 建立模型
7.2.3 定义边界条件并求解
7.2.4 查看结果
7.2.5 命令流执行方式
7.3 实例—钢桁架桥静力受力分析
7.3.1 分析问题
7.3.2 建立模型
7.3.3 定义边界条件并求解
7.3.4 查看结果
7.3.5 命令流执行方式
7.4 实例—联轴体的静力分析实例
7.4.1 分析问题
7.4.2 建立模型
7.4.3 定义边界条件并求解
7.4.4 查看结果
7.4.5 命令流执行方式
第8章 模态分析
（ 视频讲解：31分钟）
8.1 模态分析概论
8.2 实例—高速齿轮模态分析
8.2.1 分析问题
8.2.2 建立模型
8.2.3 进行模态设置、定义边界条件并求解
8.2.4 查看结果
8.2.5 命令流模式
8.3 实例—钢桁架桥模态分析
8.3.1 问题描述
8.3.2 GUI操作方法
8.3.3 命令流实现
第9章 谐响应分析
（ 视频讲解：12分钟）
9.1 谐响应分析概论
9.1.1 Full
Method（完全法）
9.1.2
Reduced Method（减缩法）
9.1.3 Mode
Superposition Method（模态叠加法）
9.1.4 3种方法的共同局限性
9.2 实例—悬臂梁谐响应分析
9.2.1 分析问题
9.2.2 建立模型
9.2.3 查看结果
9.2.4 命令流方式
第10章 瞬态动力学分析
（ 视频讲解：11分钟）
10.1 瞬态动力学概论
10.1.1 Full
Method（完全法）
10.1.2 Mode
Superposition Method（模态叠加法）
10.1.3
Reduced Method（减缩法）
10.2 实例—哥伦布阻尼的自由振动分析
10.2.1 问题描述
10.2.2 GUI模式
10.2.3 命令流方式
第11章 谱分析
（ 视频讲解：22分钟）
11.1 谱分析概论
11.1.1 响应谱
11.1.2 动力设计分析方法（DDAM）
11.1.3 功率谱密度（PSD）
11.2 实例—支撑平板动力效果谱分析
11.2.1 问题描述
11.2.2 建立模型
11.2.3 命令流方式
第12章 非线性分析
（ 视频讲解：11分钟）
12.1 非线性分析概论
12.1.1 非线性行为的原因
12.1.2 非线性分析的基本信息
12.1.3 几何非线性
12.1.4 材料非线性
12.1.5 其他非线性问题
12.2 实例—铆钉冲压应力分析
12.2.1 分析问题
12.2.2 建立模型
12.2.3 定义边界条件并求解
12.2.4 查看结果
12.2.5 命令流
第13章 结构屈曲分析
13.1 结构屈曲概论
13.2 实例—圆盘边缘屈曲
分析
13.2.1 分析问题
13.2.2 建立模型
13.2.3 定义边界条件并求解
13.2.4 查看结果
13.2.5 命令流
第14章 接触问题分析
（ 视频讲解：31分钟）
14.1 接触问题概论
14.1.1 一般分类
14.1.2 接触单元
14.2 实例—齿轮副的接触分析
14.2.1 分析问题
14.2.2 建立模型
14.2.3 定义边界条件并求解
14.2.4 查看结果
14.2.5 命令流方式
第15章 结构优化
（ 视频讲解：24分钟）
15.1 结构优化设计概论
15.2 实例—梁结构优化设计
15.2.1 问题描述
15.2.2 命令流方式
第3篇 热 分 析 篇
第16章 稳态热分析与瞬态热分析
（ 视频讲解：29分钟）
16.1 热分析概论
16.1.1 热分析的特点
16.1.2 热分析单元
16.2 热载荷和边界条件的类型
16.2.1 概述
16.2.2 热载荷和边界条件注意事项
16.3 稳态热分析概述
16.3.1 稳态热分析定义
16.3.2 稳态热分析的控制方程
16.4 实例—电线生热稳态热分析
16.4.1 GUI操作步骤
16.4.2 命令流方式
16.5 瞬态热分析概述
16.5.1 瞬态热分析特性
16.5.2 瞬态热分析前处理考虑因素
16.5.3 控制方程
16.5.4 初始条件的施加
16.6 实例—钢球淬火过程瞬态热分析
16.6.1 GUI分析过程
16.6.2 命令流方式
第17章 热
现代工业的典型特征是大量使用计算机进行操作，无论是产品的开发、设计，还是分析、制造过程中，计算机的应用都极大地提高了工作效率和质量。计算机辅助工程（CAE）就是其中必不可少的一个环节，它是计算机技术和现代工程方法的完美结合。
有限元法作为数值计算方法是在工程分析领域应用较为广泛的一种计算方法，自20世纪中叶以来，以其独有的计算优势得到了广泛发展和应用，同时也出现了不同的有限元算法，并由此产生了一批非常成熟的通用和专业有限元商业软件。随着计算机技术的飞速发展，各种工程软件也得以广泛应用。ANSYS软件以它的多物理场耦合分析功能而成为CAE软件的应用主流，在工程分析中得到了较为广泛的应用。
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长快的CAE软件，能够进行包括结构、热、声、流体以及电磁场等学科的研究，在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医药、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS因其功能强大，操作简单方便，现已成为国际流行的有限元分析软件，并且在历年FEA评比中均名列。目前，中国一百多所理工院校已采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。
一、编写目的
鉴于ANSYS软件强大的功能和深厚的工程应用底蕴，我们力图编写一本全方位介绍ANSYS软件在各个工程行业应用情况的书籍，但因篇幅有限，我们着重选择ANSYS经常应用的几个方面，利用ANSYS大体知识脉络作为线索，以实例作为“抓手”，帮助读者掌握利用ANSYS软件进行工程分析的基本技能和技巧。
二、本书特点
专业性强
本书的编者都是高校从事计算机图形教学研究多年的一线人员，具有丰富的教学实践经验与教材编写经验，有一些执笔者是国内ANSYS图书出版界知名的作者，前期出版的一些相关书籍经过市场检验很受读者欢迎。多年的教学工作使他们能够准确地把握学生的心理与实际需求，本书是作者总结多年的设计经验以及教学的心得体会，历时多年的精心准备，力求全面、细致地展现ANSYS软件在工程分析应用领域的各种功能和使用方法。
涵盖面广
就本书而言，我们的目的是编写一本对工科各专业具有普遍适用性的基础应用学习书籍。因为读者的专业学习方向不同，我们不可能机械地将本书归类为结构、热力学或电磁学的某一个专业领域内，又因为有的读者可能不只是在某一个专业方向内应用，所以我们在本书中对知识点的讲解尽量全面，在一本书的篇幅内，包罗了ANSYS软件常用的全部功能的讲解，内容涵盖了ANSYS分析基本流程、机械与结构分析、热力学分析、电磁学分析和耦合场分析等知识。对每个知识点，我们不求过于深入，只要求读者能够掌握可以满足一般工程分析的知识即可，并且在语言上尽量做到浅显易懂，言简意赅。
实例丰富
本书的实例不管是数量还是种类，都非常丰富。从数量上说，本书结合大量的工程分析实例，详细讲解了ANSYS知识要点，全书包含40个大型工程案例，让读者在学习案例的过程中潜移默化地掌握ANSYS软件操作技巧。从种类上说，针对本书专业面宽泛的特点，我们在组织实例的过程中，注意实例的行业分布广泛性，以普通机械和结构分析为主，辅助一些热力学分析、电磁学分析和耦合场分析等工程方向的实例。
突出提升技能
本书从全面提升ANSYS工程分析能力的角度出发，结合大量的案例来讲解如何利用ANSYS软件进行有限元分析，使读者了解计算机辅助分析并能够独立地完成各种工程分析。
本书中有很多实例本身就是工程分析项目案例，经过作者精心提炼和改编，不仅保证了读者能够学好知识点，更重要的是能够帮助读者掌握实际的操作技能，同时培养工程分析实践能力。
三、本书的基本内容
本书以ANSYS 17.0为依据，对ANSYS分析的基本思路、操作步骤、应用技巧进行了详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述了ANSYS具体工程应用方法。
书中尽量避开了繁琐的理论描述，从实际应用出发，结合作者使用该软件的经验，实例部分采用GUI方式一步一步地对操作过程和步骤进行讲解。为了帮助用户熟悉ANSYS的相关操作命令，在实例的后面还列出了分析过程的命令流文件。
本书分为5篇，第1篇为操作基础篇，详细介绍ANSYS分析全流程的基本步骤和方法，共6章，依次介绍ANSYS 17.0入门、几何建模、划分网格、施加载荷、求解、后处理。
第2篇为专题实例篇，按不同的分析专题讲解各种分析专题的参数设置方法与技巧，共9章，依次介绍结构静力分析、模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析、谱分析、非线性分析、结构屈曲分析、接触问题分析、结构优化。
第3篇为热分析篇，共2章，依次介绍稳态热分析与瞬态热分析、热辐射和相变分析。
第4篇为电磁分析篇，共4章，依次介绍电磁场有限分析简介、二维磁场分析、三维磁场分析、电场分析。
第5篇为耦合场分析篇，共3章，依次介绍耦合场分析简介、直接耦合场分析、多场求解-MFS单码的耦合分析。
除利用传统的书面讲解外，本书还随书配送了多媒体学习光盘。光盘中包含全书讲解实例和练习实例的源文件和素材，并制作了全程所有实例的同步AVI文件。为了增强教学效果，更进一步方便读者的学习，作者亲自对实例动画进行了配音讲解，读者可以像看电影一样轻松愉悦地学习本书。
编 者
10.1 瞬态动力学概论
可以用瞬态动力学分析确定结构在静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下随时间变化的位移、应变、应力及力。载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较显著。如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分析。
瞬态动力学分析比静力学分析更复杂，因为按“工程”时间计算，瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和人力。可以先做一些预备工作以理解问题的物理意义，从而节省大量资源，例如，可以做以下预备工作。
首先分析一个比较简单的模型，由梁、质量体、弹簧组成的模型可以以小的代价对问题提供有效、深入的理解，简单模型或许正是确定结构所有的动力学响应所需要的。
如果分析中包含非线性，可以首先通过进行静力学分析尝试了解非线性特性如何影响结构的响应。有时在动力学分析中没必要包括非线性。
了解问题的动力学特性。通过做模态分析计算结构的固有频率和振型，便可了解当这些模态被激活时结构如何响应。固有频率同样也对计算出正确的积分时间步长有用。
对于非线性问题，应考虑将模型的线性部分子结构化以降低分析代价。子结构在帮助文件中的里有详细的描述。
进行瞬态动力学分析可以采用3种方法，即Full
Method（完全法）、Mode
Superposition Method（模态叠加法）和Reduced Method（减缩法）。下面来比较一下各种方法的优缺点。
10.1.1 Full Method（完全法）
Full Method采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩阵减缩）。它是3种方法中功能强的，允许包含各类非线性特性（塑性、大变形、大应变等）。Full
Method的优点如下。
R 容易使用，因为不必关心如何选取主自由度和振型。
R 允许包含各类非线性特性。
R 使用完整矩阵，因此不涉及质量矩阵的近似。
R 在一次处理过程中计算出所有的位移和应力。
R 允许施加各种类型的载荷，例如，节点力、外加的（非零）约束、单元载荷（压力和温度）。
R 允许采用实体模型上所加的载荷。
Full Method的主要缺点是比其他方法消耗大。
10.1.2 Mode Superposition Method（模态叠加法）
Mode
Superposition Method通过对模态分析得到的振型（特征值）乘以因子并求和来计算出结构的响应。它的优点如下。
R 对于许多问题，该方法比Reduced Method或Full Method更快且消耗小。
R 在模态分析中施加的载荷可以通过LVSCALE命令用于谐响应分析中。
R 允许指定振型阻尼（阻尼系数为频率的函数）。
Mode
Superposition Method的缺点如下。
R 整个瞬态分析过程中时间步长必须保持恒定，因此不允许用自动时间步长。
R 允许的非线性是点点接触（有间隙情形）。
R 不能用于分析“未固定的（floating）”或不连续结构。
R 不接受外加的非零位移。
R 在模态分析中使用PowerDynamics方法时，初始条件中不能有预加的载荷或位移。
10.1.3 Reduced Method（减缩法）
Reduced Method通常采用主自由度和减缩矩阵来压缩问题的规模。主自由度处的位移被计算出来后，解可以被扩展到初始的完整DOF集上。
这种方法的优点是比Full Method更快且消耗小。
Reduced Method的缺点如下。
R 初始解只计算出主自由度的位移。要得到完整的位移、应力和力的解，需执行扩展处理（扩展处理在某些分析应用中可能不必要）。
R 不能施加单元载荷（压力、温度等），但允许有加速度。
R 所有载荷必须施加在用户定义的自由度上，这就限制了采用实体模型上所加的载荷。
R 整个瞬态分析过程中时间步长必须保持恒定，因此不允许用自动时间步长。
R 允许的非线性是点点接触（有间隙情形）。
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