ANSYS Workbench 2020有限元分析从入门到精通

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针对ANSYS Workbench 2020版本全新编写，内容丰富！
视频演示：25集(段)高清教学微视频，扫码学习效率更高！
典型实例：11个经典中小型实例，用实例学习更专业！
综合演练：5种不同类型综合练习案例，实战才是硬道理！
超值赠送：机盖、升降架、铝合金弯管头等8种常见零部件分析的源文件和动画演示，总时长达75分钟。

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《ANSYS Workbench 2020有限元分析从入门到精通》以ANSYS 2020版本为依托，对ANSYS Workbench分析的基本思路、操作步骤、应用技巧进行详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述了ANSYS Workbench的具体工程应用方法。本书共13章，第1~4章为操作基础，详细介绍了ANSYS Workbench分析全流程的基本步骤和方法，其中包括ANSYS Workbench 2020入门、DesignModeler应用程序、Mechanical应用程序和一般网格控制；第5~13章为专题实例，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，其中包括结构静力学分析、模态分析、屈曲分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析、非线性分析、热分析和优化设计等内容。 另外，本书随书资源包中还配备了极为丰富的学习资源，具体内容如下。 1. 23集高清同步微课视频，可像看电影一样轻松学习，然后对照书中实例进行练习。 2. 11个经典中小型案例，用案例学习上手更快，更专业。 3. 5种不同类型的综合练习实例，学以致用，动手会做才是硬道理。 4. 附赠8种类型常见零部件分析的动画演示和源文件，可以拓宽视野，增强实战能力。 5. 全书实例的源文件和素材，方便按照书中实例操作时直接调用。 本书适用于ANSYS软件的初、中级用户，以及有初步使用经验的技术人员；本书可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生及教师学习ANSYS软件的培训教材，也可作为从事结构分析相关行业的工程技术人员使用ANSYS软件的参考书。

CAD/CAM/CAE技术联盟是一个CAD/CAM/CAE技术研讨、工程开发、培训咨询和图书创作的工程技术人员协作联盟，包含20多位专职和众多兼职CAD/CAM/CAE工程技术专家。
CAD/CAM/CAE技术联盟负责人由Autodesk中国认证考试中心首席专家担任，全面负责Autodesk中国官方认证考试大纲制定、题库建设、技术咨询和师资力量培训工作，成员精通Autodesk系列软件。其创作的很多教材成为国内具有引导性的旗帜作品，在国内相关专业方向图书创作领域具有举足轻重的地位。

第1章  ANSYS Workbench 2020入门  1
1.1  ANSYS Workbench概述  2
1.1.1  ANSYS Workbench的特点  2
1.1.2  ANSYS Workbench 2020应用分类  3
1.1.3  ANSYS Workbench 2020系统要求和启动  4
1.1.4  ANSYS Workbench 2020的设计流程  6
1.2  ANSYS Workbench 2020分析的基本过程  6
1.2.1  前处理  7
1.2.2  加载并求解  7
1.2.3  后处理  7
1.3  ANSYS Workbench 2020的图形界面  8
1.3.1  工具箱  8
1.3.2  Workbench选项窗口  10
1.4  Workbench文档管理  10
1.4.1  目录结构  11
1.4.2  显示文件明细  11
1.4.3  打包文件  12
1.5  项目概图  12
1.5.1  系统和单元格  13
1.5.2  单元格的类型  13
1.5.3  了解单元格状态  14
1.5.4  项目概图中的链接  15
1.5.5  创建项目概图实例  15
1.6  材料特性应用程序  17
1.6.1  材料库  18
1.6.2  添加库中的材料  19
1.6.3  添加新材料  19
第2章  DesignModeler应用程序  21
（视频讲解：33分钟）
2.1  DesignModeler简介  22
2.1.1  进入DesignModeler  22
2.1.2  操作界面介绍  24
2.1.3  DesignModeler和CAD类文件交互  27
2.1.4  DesignModeler中几何体的分类  29
2.1.5  帮助文档  29
2.2  DesignModeler的操作  30
2.2.1  图形控制  30
2.2.2  光标模式  30
2.2.3  选择过滤器  30
2.2.4  快捷菜单  32
2.3  绘制草图  34
2.3.1  创建新平面  34
2.3.2  创建新草图  35
2.3.3  工具箱  36
2.3.4  草绘附件  41
2.3.5  草图绘制实例—机缸垫草图  42
2.4  特性建模  47
2.4.1  拉伸  47
2.4.2  旋转  50
2.4.3  扫掠  51
2.4.4  放样  51
2.4.5  抽壳  52
2.4.6  倒圆  53
2.4.7  倒角  54
2.4.8  特征建模实例1—基台  54
2.5  体操作  59
2.5.1  镜像  60
2.5.2  移动  60
2.5.3  缝合  60
2.5.4  阵列特征  61
2.5.5  布尔操作  61
2.5.6  直接创建几何体  62
2.5.7  三维特征实例2—链轮  63
2.6  概念建模  68
2.6.1  概念建模工具  68
2.6.2  定义横截面  70
2.6.3  面操作  72
2.6.4  概念建模实例—框架  74
第3章  Mechanical应用程序  79
（视频讲解：6分钟）
3.1  Mechanical概述  80
3.2  Mechanical界面  80
3.2.1  Mechanical标签栏  81
3.2.2  工具栏  82
3.2.3  树形目录  84
3.2.4  属性窗格  84
3.2.5  绘图区域  85
3.3  基本分析步骤  85
3.4  一个简单的分析实例  86
3.4.1  问题描述  87
3.4.2  项目概图  87
3.4.3  前处理  88
3.4.4  求解  90
3.4.5  结果  91
3.4.6  报告  93
第4章  一般网格控制  95
（视频讲解：6分钟）
4.1  网格划分平台  96
4.1.1  网格划分概述  96
4.1.2  网格划分流程  96
4.1.3  分析类型  96
4.2  网格划分方法  98
4.2.1  自动划分方法  98
4.2.2  四面体网格划分方法  98
4.2.3  扫掠网格划分方法  101
4.2.4  多区域网格划分方法  101
4.3  全局网格控制  103
4.3.1  相关性和关联中心  103
4.3.2  全局单元尺寸  104
4.3.3  初始尺寸种子  104
4.3.4  平滑和过渡  104
4.3.5  跨度中心角  105
4.3.6  高级尺寸功能  106
4.4  局部网格控制  108
4.4.1  局部尺寸  108
4.4.2  接触尺寸  111
4.4.3  细化  111
4.4.4  映射面划分  112
4.4.5  匹配控制  113
4.4.6  收缩控制  114
4.4.7  膨胀  114
4.5  网格工具  115
4.5.1  生成网格  115
4.5.2  截面位面  116
4.5.3  命名选项  118
4.6  网格划分实例—三通管网格划分  118
4.6.1  定义几何  119
4.6.2  Mechanical默认与CFD网格  120
4.6.3  截面位面  120
4.6.4  使用面尺寸  121
4.6.5  局部网格划分  122
第5章  结构静力学分析  125
（视频讲解：21分钟）
5.1  几何模型  126
5.1.1  质量点  126
5.1.2  材料特性  126
5.2  分析设置  127
5.3  载荷和约束  128
5.3.1  加速度和重力加速度  128
5.3.2  集中力和压力  129
5.3.3  约束  130
5.4  求解模型  131
5.5  后处理  131
5.6  静力结构分析实例1—联轴器变形和应力校核  134
5.6.1  问题描述  134
5.6.2  项目概图  134
5.6.3  创建模型  136
5.6.4  前处理  141
5.6.5  求解  143
5.6.6  结果  143
5.6.7  报告  144
5.7  静力结构分析实例2—托架基体强度校核  145
5.7.1  问题描述  145
5.7.2  建立分析项目  145
5.7.3  前处理  147
5.7.4  求解  150
5.7.5  结果  150
第6章  模态分析  152
（视频讲解：13分钟）
6.1  模态分析方法  153
6.2  模态系统分析步骤  153
6.2.1  几何体和质点  153
6.2.2  接触区域  154
6.2.3  分析类型  154
6.2.4  载荷和约束  155
6.2.5  求解  155
6.2.6  检查结果  155
6.3  模态分析实例1—机盖架壳体强度校核  155
6.3.1  问题描述  155
6.3.2  项目概图  155
6.3.3  前处理  157
6.3.4  求解  159
6.3.5  结果  159
6.4  模态分析实例2—轴装配体  160
6.4.1  问题描述  161
6.4.2  项目概图  161
6.4.3  前处理  163
6.4.4  求解  164
6.4.5  结果  164
6.5  模态分析实例3—机翼  166
6.5.1  问题描述  166
6.5.2  项目概图  167
6.5.3  前处理  169
6.5.4  求解  171
6.5.5  模态分析  172
第7章  屈曲分析  175
（视频讲解：10分钟）
7.1  屈曲概述  176
7.2  屈曲分析步骤  176
7.2.1  几何体和材料属性  177
7.2.2  接触区域  177
7.2.3  载荷与约束  177
7.2.4  设置屈曲  177
7.2.5  求解模型  178
7.2.6  检查结果  179
7.3  线性屈曲分析实例1—空圆管  179
7.3.1  问题描述  179
7.3.2  项目概图  180
7.3.3  创建草图  181
7.3.4  Mechanical前处理  183
7.3.5  求解  183
7.3.6  结果  185
7.4  线性屈曲分析实例2—支撑架  187
7.4.1  问题描述  187
7.4.2  项目概图  187
7.4.3  Mechanical前处理  188
7.4.4  求解  190
7.4.5  结果  191
第8章  谐响应分析  192
（视频讲解：7分钟）
8.1  谐响应分析简介  193
8.2  谐响应分析步骤  193
8.2.1  建立谐响应分析项  193
8.2.2  加载谐响应载荷  194
8.2.3  求解方法  194
8.2.4  后处理中查看结果  195
8.3  谐响应分析实例—固定梁  195
8.3.1  问题描述  195
8.3.2  项目概图  196
8.3.3  前处理  198
8.3.4  模态分析求解  198
8.3.5  谐响应分析预处理  201
8.3.6  谐响应分析设置并求解  202
8.3.7  谐响应分析后处理  203
第9章  响应谱分析  206
（视频讲解：5分钟）
9.1  响应谱分析简介  207
9.1.1  响应谱分析过程  207
9.1.2  在Workbench 2020中进行响应谱分析  208
9.2  响应谱分析实例—三层框架结构地震响应分析  209
9.2.1  问题描述  209
9.2.2  项目概图  210
9.2.3  前处理  212
9.2.4  模态分析求解  213
9.2.5  响应谱分析设置并求解  215
9.2.6  查看分析结果  217
第10章  随机振动分析  219
（视频讲解：6分钟）
10.1  随机振动分析简介  220
10.1.1  随机振动分析过程  220
10.1.2  Workbench 2020中进行随机振动分析  220
10.2  振动分析实例—桥梁模型随机振动分析  221
10.2.1  问题描述  221
10.2.2  项目概图  222
10.2.3  前处理  224
10.2.4  模态分析求解  226
10.2.5  随机振动分析设置并求解  228
10.2.6  查看分析结果  230
第11章  非线性分析  232
（视频讲解：70分钟）
11.1  非线性分析概论  233
11.1.1  非线性行为的原因  233
11.1.2  非线性分析的基本信息  234
11.2  结构非线性一般过程  236
11.2.1  建立模型  236
11.2.2  分析设置  236
11.2.3  查看结果  238
11.3  接触非线性结构  239
11.3.1  接触基本概念  239
11.3.2  接触类型  239
11.3.3  刚度及渗透  240
11.3.4  Pinball区域  240
11.3.5  对称/非对称行为  242
11.3.6  接触结果  243
11.4  结构非线性实例1—刚性接触  243
11.4.1  问题描述  243
11.4.2  项目概图  243
11.4.3  绘制草图  244
11.4.4  创建面体  245
11.4.5  更改模型类型  245
11.4.6  修改几何体属性  246
11.4.7  添加接触  248
11.4.8  划分网格  250
11.4.9  分析设置  252
11.4.10  求解  254
11.4.11  查看求解结果  255
11.5  结构非线性实例2—O型圈  257
11.5.1  问题描述  257
11.5.2  项目概图  257
11.5.3  绘制草图  258
11.5.4  创建面体  259
11.5.5  添加材料  260
11.5.6  修改几何体属性  262
11.5.7  添加接触  264
11.5.8  划分网格  266
11.5.9  分析设置  267
11.5.10  求解  270
11.5.11  查看求解结果  270
11.6  结构非线性实例3—橡胶密封件  272
11.6.1  问题描述  272
11.6.2  项目概图  272
11.6.3  添加材料  273
11.6.4  定义模型  274
11.6.5  添加接触  281
11.6.6  分析设置  284
11.6.7  求解  287
11.6.8  查看求解结果  288
第12章  热分析  290
（视频讲解：18分钟）
12.1  热分析基础  291
12.2  热传递的方式  291
12.3  热分析流程  292
12.3.1  几何模型  293
12.3.2  材料属性  293
12.3.3  实体接触  294
12.3.4  导热率  295
12.3.5  施加热载荷  295
12.3.6  热边界条件  296
12.3.7  求解选项  296
12.3.8  结果和后处理  297
12.4  热分析实例1—传动装配体基座  299
12.4.1  问题描述  299
12.4.2  项目概图  299
12.4.3  前处理  301
12.4.4  求解  304
12.4.5  结果  304
12.5  热分析实例2—变速箱上箱盖  306
12.5.1  问题描述  307
12.5.2  项目概图  307
12.5.3  前处理  308
12.5.4  求解  312
12.5.5  结果  312
12.6  热分析实例3—齿轮泵基座  314
12.6.1  问题描述  314
12.6.2  项目概图  314
12.6.3  前处理  315
12.6.4  求解  319
12.6.5  结果  319
第13章  优化设计  321
（视频讲解：8分钟）
13.1  优化设计概论  322
13.1.1  ANSYS优化方法  322
13.1.2  Design Exploration优化特点  322
13.1.3  Design Exploration优化类型  323
13.1.4  参数定义  323
13.2  优化设计界面  323
13.2.1  用户界面  323
13.2.2  Design Exploration数据参数界面  324
13.2.3  读入APDL文件  325
13.3  Design Exploration优化设计使用基础  325
13.3.1  参数的设置  325
13.3.2  目标驱动优化  327
13.3.3  响应曲面  328
13.3.4  六西格玛设计  329
13.4  优化设计实例—连杆六西格玛优化设计  331
13.4.1  问题描述  331
13.4.2  项目概图  331
13.4.3  Mechanical前处理  332
13.4.4  设置求解  334
13.4.5  六西格玛设计  336

有限单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的发展和应用，已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软件以其多物理场耦合分析功能而成为CAE软件的应用主流，在工程分析应用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，它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的功能强大，操作简单方便，现在它已成为国际流行的有限元分析软件，在历年FEA评比中都名列。目前，中国大多数科研院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。
Workbench是ANSYS公司开发的新一代协同仿真环境，与传统ANSYS相比较，Workbench有利于协同仿真、项目管理，可以进行双向的参数传输功能，具有复杂装配件接触关系的自动识别、接触建模功能，可对复杂的几何模型进行高质量的网格处理，自带可定制的工程材料数据库，方便操作者进行编辑、应用，并且支持几乎所有ANSYS的有限元分析功能。
一、编写目的
鉴于ANSYS Workbench强大的功能和深厚的工程应用底蕴，我们力图开发一本全方位介绍ANSYS Workbench在工程中实际应用情况的书籍。我们不求将ANSYS Workbench知识点全面讲解清楚，而是针对工程设计的需要，利用ANSYS Workbench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 Workbench进行有限元分析的基本技能和技巧。
本书以ANSYS的版本ANSYS 2020为依据，对ANSYS Workbench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 Workbench的具体工程应用方法。
二、本书特点
1. 专业性强
本书作者拥有多年计算机辅助设计与分析领域的工作经验和教学经验，他们总结多年的工程应用经验以及教学中的心得体会，历时多年精心编著，力求全面、细致地展现出ANSYS Workbench 2020在有限元分析应用领域的各种功能和使用方法。在具体讲解的过程中，严格遵守有限元分析相关规范和国家标准，这种一丝不苟的细致作风溶入字里行间中，目的是培养读者严谨细致的工程素养，传播规范的工程分析理论与应用知识。
2. 实例丰富
全书包含数十个常见的、不同类型和大小的实例、实践，可让读者在学习案例的过程中快速了解ANSYS Workbench 2020的用途，并加深对知识点的掌握，力求通过实例的演练帮助读者找到一条学习ANSYS Workbench 2020的终南捷径。
3. 内容全面
本书内容全面，对ANSYS Workbench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 Workbench的具体工程应用方法。通过学习本书，读者可以全景式地掌握ANSYS Workbench分析的各种基本方法和技巧。
4. 突出技能提升
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，不仅保证读者能够学好知识点，更重要的是能帮助读者掌握实际的操作技能。全书结合实例详细讲解了ANSYS Workbench知识要点，让读者在学习案例的过程中潜移默化地掌握ANSYS Workbench软件的操作技巧，同时也培养工程分析实践能力。
三、本书的配套资源
本书提供了极为丰富的配套学习资源，读者可登录清华大学出版社网站，在对应图书页面下获取其下载方式。也可扫描图书封底的“文泉云盘”二维码，获取学习资源的下载方式，以便读者朋友在短的时间内学会并掌握这门技术。
1．配套微课视频
针对本书实例专门制作了23集同步教学视频，读者可以扫描书中的二维码观看视频，像看电影一样轻松愉悦地学习本书内容，然后对照课本加以实践和练习，可以大大提高学习效率。
2．附赠8种类型常见零部件的分析方法
为了帮助读者拓宽视野，本书赠送了8种类型常见零部件的分析方法，及其配套的时长75分钟的动画演示，可以增强实战能力。
3．全书实例的源文件
本书配套资源中包含实例和练习实例的源文件和素材，读者可以安装ANSYS Workbench 2020软件后，打开并使用它们。
四、关于本书的服务
1．“ANSYS Workbench 2020”安装软件的获取
按照本书上的实例进行操作练习，以及使用ANSYS Workbench 2020进行分析，需要事先在电脑上安装ANSYS Workbench 2020软件。“ANSYS Workbench 2020”安装软件可以登录官方网站联系购买正版软件，或者使用其试用版。另外，当地电脑城、软件经销商一般有售。
2．关于本书的技术问题或有关本书信息的发布
读者朋友遇到有关本书的技术问题，可以扫描封底“文泉云盘”二维码查看是否已发布相关勘误/解疑文档，如果没有，可在文档下方找到联系方式，我们将及时回复。
3．关于手机在线学习
扫描书后刮刮卡（需刮开涂层）二维码，即可获取书中二维码的读取权限，再扫描书中二维码，可在手机中观看对应教学视频。充分利用碎片化时间，随时随地提升。需要强调的是，书中给出的是实例的重点步骤，详细操作过程还需读者通过视频来学习并领会。
五、关于作者
本书由CAD/CAM/CAE技术联盟组织编写。CAD/CAM/CAE技术联盟是一个集CAD/CAM/CAE技术研讨、工程开发、培训咨询和图书创作于一体的工程技术人员协作联盟，包含众多专职和兼职CAD/CAM/CAE工程技术专家。
CAD/CAM/CAE技术联盟负责人由Autodesk中国认证考试中心首席专家担任，全面负责Autodesk中国官方认证考试大纲制定、题库建设、技术咨询和师资力量培训工作，成员精通Autodesk系列软件。其创作的很多教材成为国内具有引导性的旗帜作品，在国内相关专业方向图书创作领域具有举足轻重的地位。