Ansys2024机械与结构有限元分析从入门到精通

本书以Ansys 2024为平台,对应用Ansys进行机械与结构有限元分析的基本思路、操作步骤和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在机械与结构工程中的应用方法。本书从实际应用出发,结合编者使用该软件的经验,对实例部分的操作过程采用GUI方式逐步进行了讲解。为了帮助读者熟悉Ansys的相关操作命令,在每个实例的后面均列出了分析过程的命令流文件。

本书以Ansys 2024为平台,对应用Ansys进行机械与结构有限元分析的基本思路、操作步骤和应用技巧进行了详细介绍,全书从实际应用出发,结合编者使用该软件的经验,对实例部分的操作过程采用GUI方式逐步进行了讲解。为了帮助读者熟悉Ansys的相关操作命令,在每个实例的后面均列出了分析过程的命令流文件。
全书共10章,第1章为绪论,第2章介绍了Ansys 2024图形用户界面,第3章介绍了建立实体模型,第4章介绍了Ansys分析基本步骤,第5章介绍了静力分析,第6章介绍了非线性分析,第7章介绍了动力学分析,第8章介绍了热分析,第9章介绍了参数化与单元的生和死,第10章介绍了子模型。
本书适用于Ansys软件的初、中级用户,可作为理工科院校相关专业高年级本科生、研究生的培训教材,也可作为从事结构分析相关行业的工程技术人员的参考书。

张秀辉 胡仁喜 康士廷

目　录
前言
第1章　绪论1
1.1　有限元法简介2
1.1.1　有限元法的基本思想2
1.1.2　有限元法的基本模型3
1.1.3　有限元法的分析步骤5
1.2　Ansys简介5
1.2.1　Ansys的发展5
1.2.2　Ansys的功能5
1.3　Ansys 2024的启动和配置7
1.3.1　Ansys 2024的启动7
1.3.2　Ansys 2024运行环境配置7
1.4　Ansys程序结构9
1.4.1　处理器9
1.4.2　文件格式9
1.4.3　输入方式9
1.4.4　输出文件类型10
第2章　Ansys 2024图形用户界面11
2.1　图形用户界面的组成12
2.2　启动图形用户界面13
2.3　对话框及其组件14
2.3.1　文本框14
2.3.2　单选列表14
2.3.3　双列选择列表14
2.3.4　标签对话框15
2.3.5　选取框15
2.4　通用菜单16
2.4.1　文件菜单16
2.4.2　选取菜单18
2.4.3　列表菜单20
2.4.4　绘图菜单24
2.4.5　绘图控制菜单25
2.4.6　工作平面菜单31
2.4.7　参量菜单33
2.4.8　宏菜单35
2.4.9　菜单控制菜单36
2.4.10　帮助菜单36
2.5　输入窗口38
2.6　主菜单39
2.6.1　优选项40
2.6.2　预处理器40
2.6.3　求解器44
2.6.4　通用后处理器47
2.6.5　时间历程后处理器49
2.6.6　记录编辑器51
2.7　输出窗口51
2.8　工具条51
2.9　图形窗口52
2.9.1　图形显示52
2.9.2　多窗口绘图54
2.9.3　增强图形显示57
2.10　个性化界面58
2.10.1　改变字体和颜色58
2.10.2　改变GUI的启动菜单显示58
2.10.3　改变菜单链接和对话框58
第3章　建立实体模型59
3.1　实例导航——几何模型的输入60
3.1.1　输入IGES单一实体60
3.1.2　输入SAT单一实体62
3.1.3　输入SAT集合65
3.1.4　输入Parasolid 单一实体69
3.2　实例导航——对输入模型进行修改71
3.3　实例导航——自主建模75
3.3.1　自顶向下建模实例75
3.3.2　自底向上建模实例86
第4章　Ansys分析基本步骤99
4.1　分析问题100
4.1.1　问题描述100
4.1.2　确定问题的范围100
4.2　建立有限元模型103
4.2.1　创建实体模型103
4.2.2　对实体模型进行网格划分111
4.3　施加载荷112
4.4　进行求解116
4.4.1　求解器的类别116
4.4.2　求解检查116
4.4.3　求解的实施116
4.4.4　求解会碰到的问题117
4.5　后处理118
4.6　分析步骤示例—悬臂梁122
4.6.1　分析问题122
4.6.2　建立有限元模型122
4.6.3　施加载荷127
4.6.4　进行求解128
4.6.5　后处理129
4.6.6　命令流131
第5章　静力分析133
5.1　静力分析介绍134
5.1.1　结构静力分析简介134
5.1.2　静力分析的类型135
5.1.3　静力分析基本步骤135
5.2　平面问题静力分析实例—平面齿轮135
5.2.1　分析问题135
5.2.2　建立模型136
5.2.3　定义边界条件并求解151
5.2.4　查看结果154
5.2.5　命令流方式159
5.3　轴对称结构静力分析实例—旋转外轮159
5.3.1　分析问题159
5.3.2　建立模型159
5.3.3　定义边界条件并求解170
5.3.4　查看结果171
5.3.5　命令流方式177
5.4　周期对称结构的静力分析实例—标准齿轮177
5.4.1　分析问题177
5.4.2　建立模型177
5.4.3　定义边界条件并求解186
5.4.4　查看结果189
5.4.5　命令流方式195
5.5　任意三维结构的静力分析实例—联轴器195
5.5.1　分析问题195
5.5.2　建立模型195
5.5.3　定义边界条件并求解199
5.5.4　查看结果203
5.5.5　命令流方式208
第6章　非线性分析209
6.1　非线性分析介绍210
6.1.1　非线性分析简介210
6.1.2　非线性分析的类型210
6.1.3　非线性分析基本步骤211
6.2　几何非线性分析实例—薄圆盘212
6.2.1　分析问题213
6.2.2　建立模型213
6.2.3　定义边界条件并求解217
6.2.4　查看结果221
6.2.5　命令流方式226
6.3　材料非线性分析实例—铆钉226
6.3.1　分析问题226
6.3.2　建立模型227
6.3.3　定义边界条件并求解233
6.3.4　查看结果236
6.3.5　命令流方式239
6.4　状态非线性分析实例—齿轮啮合239
6.4.1　分析问题240
6.4.2　建立模型240
6.4.3　定义边界条件并求解251
6.4.4　查看结果254
6.4.5　命令流方式256
6.5　非线性蠕变分析实例—螺栓蠕变256
6.5.1　问题描述256
6.5.2　建立模型257
6.5.3　设置分析并求解260
6.5.4　查看结果263
6.5.5　命令流方式266
6.6　接触问题分析实例—深沟球轴承266
6.6.1　问题描述266
6.6.2　GUI方式266
6.6.3　查看结果277
6.6.4　命令流方式280
第7章　动力学分析281
7.1　动力分析介绍282
7.1.1　动力分析简介282
7.1.2　动力分析的类型282
7.1.3　动力分析基本步骤282
7.2　结构模态分析实例—齿轮结构288
7.2.1　分析问题288
7.2.2　建立模型288
7.2.3　进行模态设置、定义边界条件并求解296
7.2.4　查看结果299
7.2.5　命令流方式302
7.3　谐响应分析实例——弹簧振子303
7.3.1　问题描述303
7.3.2　建模及划分网格303
7.3.3　模态分析308
7.3.4　谐响应分析309
7.3.5　观察结果311
7.3.6　命令流方式314
7.4　瞬态动力学分析实例—振动系统314
7.4.1　分析问题315
7.4.2　建立模型316
7.4.3　进行瞬态动力分析设置、定义边界条件并求解

前　言
有限元法作为数值计算方法中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分析软件。其中,Ansys软件因为有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广泛的应用。
Ansys软件是美国Ansys公司开发的大型通用有限元分析(FEA)软件。作为一款CAE软件,它能够进行结构、热、声、流体以及电磁场等方面的分析,在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、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软件功能强大,操作简单方便,现在它已成为国际较为流行的有限元分析软件,在历年FEA评比中都名列第一。目前,我国有很多所理工院校都采用Ansys软件进行有限元分析或者作为教学用软件。
本书以Ansys 2024为平台,对应用Ansys进行机械与结构有限元分析的基本思路、操作步骤和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在机械与结构工程中的应用方法。本书从实际应用出发,结合编者使用该软件的经验,对实例部分的操作过程采用GUI方式逐步进行了讲解。为了帮助读者熟悉Ansys的相关操作命令,在每个实例的后面均列出了分析过程的命令流文件。
全书共10章,第1章为绪论,第2章介绍了Ansys 2024图形用户界面,第3章介绍了建立实体模型,第4章介绍了Ansys分析基本步骤,第5章介绍了静力分析,第6章介绍了非线性分析,第7章介绍了动力学分析,第8章介绍了热分析,第9章介绍了参数化与单元的生和死,第10章介绍了子模型。
本书附有电子资料包,其中除了有每一个实例GUI实际操作步骤的视频以外,还给出了每个实例的命令流文件,读者可以直接调用,读者可以登录网盘https://pan.baidu. com/s/10d6vwZX6pw5jRFvtSkxmhg下载,提取码swsw。也可以扫描下面二维码下载:
参加本书编写工作的有张秀辉、胡仁喜、康士廷、刘昌丽、闫聪聪、杨雪静、宫鹏涵、孟培、李亚莉、解江坤、秦志霞、张亭、毛瑢、吴秋彦、甘勤涛、李兵、王敏、孙立明、王玮、王培合、王艳池、王义发、王玉秋、朱玉莲、徐声杰、张俊生、王兵学。由于编者的水平有限,缺点和错误在所难免,欢迎读者加入学习交流QQ群(180284277)或者登录网站www.sjzswsw.com或发邮件至[email protected]提出宝贵意见。
编　者