ANSYS基礎(chǔ)與應(yīng)用教程

前言

　　在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，對(duì)于許多力學(xué)問(wèn)題和物理問(wèn)題，人們已經(jīng)得到了它們遵循的基本方程（常微分方程或偏微分方程）和相應(yīng)的定解條件，但能用解析法求出精確解的只是少數(shù)方程性質(zhì)比較簡(jiǎn)單，且?guī)缀涡螤钕喈?dāng)規(guī)則的問(wèn)題，而對(duì)于大多數(shù)問(wèn)題，由于方程的某些特征的非線性性質(zhì)或由于求解區(qū)域幾何形狀的復(fù)雜，不能得到解析結(jié)果。部分問(wèn)題可以通過(guò)簡(jiǎn)化得到簡(jiǎn)化狀態(tài)下的解答，但過(guò)多的簡(jiǎn)化會(huì)導(dǎo)致解答誤差很大甚至完全錯(cuò)誤。因此，人們經(jīng)過(guò)多年來(lái)的尋找，建立和發(fā)展了另一種求解途徑和方法——數(shù)值解法。有限單元法就是其中得以廣泛應(yīng)用的一種。其基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個(gè)、且按一定方式相互連接在一起的單元的組合體。由于單元能按不同的連接方式進(jìn)行組合，且單元本身又可以有不同的形狀，因此可以模型化復(fù)雜的幾何形狀求解區(qū)域。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，有限單元法發(fā)展到今天，已成為工程數(shù)值分析的有力工具，一批以有限元數(shù)值計(jì)算方法為基礎(chǔ)，具有良好操作性和通用性的商業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用極大地提高了工程設(shè)計(jì)的技術(shù)水平。　　ANSYS是世界上著名的大型通用有限元分析軟件，也是中國(guó)用戶最多、應(yīng)用最廣泛的有限元分析軟件，它融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)多專業(yè)的分析于一體，可廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、石油化工、輕工、造船、航空航天、汽車交通、電子、土木工程、水利、鐵道等各種工業(yè)設(shè)計(jì)和科學(xué)研究。作為世界上首個(gè)通過(guò)ISO9000認(rèn)證的有限元分析軟件，目前推出的.ANSYS產(chǎn)品具有應(yīng)用范圍廣、操作簡(jiǎn)單、圖形和后處理功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，因而為全球玉業(yè)界所接，受，尤其在中國(guó)的CAE（Compeer AidedEngineering，計(jì)算機(jī)輔助工程）軟件市場(chǎng)上一向高居榜首。CAE技術(shù)是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)最主要的技術(shù)保障，應(yīng)用CAE軟件可對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案的快速實(shí)施性能與可靠性分析進(jìn)行虛擬模擬，從而及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，在實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的同時(shí)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低研究開(kāi)發(fā)成本，縮短研究開(kāi)發(fā)周期。因此，掌握CAE技術(shù)和CAE軟件的應(yīng)用已成為出色的工程設(shè)計(jì)人員的必備技能。

內(nèi)容概要

　　《ANSYS基礎(chǔ)與應(yīng)用教程》重點(diǎn)介紹ANSYS中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)分析和熱分析，在詳細(xì)介紹ANSYS操作使用方法的基礎(chǔ)上，專題講述了ANSYS結(jié)構(gòu)靜力分析、非線性結(jié)構(gòu)分析、接觸分析、模態(tài)分析、諧響應(yīng)、譜分析、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、熱分析的方法和過(guò)程，同時(shí)通過(guò)大量的工程應(yīng)用實(shí)例，可以使讀者能夠快速地掌握ANSYS軟件，并在實(shí)際應(yīng)用中得到進(jìn)一步的提高。　　《ANSYS基礎(chǔ)與應(yīng)用教程》理論與實(shí)用相結(jié)合，力求全面、深入、系統(tǒng)和實(shí)用?！禔NSYS基礎(chǔ)與應(yīng)用教程》可作為理工科院校相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生、研究生及教師學(xué)習(xí)ANSYS軟件的培訓(xùn)教材，也可作為機(jī)械制造、石油化工、輕工、造船、航空航天、汽車交通、電子、土木工程、水利、鐵道等專業(yè)的科研人員和工程技術(shù)人員使用ANSYS軟件的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論1.1 有限元法基本思路1.2 ANSYS簡(jiǎn)介1.2.1 前處理模塊PREP71.2.2 求解模塊SOLUTION1.2.3 后處理模塊POSTl和POST261.3 ANSYs新版本功能簡(jiǎn)介第2章 初識(shí)ANSYS2.1 ANSYS 10.0的啟動(dòng)運(yùn)行及設(shè)定2.2 ANSYS的文件系統(tǒng)2.3 ANSYS分析的基本步驟2.3.1 啟動(dòng)ANSYS2.3.2 建立模型2.3.3 加載和求解2.3.4 檢查分析結(jié)果2.4 基本分析過(guò)程示例2.4.1 問(wèn)題描述2.4.2 建立ANSYS實(shí)體模型2.4.3 網(wǎng)格劃分——?jiǎng)?chuàng)建有限元模型2.4.4 施加載荷和約束條件2.4.5 求解分析2.4.6 查看結(jié)果2.4.7 退出ANSYS2.4.8 命令行方式分析過(guò)程第3章 應(yīng)用菜單3.1 File菜單3.1.1 數(shù)據(jù)庫(kù)和文件操作3.1.2 模型導(dǎo)入導(dǎo)出操作3.1.3 報(bào)告自動(dòng)生成器3.2 Select菜單3.2.1 實(shí)體選擇3.2.2 部件和組件操作(Comp／Assembly)3.2.3 選擇所有實(shí)體3.3 List菜單3.3.1 列表顯示文件信息3.3.2 列表顯示當(dāng)前狀態(tài)3.3.3 列表顯示各實(shí)體數(shù)據(jù)3.3.4 列出當(dāng)前施加的載荷情況(Loads)3.3.5 列出實(shí)體屬性(Properties)3.4 Plot菜單3.4.1 刷新當(dāng)前顯示3.4.2 實(shí)體顯示3.4.3 顯示層單元3.4.4 顯示指定的材料屬性3.4.5 顯示所有選擇的實(shí)體3.4.6 顯示組件和部件3.5 PlotCtrls菜單3.5.1 模型視圖的移動(dòng)、縮放和旋轉(zhuǎn)3.5.2 視圖顯示內(nèi)容設(shè)置3.5.3 圖形顯示風(fēng)格設(shè)置3.5.4 字體控制3.5.5 繪圖窗口控制3.5.6 繪圖區(qū)的清理3.5.7 動(dòng)畫(huà)制作3.5.8 圖形設(shè)備操作3.5.9 圖形文件輸出3.5.10 保存和恢復(fù)繪圖控制設(shè)置3.6 WbrkPlane菜單3.6.1 顯示工作平面3.6.2 設(shè)置工作平面選項(xiàng)3.6.3 工作平面的平移和旋轉(zhuǎn)3.6.4 局部坐標(biāo)系設(shè)置第4章 ANSYS的幾何建模4.1 ANSYS幾何建模的概念4.2 建模前的問(wèn)題規(guī)劃4.2.1 類型(二維、三維等)4.2.2 線性單元和二次單元的選擇4.2.3 不同單元連接的限制4.2.4 對(duì)稱性4.2.5 決定模型包含多少細(xì)節(jié)4.3 坐標(biāo)系和工作平面在建模中的應(yīng)用4.3.1 ANSYS的坐標(biāo)系4.3.2 使用工作平面4.4 自底向上建模方法4.4.1 關(guān)鍵點(diǎn)(KeyPoint)4.4.2 硬點(diǎn)(HardPoint)4.4.3 線(Line)4.4.4 面(Area)4.4.5 體(Volume)4.5 自項(xiàng)向下的建模方法4.5.1 創(chuàng)建面體素4.5.2 生成實(shí)體體素4.6 實(shí)體模型的布爾運(yùn)算4.6.1 布爾運(yùn)算的設(shè)置4.6.2 交運(yùn)算4.6.3 加運(yùn)算4.6.4 減運(yùn)算4.6.5 分割運(yùn)算4：6.6 搭接運(yùn)算4.6.7 分塊連接4.6.8 粘接4.7 實(shí)體圖元的縮放4.8 從其他CAD系統(tǒng)導(dǎo)入模型4.8.1 導(dǎo)入IGES格式文件4.8.2 Pro／E接口4.8.3 UG接口4.8.4 導(dǎo)入SAT格式文件4.8.5 導(dǎo)入ParaSolid格式文件4.9 實(shí)體模型幾何特性的計(jì)算4.9.1 計(jì)算兩點(diǎn)間距離4.9.2 計(jì)算實(shí)體幾何特性4.10實(shí)體建模時(shí)的注意事項(xiàng)4.10.1 實(shí)體模型的內(nèi)部表示4.10.2 布爾運(yùn)算中的常見(jiàn)問(wèn)題4.10.3 常用措施第5章 創(chuàng)建有限元模型5.1 選定單元類型5.1.1 ANSYS的單元類型5.1.2 定義單元類型的一般過(guò)程5.2 設(shè)置實(shí)常數(shù)5.3 定義材料屬性5.3.1 材料屬性的說(shuō)明5.3.2 ANSYS中的材料模型5.3.3 定義材料屬性的一般過(guò)程5.4 實(shí)體模型的網(wǎng)格劃分5.4.1 自由網(wǎng)格和映射網(wǎng)格5.4.2 網(wǎng)格劃分的一般步驟5.4.3 網(wǎng)格劃分工具5.5 網(wǎng)格劃分控制5.5.1 設(shè)定單元尺寸SizeCntrls5.5.2 網(wǎng)格劃分選項(xiàng)5.5.3 使用“SmartSize”控制尺寸5.5.4 單元形狀控制5.5.5 自由網(wǎng)格劃分5.5.6 映射網(wǎng)格劃分5.5.7 由面生成體網(wǎng)格5.6 網(wǎng)格質(zhì)量檢查和修改5.6.1 單元形狀檢查5.6.2 網(wǎng)格局部細(xì)化5.6.3 清除網(wǎng)格5.6.4 處理退化的四面體單元5.6.5 改進(jìn)四面體單元網(wǎng)格5.7 直接生成單元網(wǎng)格的方法5.7.1 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)5.7.2 創(chuàng)建單元第6章 載荷施加6.1 載荷概述6.1.1 載荷概念和類型6.1.2 載荷步、載荷子步的概念6.1.3 階躍載荷和遞變載荷6.2 自由度約束條件的施加6.2.1 施加DOF約束6.2.2 施加對(duì)稱／反對(duì)稱邊界條件6.2.3 刪除DOF約束6.3 施加載荷6.3.1 集中力載荷6.3.2 表面載荷6.3.3 體積載荷……第7章 求解第8章 ANSYS后處理第9章 結(jié)構(gòu)靜力分析第10章 非線性結(jié)構(gòu)分析第11章 接觸分析第12章 模態(tài)分析第13章 諧響應(yīng)分析第14章 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析第15章 譜分析第16章 熱分析第17章 APDL開(kāi)發(fā)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　加載完之后就要對(duì)加載后的模型進(jìn)行求解。ANSYS提供了多種求解方法，用來(lái)在不同的情況下對(duì)所建立的有限元模型進(jìn)行求解。求解的過(guò)程也就是解方程的過(guò)程，就是將所建立的模型確立的一些多元方程聯(lián)立求解，并將結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中?！　?.3.4檢查分析結(jié)果　　檢查分析結(jié)果其實(shí)就是對(duì)求解結(jié)果進(jìn)行后處理，即進(jìn)行圖形顯示、列表分析等。ANSYS提供了多種進(jìn)行后處理的工具，例如通用后處理器POSTl7等。利用ANSYS提供的后處理器，用戶可以完成大多數(shù)常見(jiàn)的處理工作?！　?.4基本分析過(guò)程示例　　為了幫助讀者更進(jìn)一步地了解ANSYS分析的基本步驟，在此用實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。2.4.1問(wèn)題描述　　試用ANSYS分析矩形板在受拉伸力作用下的變形。矩形板為邊長(zhǎng)為lm的正方形，厚度為0.02m，彈性模量E=2.0×108kPa，泊松比g=0.3，一邊固定，對(duì)應(yīng)一邊受均布拉伸載荷q=500kN/m。2.4.2建立ANSYS實(shí)體模型　　首先建立分析對(duì)象的實(shí)體模型。如圖2.3所示，在GUI方式下依次選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>,Areas>Rectangle>By 2 Comers菜單項(xiàng)。系統(tǒng)彈出創(chuàng)建矩形對(duì)話框，如圖2.4所示。該對(duì)話框用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)矩形，可以通過(guò)用鼠標(biāo)選取矩形的兩個(gè)對(duì)角點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建。在用鼠標(biāo)選取矩形的一個(gè)角的點(diǎn)以后，ANSYS在作圖區(qū)會(huì)隨著鼠標(biāo)的移動(dòng)動(dòng)態(tài)顯示以鼠標(biāo)所在點(diǎn)為對(duì)角點(diǎn)的一個(gè)矩形，并且會(huì)將這個(gè)矩形的信息（第一點(diǎn)坐標(biāo)，長(zhǎng)度，寬度）顯示在對(duì)話框中，以方便檢查。另外也可以直接將矩形的信息填入相應(yīng)的輸入框中直接創(chuàng)建矩形。

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