ANSYS機械工程應(yīng)用精華30例

前言

　　ANSYS軟件是國際流行的大型通用商業(yè)有限元分析軟件，其界面友好、功能強大，可以模擬結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)等領(lǐng)域的各種復(fù)雜物理現(xiàn)象。從20世紀(jì)90年代開始，ANSYS軟件在我國機械設(shè)計與制造、航空航天、交通、化工、能源、電子等行業(yè)得到了大量的應(yīng)用，為各領(lǐng)域的科學(xué)研究和產(chǎn)品開發(fā)作出了巨大的貢獻?！　”緯恰禔NSYS機械工程應(yīng)用25例》一書的升級版，原書出版之后，得到了廣大讀者和同行專家的認(rèn)可和厚愛。應(yīng)讀者和出版社的要求，作者在原書的基礎(chǔ)上進行了全面和深入的修正，同時采用ANSYS軟件最新版本，增添最新的工程實例，并且采納了讀者的一些合理建議，使得全書內(nèi)容更豐富、更全面，讀者也更容易學(xué)習(xí)掌握。　　目前，ANSYS軟件的使用越來越普及，不僅在各大專院校、科研院所被廣泛使用于工程實踐，一些本科生、研究生在學(xué)習(xí)時也用到了ANSYS軟件，很多高校在本科階段就已開設(shè)了相關(guān)的課程。但是，由于該軟件結(jié)構(gòu)龐大且相關(guān)知識較多，給學(xué)習(xí)帶來了極大的困難。現(xiàn)今有關(guān)ANSYS軟件的書籍雖然也有不少，但多數(shù)以介紹ANSYS軟件的基本操作為主，初學(xué)者不易根據(jù)其內(nèi)容直接解決實際問題。有的書籍也介紹一部分實例，但是這些實例的分析過程和分析結(jié)果正確與否難以檢驗，為ANSYS軟件的學(xué)習(xí)和應(yīng)用帶來了一定的困難?！　”緯窃诳偨Y(jié)多年教學(xué)和使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，從使學(xué)習(xí)者快速入門并能夠解決實際問題的想法出發(fā)，介紹了一些ANSYS在機械工程領(lǐng)域的應(yīng)用實例，有的簡單易學(xué)，有的接近工程實際。學(xué)習(xí)者可以跟隨本書所介紹的分析步驟和過程，快速入門。然后根據(jù)本書的講解并參照其他書籍，理解本書所介紹的分析步驟和過程。從而達(dá)到在較短時間內(nèi)，即知其然，又知其所以然，真正掌握ANSYS和有限元分析方法，并能靈活應(yīng)用于解決實際問題?！　”緯榻B的應(yīng)用實例，基本涵蓋了ANSYS和有限元法在機械工程領(lǐng)域的應(yīng)用，多數(shù)實例都通過解析解對有限元解進行了驗證，以解除學(xué)習(xí)者對有限元解正誤的困惑；每個實例都介紹了菜單法分析過程和對應(yīng)的命令流，以使初學(xué)者迅速入門，高級用戶掌握方法和步驟以解決類似實際問題；另外，本書還在部分實例中配備了習(xí)題，以配合學(xué)習(xí)和教學(xué)?！　”緯蓛?nèi)蒙古科技大學(xué)高耀東擔(dān)任主編，內(nèi)蒙古科技大學(xué)劉學(xué)杰、中國建筑第八工程局有限公司周可璋擔(dān)任副主編。參加編寫的有中國建筑第八工程局有限公司王巧南（緒論、第1～5例）、中國建筑第八工程局有限公司周可璋（第10～15例）、內(nèi)蒙古科技大學(xué)劉學(xué)杰（第16～20例）、內(nèi)蒙古科技大學(xué)王振芳（第21～25例、附錄）、內(nèi)蒙古科技大學(xué)高耀東（其余實例）。內(nèi)蒙古科技大學(xué)李強教授、任學(xué)平教授仔細(xì)審閱了書稿，并提出了許多寶貴的意見和建議。另外，在本書的編寫過程中還得到了內(nèi)蒙古科技大學(xué)很多老師和同仁的關(guān)心和支持，徐海濤同學(xué)對文字處理提供了很大的幫助，在此一并表示衷心的感謝?！　∮捎诰幷咚接邢蓿又畷r間倉促，書中難免存在一些錯誤和缺點，敬請廣大讀者不吝賜教、批評指正。

內(nèi)容概要

本書是在總結(jié)多年教學(xué)和工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，從使學(xué)習(xí)者快速入門并能夠解決實際問題的想法出發(fā)，介紹了31個ANSYS在機械工程領(lǐng)域的應(yīng)用實例。學(xué)習(xí)者可以跟隨本書所介紹的分析步驟和過程，快速入門。然后通過練習(xí)與操作，理解本書所介紹的分析步驟和過程。從而達(dá)到在較短時間內(nèi)，即知其然，又知其所以然，真正掌握ANSYS和有限元分析方法，并能靈活應(yīng)用于實際問題中。

書籍目錄

緒論  0.1 ANSYS軟件簡介  0.2 ANSYS軟件的使用  0.3 ANSYS的菜單系統(tǒng)第一篇 前處理  第1例 關(guān)鍵點和線的創(chuàng)建實例——正弦曲線    1.1 原理    1.2 創(chuàng)建步驟    1.3 命令流    練習(xí)題  第2例 工作平面的應(yīng)用實例——相交圓柱體    2.1 相交圓柱體的視圖    2.2 創(chuàng)建步驟    2.3 總結(jié)    2.4 命令流    練習(xí)題  第3例 復(fù)雜形狀實體的創(chuàng)建實例——螺栓    3.1 螺栓的視圖    3.2 創(chuàng)建步驟    3.3 命令流    練習(xí)題  第4例 復(fù)雜形狀實體的創(chuàng)建實例——杯子    4.1 杯子的視圖    4.2 創(chuàng)建步驟    4.3 命令流    練習(xí)題第二篇 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析  第5例 桿系結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析實例——平面桁架    5.1 概述    5.2 問題描述及解析解    5.3 分析步驟    5.4 命令流    練習(xí)題  第6例 桿系結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析實例——懸臂梁    6.1 問題描述及解析解    6.2 分析步驟    6.3 命令流  第7例 平面問題的求解實例——厚壁圓筒問題    7.1 概述    7.2 問題描述及解析解    7.3 分析步驟    7.4 命令流    練習(xí)題  第8例 靜力學(xué)問題的求解實例——扳手的受力分析    8.1 問題描述    8.2 分析步驟    8.3 命令流    練習(xí)題  第9例 各種坐標(biāo)系的應(yīng)用實例——圓軸扭轉(zhuǎn)分析    9.1 坐標(biāo)系和工作平面概述    9.2 問題描述及解析解    9.3 分析步驟    9.4 命令流第三篇 結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析  第10例 模態(tài)分析實例——均勻直桿的固有頻率分析    10.1 概述    10.2 問題描述及解析解    10.3 分析步驟    10.4 命令流    練習(xí)題  第11例 模態(tài)分析實例——斜齒圓柱齒輪的固有頻率分析    11.1 問題描述及解析解    11.2 分析步驟    11.3 命令流  第12例 有預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析實例——弦的橫向振動    12.1 概述    12.2 問題描述及解析解    12.3 分析步驟    12.4 命令流    練習(xí)題  第13例 諧響應(yīng)分析實例——單自由度系統(tǒng)的受迫振動    13.1 概述    13.2 問題描述及解析解    13.3 分析步驟    13.4 命令流    練習(xí)題  第14例 瞬態(tài)動力學(xué)分析實例——凸輪從動件運動分析    14.1 概述    14.2 問題描述及解析解    14.3 分析步驟    14.4 命令流    練習(xí)題  第15例 連桿機構(gòu)運動分析實例——曲柄滑塊機構(gòu)    15.1 概述    15.2 問題描述及解析解    15.3 分析步驟    15.4 命令流    練習(xí)題第四篇 非線性分析  第16例 接觸分析實例——平行圓柱體承受法向載荷時的接觸應(yīng)力分析    16.1 概述    16.2 問題描述    16.3 分析步驟    16.4 命令流    練習(xí)題  第17例 穩(wěn)定性問題分析實例——屈曲分析    17.1 概述    17.2 問題描述及解析解    17.3 分析步驟    17.4 命令流    練習(xí)題  第18例 彈塑性分析實例——厚壁圓筒問題    18.1 問題描述及解析解    18.2 分析步驟    18.3 命令流    練習(xí)題  第19例 非線性分析綜合應(yīng)用實例——沖擊    19.1 問題描述    19.2 分析步驟    19.3 命令流  第20例 非線性分析綜合應(yīng)用實例——鋼板卷制成圓筒    20.1 問題描述    20.2 命令流第五篇 熱應(yīng)力計算  第21例 瞬態(tài)熱分析實例——水箱    21.1 概述    21.2 問題描述    21.3 分析步驟    21.4.命令流  第22例 在結(jié)構(gòu)上直接施加溫度載荷進行熱應(yīng)力分析實例——雙金屬簧片    22.1 概述    22.2 問題描述及解析解    22.3 分析步驟    22.4.命令流    練習(xí)題  第23例 熱應(yīng)力分析（間接法）實例——液體管路    23.1 概述    23.2 問題描述    23.3 分析步驟    23.4 命令流  第24例 熱應(yīng)力分析（直接法）實例——液體管路第六篇 綜合應(yīng)用  第25例 用物理環(huán)境法進行液體結(jié)構(gòu)耦合分析實例——液壓缸  第26例 優(yōu)化設(shè)計實例——梁的優(yōu)化設(shè)計  第27例 優(yōu)化設(shè)計實例——曲柄搖桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計  第28例 載荷工況組合實例——簡支梁  第29例 模型力學(xué)特性計算實例——液體容器傾翻特性的研究  第30例 單元生死應(yīng)用實例——焊接模擬第七篇 綜合實例利用MPC技術(shù)對SOLID－SHELL單元進行連接實例——簡支梁附錄參考文獻

章節(jié)摘錄

　　（1）指定任務(wù)名和分析標(biāo)題。該步驟雖然不是必需的，但ANSYS推薦使用任務(wù)名和分析標(biāo)題?！　。?）定義單位制。ANSYS對單位沒有專門的要求，除了磁場分析以外，只要保證輸入的數(shù)據(jù)都使用統(tǒng)一的單位制即可。這時，輸出的數(shù)據(jù)與輸入數(shù)據(jù)的單位制完全一致?！　。?）定義單元類型。從ANSYS提供的單元庫內(nèi)根據(jù)需要選擇單元類型?！　。?）定義單元實常數(shù)。在選擇了單元類型以后，有的單元類型需要輸入用于對單元進行補充說明的實常數(shù)。是否需要實常數(shù)以及實常數(shù)的類型，由所選單元類型決定?！　。?）定義材料特性。大多數(shù)情況下在分析時都要指定材料特性，ANSYS軟件可以選擇的材料特性有線性的和非線性的、各向同性的、正交異性的和非彈性的、不隨溫度變化的和隨溫度變化的。　?。?）創(chuàng)建有限元模型。創(chuàng)建有限元模型的方法有兩種：實體建模法和直接生成法。前者先創(chuàng)建實體模型，然后劃分網(wǎng)格形成有限元模型；后者直接創(chuàng)建節(jié)點、單元，生成有限元模型。　　創(chuàng)建實體模型的方法有自下而上和自上而下兩種。自下而上建模，就是首先建立關(guān)鍵點，由這些點建立線，進而面、體。自上而下建模，就是首先輸入ANSYS預(yù)先定義好的圖元，然后對之進行布爾運算、復(fù)制、對稱等操作，以得到需要的模型?！　?.求解　　建立有限元模型以后，首先需要在SOLUTION求解器下選擇分析類型，指定分析選項；然后施加載荷和約束，指定載荷步長并對有限元求解進行初始化；最后求解。　?。?）選擇分析類型和指定分析選項。在ANSYS中，可以選擇下列分析類型：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析、瞬態(tài)分析、譜分析、屈曲分析、子結(jié)構(gòu)分析等。不同的分析類型，有不同的分析選項?！　。?）施加載荷和約束。在ANSYS中約束被處理為自由度載荷。ANSYS的載荷共分為6類：DOF（自由度）載荷、集中力和力矩、表面分布載荷、體積載荷、慣性載荷和耦合場載荷。如果按載荷施加的實體類型劃分的話，ANSYS的載荷又可以分為直接施加在幾何實體上的載荷和施加在有限元模型即節(jié)點、單元上的載荷。　?。?）指定載荷步選項。主要是對載荷步進行修改和控制，例如：指定子載荷步數(shù)、時間步長、對輸出數(shù)據(jù)進行控制等?！　。?）求解初始化。主要工作是從ANSYS數(shù)據(jù)庫中獲得模型和載荷信息，進行計算求解，并將結(jié)果寫入到結(jié)果文件和數(shù)據(jù)庫中。結(jié)果文件和數(shù)據(jù)庫文件的不同點是，數(shù)據(jù)庫文件每次只能駐留一組結(jié)果，而結(jié)果文件保存所有結(jié)果數(shù)據(jù)。

編輯推薦

　　《ANSYS機械工程應(yīng)用精華30例（第2版）》提倡的學(xué)習(xí)模式：通過案例提出問題，介紹解決問題的方法，歸納總結(jié)，培養(yǎng)尋找答案的思維習(xí)慣?！　〗Y(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析　　結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析　　結(jié)構(gòu)屈曲分析　　熱力學(xué)分析　　電磁場分析　　流體動力學(xué)分析

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