ANSYS 12.0有限元分析完全手冊

前言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國企業(yè)正逐步從中國制造向中國創(chuàng)造轉(zhuǎn)變。中國創(chuàng)造的核心就是提高企業(yè)的自主創(chuàng)新能力。目前很多企業(yè)為了進一步提升自主創(chuàng)新能力，開始使用有限元分析軟件對產(chǎn)品進行分析建模和仿真，力圖在設(shè)計階段就發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新產(chǎn)品的問題，從而降低產(chǎn)品成本，提高企業(yè)的創(chuàng)新能力。作為國內(nèi)外應用最為廣泛的有限元分析軟件，ANSYS已經(jīng)在國內(nèi)擁有一定數(shù)量的用戶。但是作為初學者，往往會對ANSYS的強大功能感到不知所措，不知如何開始學習或者開展自己的分析工作。本書遵循循序漸進的原則，幫助初學者在短期內(nèi)學習并掌握ANSYS公司的新版本ANSYS12.0的使用方法。本書的特點本書的主要特點如下。內(nèi)容全面新穎，實例豐富，講述循序漸進，應用領(lǐng)域廣泛。通過學習，讀者可逐步提高自身的ANSYS操作水平及利用有限元分析理論進行結(jié)構(gòu)分析的能力，最終具備在結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域解決實際工程問題的思路、方法和能力。本書對于ANSYS傳統(tǒng)模式和新集成環(huán)境Workbench的基礎(chǔ)知識和功能使用介紹得非常詳細，幾乎涵蓋了ANSYS應用的所有分析類型，使讀者閱讀完本書就能夠使用ANSYS進行產(chǎn)品分析。本書編寫時采用了目前最新的.ANSYS12.0版本，所涉及的知識也都是基于最新版本進行介紹的，在講解分析過程中，結(jié)合了圖形用戶界面（GUI）操作和命令行操作兩種模式，讀者可以根據(jù)自己的需要進行選擇。本書的主要內(nèi)容不管對什么類型進行分析，使用ANSYS進行有限元分析的流程是類似的，本書的章節(jié)就是按照分析流程進行組織的，主要內(nèi)容如下。第1章：介紹了ANSYS軟件的理論基礎(chǔ)——有限單元法，ANSYS12.0新功能的特點，ANSYS12.0的安裝過程。第2章：介紹了ANSYS分析基本過程，以及分析過程中經(jīng)常會使用到的一些命令。第3章：介紹了.ANSYS中建立實體模型的兩種方法，包括通過中間文件格式導入實體模型和在ANSYS前處理器中直接建模的方法。第4章：介紹了自由網(wǎng)格和映射網(wǎng)格的基本概念、網(wǎng)格劃分的主要指導思想、網(wǎng)格劃分的基本方法、單元屬性的設(shè)定方法、網(wǎng)格劃分過程和網(wǎng)格劃分的控制方法等內(nèi)容。第5章：介紹了載荷的基本概念，載荷步、子步和迭代的概念，載荷的分類，加載方法，加載控制，如何針對不同的分析類型完成載荷的加載過程。第6章：介紹了ANSYS求解類型、求解過程，并給出了求解實例。

內(nèi)容概要

ANSYS作為大型通用有限元分析軟件，已經(jīng)廣泛應用于機電、土木、航天等工業(yè)領(lǐng)域。本書是作者在使用ANSYS軟件解決實際工程問題基礎(chǔ)上，參考有關(guān)文獻資料后編寫完成的。　  在內(nèi)容編排上，本書基于ANSYS 12．0的最新版本，重點介紹了有限元分析的理論基礎(chǔ)、ANSYS 12．0有限元分析流程、實體建模、網(wǎng)格劃分、施加載荷、求解、通用后處理、時間歷程后處理、靜力學分析、結(jié)構(gòu)動力學分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、熱力學分析、ANSYS Workbench集成環(huán)境等內(nèi)容。圍繞ANSYS軟件的功能講解，書中給出了大量實例，實例涉及靜力學分析、結(jié)構(gòu)動力學分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、熱力學分析等多種類型，可以幫助讀者理解如何根據(jù)問題的性質(zhì)，利用ANSYS進行有限元分析。附錄給出了使用ANSYS經(jīng)常遇到的一些問題，可以幫助讀者少走彎路，提高學習效率和更好地掌握ANSYS的使用技巧。本書配套光盤提供了每章內(nèi)容的PPT講稿、實例操作錄像文件和ANSYS實例文件。　  本書不僅適合高等擎校理工類高年級本科生或研究生學習ANSYS 12．0有限元分析軟件的教材，還可供從事結(jié)構(gòu)分析的工程技術(shù)人員參考使用，同時書中提供的大量實例也可供高級用戶參考。

作者簡介

丁毓峰，博士，武漢理工大學副教授。中國機械工程學會高級會員。2008-2009年在加拿大多倫多大學機械系做訪問學者。主要從事制造自動化和信息化的研究，使用ANSYS軟件對機電產(chǎn)品進行分析和優(yōu)化研究。近5年主持和參與了包括國家自然科學基金重點項目、湖北省國際合作重點項目、武漢市科技攻關(guān)計劃等項目10余項。撰寫專著2部，獲得計算機版權(quán)登記5項，申請發(fā)明專利2項，發(fā)表論文60余篇。成果先后獲得湖北省科學技術(shù)進步獎，武漢市科學技術(shù)進步獎和第11屆湖北省自然科學優(yōu)秀學術(shù)論文獎。

書籍目錄

第1章  有限單元法和ANSYS簡介	　1.1  有限單元法簡介	　　1.1.1  有限單元法的基本思想	　　1.1.2  有限單元法的基本模型	　　1.1.3  有限單元法的分析步驟	　1.2  ANSYS功能和特點	　　1.2.1  ANSYS的發(fā)展歷程	　　1.2.2  ANSYS的主要功能	　　1.2.3  ANSYS 12.0版本的新特點	　1.3  ANSYS 12.0的安裝和配置	　　1.3.1  ANSYS 12.0的安裝	　　1.3.2  ANSYS 12.0的啟動	　　1.3.3  ANSYS 12.0的運行環(huán)境配置	　1.4  ANSYS程序結(jié)構(gòu)	　　1.4.1  ANSYS文件格式	　　1.4.2  處理器	　　1.4.3  圖形輸入　　1.4.4  分析文件類型	　1.5  ANSYS 12.0用戶界面基本組成	　　1.5.1  啟動ANSYS 12.0用戶界面	　　1.5.2  對話框及其控件	　1.6   ANSYS 12.0通用菜單	　1.7  輸入窗口	24　1.8  ANSYS 12.0主菜單簡介	　1.9  工具條	　1.10  輸出窗口（OUTPUT WINDOW）	　1.11  圖形窗口（GRAPHICS WINDOW）　1.12  個性化界面	　1.13  ANSYS 12.0幫助系統(tǒng)	　1.14  小結(jié)	第2章  ANSYS分析基本過程	第3章  建立實體模型	第4章  有限元網(wǎng)格劃分與模型建立	第5章  施加載荷	第6章  求解	第7章  通用后處理器	第8章  時間—歷程后處理器	第9章  靜力學分析	第10章  結(jié)構(gòu)動力學分析	第11章  非線性分析	第12章  熱分析第13章  ANSYS新界面WORKBENCH環(huán)境	附錄：ANSYS使用常見問題

章節(jié)摘錄

插圖：      使用有限單元法對產(chǎn)品進行分析時候，需要對產(chǎn)品幾何形體劃分網(wǎng)格，而劃分網(wǎng)格前需要確定單元類型。在結(jié)構(gòu)有限元分析中主要有以下一些單元類型：平面應力單元、平面應變單元、軸對稱實體單元、空間實體單元、板單元、殼單元、軸對稱殼單元、桿單元、梁單元、彈簧單元、間隙單元、質(zhì)量單元、摩擦單元、剛體單元和約束單元等。根據(jù)不同的分類方法，上述單元可以分成以下不同的形式。  有限單元法中單元類型的選擇應該根據(jù)分析類型、形狀特征、計算數(shù)據(jù)特點、精度要求和計算的硬件條件等因素綜合考慮。為適應特殊的分析對象和邊界條件，一些問題需要采用多種單元進行組合建模。根據(jù)不同的方式可以將單元進行分類，可以按照單元能否離散成實際結(jié)構(gòu)、維度和插值函數(shù)等方法進行分類。  1.結(jié)構(gòu)單元與非結(jié)構(gòu)單元  根據(jù)單元能否離散成實際結(jié)構(gòu)，可以將單元分為結(jié)構(gòu)單元和非結(jié)構(gòu)單元。結(jié)構(gòu)單元指能夠離散成實際結(jié)構(gòu)的單元，軸對稱單元、桿單元、梁單元、實體單元這些單元都屬于結(jié)構(gòu)單元。軸對稱單元用于離散軸對稱結(jié)構(gòu)，桿、梁單元用于離散桿件結(jié)構(gòu)，實體單元用于離散空間結(jié)構(gòu)等。  非結(jié)構(gòu)單元并不用于實際結(jié)構(gòu)的離散，而是在模型中模擬一些特殊的結(jié)構(gòu)和邊界條件。例如，質(zhì)量單元用于實際的物體質(zhì)量效應；間隙和接觸單元用于結(jié)構(gòu)之間的相互接觸作用；螺栓預緊力單元用于模擬螺栓的預緊力；彈簧和阻尼單元用于模擬結(jié)構(gòu)的彈性支承和減振吸能部件；剛體單元用于模擬節(jié)點之間的剛性連接等，這些單元都屬于非結(jié)構(gòu)單元。由于非結(jié)構(gòu)單元非常抽象，使用起來有一定的難度，在設(shè)計仿真一體化分析里面通常會將其工程化，使用者可以不關(guān)注其力學概念。  2.按照維度進行單元分類  根據(jù)單元的維數(shù)特征，可以將單元劃分為一維單元、二維單元和三維單元。  一維單元的網(wǎng)格可以是一條直線或者曲線。直線表示由兩個節(jié)點確定的線性單元。曲線表示由兩個以上的節(jié)點確定的高次單元，或者是具有確定形狀的線性單元。一維單元包括桿單元、梁單元和軸對稱殼單元等。  二維單元的網(wǎng)格是一個平面或者曲面，它沒有厚度方向的尺寸。平面單元、殼單元、板單元、軸對稱實體單元和復合材料殼單元等屬于二維單元。二維單元的形狀通常有三角形和四邊形兩種，在使用自動網(wǎng)格劃分時，這類單元要求的幾何形狀是表面模型或者實體模型的邊界面。采用薄殼單元一般會具有很好的計算效率。  三維單元的網(wǎng)格具有空間3個方向的尺寸，其形狀可以是四面體、五面體等，空間實體單元和厚殼單元等屬于三維單元。在使用自動網(wǎng)格劃分時，它要求的幾何模型必須是實體模型。

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