ANSYS結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)分析

前言

　　ANSYS軟件是集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)和聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件，可廣泛應(yīng)用于土木工程、機(jī)械工程、材料工程、航天航空、汽車制造、鐵路交通、核工業(yè)、石油化工和船舶制造等工業(yè)領(lǐng)域?！　NSYS軟件是由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS公司開發(fā)的，是當(dāng)前使用最廣泛、功能最強(qiáng)大的有限元分析軟件。運(yùn)用它可大幅度地縮短研發(fā)時(shí)間，降低研發(fā)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代工程方法的完美結(jié)合?！　NSYS13.0可以用來(lái)求解結(jié)構(gòu)、熱、流體、電場(chǎng)和磁場(chǎng)等領(lǐng)域的問(wèn)題，因?yàn)锳NSYS軟件的功能十分強(qiáng)大，其包含的內(nèi)容眾多，所以，本書選取了最常用的結(jié)構(gòu)分析作為介紹的重點(diǎn)，對(duì)ANSYS分析的基本思路和操作步驟進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并結(jié)合實(shí)例詳細(xì)講述了ANSYS的具體應(yīng)用方法。在結(jié)構(gòu)分析中計(jì)算得出的基本未知量是節(jié)點(diǎn)位移，其他的一些未知量，如應(yīng)力、應(yīng)變和反作用力可通過(guò)節(jié)點(diǎn)位移導(dǎo)出。　　本書主要針對(duì)初學(xué)者和中級(jí)用戶，由淺入深地介紹了ANSYS軟件的各項(xiàng)功能。本書具有以下特點(diǎn)：　?、?語(yǔ)言通俗易懂。書中盡量避開了繁瑣的理論描述，而是從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，對(duì)許多重要概念進(jìn)行了簡(jiǎn)單和直觀的講解，更好地理解和掌握ANSYS軟件?！　、?實(shí)例詳細(xì)介紹。本書在必要的理論介紹的基礎(chǔ)上，通過(guò)大量實(shí)例對(duì)ANSYS13.0有限元分析軟件的結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。實(shí)例盡量采用GUI方式，一步一步地對(duì)操作過(guò)程和步驟進(jìn)行講解，每個(gè)步驟均配以真實(shí)的屏幕截圖，并以最簡(jiǎn)潔的文字加以描述，使得能夠邊學(xué)習(xí)邊上機(jī)操作，在實(shí)例操作過(guò)程中達(dá)到掌握ANSYS軟件的目的?！　、?內(nèi)容結(jié)構(gòu)合理。本書切實(shí)從循序漸進(jìn)學(xué)習(xí)的實(shí)際出發(fā)，精心安排章節(jié)順序和各章內(nèi)容，首先介紹了ANSYS軟件各個(gè)典型的分析步驟，其次，通過(guò)專題介紹了其常用的分析過(guò)程。本書內(nèi)容豐富、結(jié)構(gòu)清晰，邏輯嚴(yán)密、深入淺出。書中所有實(shí)例均經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)與篩選，代表性強(qiáng)，每個(gè)實(shí)例都多用圖形說(shuō)明，少用描述性語(yǔ)言介紹，使得全書內(nèi)容淺顯易懂，突出了實(shí)用性。　?、?附帶隨書光盤。為了方便按書操作，本書配有隨書光盤，以供模仿學(xué)習(xí)。既可以從最開始一步一步展開分析，也可以從光盤中調(diào)用已建好的模型直接進(jìn)行分析，以最快和最簡(jiǎn)單的方式掌握ANSYS軟件?！　∶總€(gè)實(shí)例配有“起始文件”、“結(jié)果文件”、“動(dòng)畫演示”文件供讀者學(xué)習(xí)?！　”緯訟NSYS13.0為版本，全書共分為14章，可以分為兩大部分：　　第1章～第7章　第一部分基礎(chǔ)篇。詳細(xì)介紹ANSYS分析的各個(gè)典型步驟和方法?！　〉?章　ANSYS操作基礎(chǔ)。介紹ANSYS軟件的界面和環(huán)境，使得對(duì)ANSYS軟件有個(gè)總體的了解和認(rèn)識(shí)?！　〉?章　幾何建模。介紹幾何建模的各種方法，它是進(jìn)行有限元分析的基礎(chǔ)和前提?！　〉?章　網(wǎng)格劃分。介紹如何通過(guò)合理的參數(shù)設(shè)置來(lái)獲得良好的有限元分析模型?！　〉?章　施加載荷。介紹ANSYS軟件中各種約束和載荷的施加?！　〉?章　求解過(guò)程。介紹ANSYS軟件中的各種求解器，以及不同的求解方式?！　〉?章　結(jié)果后處理。介紹ANSYS軟件的兩大后處理模塊，通用后處理器和時(shí)間歷程后處理器，通過(guò)后處理可以查看感興趣的內(nèi)容，檢查結(jié)果的正確性?！　〉?章　ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言。介紹參數(shù)的使用、流程控制語(yǔ)句、宏文件、運(yùn)算符、函數(shù)和函數(shù)編輯器等內(nèi)容。　　第8章～第14章　第二部分高級(jí)篇。按不同的分析專題講解了常用分析過(guò)程的方法和技巧。　　第8章　靜力學(xué)分析。介紹靜力學(xué)分析的各個(gè)步驟，最后通過(guò)實(shí)例加深對(duì)知識(shí)的理解?！　〉?章　非線性分析。介紹引起非線性的原因和非線性分析中的相關(guān)概念，非線性分析的各個(gè)步驟，并重點(diǎn)介紹求解控制選項(xiàng)的設(shè)置?！　〉?0章　模態(tài)分析。介紹ANSYS軟件中模態(tài)分析的各種方法，模態(tài)分析的各個(gè)步驟。　　第11章　諧響應(yīng)分析。介紹ANSYS軟件中諧響應(yīng)分析的各種方法，諧響應(yīng)分析的各個(gè)步驟?！　〉?2章　瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。介紹ANSYS軟件中瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的各種方法，瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的各個(gè)步驟?！　〉?3章　譜分析。介紹譜分析的各種方法，并介紹譜分析的各個(gè)步驟?！　〉?4章　屈曲分析。介紹屈曲分析的各個(gè)步驟，最后通過(guò)實(shí)例加深對(duì)知識(shí)的理解。　　本書由謝龍漢、劉新讓和劉文超共同編寫完成，輔助本書編寫和光盤開發(fā)的還有：林偉、魏艷光、林木議、王悅陽(yáng)、林偉潔、林樹財(cái)、鄭曉、吳苗、李翔、莫衍、朱小遠(yuǎn)、唐培培、耿煜、尚濤、鄧奕、張桂東、魯力、劉新東等。但由于作者學(xué)識(shí)有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，難免在寫作方式和內(nèi)容上存在疏漏之處，歡迎廣大讀者批評(píng)指正，可以發(fā)送電子郵件至xrliu29@yeah.net與編者聯(lián)系。本書編寫過(guò)程中還參閱了國(guó)內(nèi)外論著，基本上在參考文獻(xiàn)中列出，如有遺漏深表歉意?！　【幹?/pre>


內(nèi)容概要
　　本書是集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)和聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件，可廣泛應(yīng)用于土木工程、機(jī)械工程、材料工程、航天航空、汽車制造、鐵路交通、核工業(yè)、石油化工和船舶制造等工業(yè)領(lǐng)域，運(yùn)用它可大幅度地縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代工程方法的完美結(jié)合。
《ANSYS結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)分析》以ANSYS13.0為版本，分兩大部分（共14章），介紹了ANSYS分析的各個(gè)典型步驟和常用分析過(guò)程的方法和技巧?！禔NSYS結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)分析》按照循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)原則，在典型步驟部分首先介紹了的界面和主要特點(diǎn)，其次，介紹了的幾何建模、劃分網(wǎng)格、加載、求解、后處理和ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言等內(nèi)容；在常用分析過(guò)程部分分別介紹了靜力學(xué)分析、非線性分析、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、譜分析和屈曲分析的相關(guān)內(nèi)容。
《ANSYS結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)分析》適合于ANSYS軟件的初中級(jí)用戶，也可作為理工院校相關(guān)專業(yè)教材和結(jié)構(gòu)分析相關(guān)行業(yè)技術(shù)人員的參考書。



書籍目錄
第1部分 基礎(chǔ)篇
第1章 ANSYS操作基礎(chǔ)
1.1 概述
1.2 操作界面
1.2.1 啟動(dòng)與設(shè)置
1.2.2 界面介紹
1.2.3 鼠標(biāo)操作
1.3 ANSYS文件系統(tǒng)
1.3.1 文件類型
1.3.2 導(dǎo)入及導(dǎo)出其他兼容的數(shù)據(jù)格式
1.3.3 保存數(shù)據(jù)庫(kù)文件
1.3.4 讀取數(shù)據(jù)庫(kù)文件
1.4 ANSYS分析過(guò)程
1.4.1 有限元分析過(guò)程
1.4.2 ANSYS典型分析過(guò)程
第2章 幾何建模
2.1 幾何建模概述
2.2 坐標(biāo)系
2.2.1 坐標(biāo)系的類型
2.2.2 總體坐標(biāo)系
2.2.3 局部坐標(biāo)系
2.2.4 顯示坐標(biāo)系
2.2.5 節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系
2.2.6 單元坐標(biāo)系
2.2.7 結(jié)果坐標(biāo)系
2.3 工作平面
2.3.1 工作平面概述
2.3.2 定義一個(gè)新的工作平面
2.3.3 控制工作平面的顯示和樣式
2.3.4 移動(dòng)工作平面
2.3.5 旋轉(zhuǎn)工作平面
2.4 布爾操作
2.4.1 布爾操作的設(shè)置
2.4.2 相交操作
2.4.3 兩兩相交操作
2.4.4 相加操作
2.4.5 相減操作
2.4.6 利用工作平面相減操作
2.4.7 粘接操作
2.4.8 搭接操作
2.4.9 分割操作
2.5 自底向上創(chuàng)建幾何模型
2.5.1 關(guān)鍵點(diǎn)
2.5.2 硬點(diǎn)
2.5.3 線
2.5.4 面
2.5.5 體
2.6 自頂向下創(chuàng)建幾何模型
2.6.1 創(chuàng)建面素
2.6.2 創(chuàng)建體素
2.7 移動(dòng)、復(fù)制和縮放幾何模型
2.7.1 復(fù)制圖元
2.7.2 鏡像圖元
2.7.3 轉(zhuǎn)換圖元的坐標(biāo)系
2.7.4 圖元的縮放
2.8 將CAD幾何模型導(dǎo)入ANSYS
2.8.1 從IGES文件中輸入幾何模型
2.8.2 用IGES文件進(jìn)行工作
2.8.3 把常用的CAD模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入ANSYS
2.9 綜合實(shí)例
實(shí)例2-1 直齒圓柱齒輪建模
實(shí)例2-2 軸承座建模
實(shí)例2-3 導(dǎo)入顯示器外殼
第3章 網(wǎng)格劃分
3.1 有限元模型概述
3.2 設(shè)置單元屬性
3.2.1 生成單元屬性表
3.2.2 網(wǎng)格劃分前分配單元屬性
3.3 網(wǎng)格劃分控制
3.3.1 網(wǎng)格劃分工具
3.3.2 尺寸控制
3.3.3 網(wǎng)格劃分器選項(xiàng)
3.3.4 單元形狀控制
3.4 自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格劃分
3.4.1 自由網(wǎng)格劃分
3.4.2 映射網(wǎng)格劃分
3.5 直接生成有限元模型
3.5.1 節(jié)點(diǎn)
3.5.2 單元
3.6 編號(hào)控制
3.6.1 合并重復(fù)項(xiàng)
3.6.2 壓縮編號(hào)
3.6.3 設(shè)置起始編號(hào)
3.6.4 設(shè)置編號(hào)偏差
3.7 工程實(shí)例
實(shí)例3-1 軸的建模及網(wǎng)格劃分
實(shí)例3-2 葉輪的建模及網(wǎng)格劃分
實(shí)例3-3 飛輪的建模及網(wǎng)格劃分
第4章 施加載荷
4.1 載荷概述
4.1.1 載荷類型
4.1.2 載荷步、子步和平衡迭代
4.1.3 時(shí)間的作用
4.1.4 加載方式
4.1.5 實(shí)體模型載荷與有限元模型載荷
4.2 施加載荷
4.2.1 自由度約束
4.2.2 集中載荷
4.2.3 表面載荷
4.2.4 體載荷
4.2.5 慣性載荷
4.2.6 耦合場(chǎng)載荷
第5章 求解過(guò)程
5.1 求解概述
5.2 求解器
5.2.1 波前直接法
5.2.2 稀疏矩陣直接法
5.2.3 雅可比共軛梯度法
5.2.4 不完全分解共軛梯度法
5.2.5 預(yù)條件共軛梯度法
5.2.6 自動(dòng)迭代法
5.3 求解方式
5.3.1 一般求解
5.3.2 多載荷步求解
5.3.3 重新啟動(dòng)分析
5.4 ANSYS求解前的預(yù)估計(jì)
5.4.1 估計(jì)求解時(shí)間
5.4.2 估計(jì)文件大小
5.4.3 估計(jì)內(nèi)存需求
5.5 求解時(shí)需要注意的事項(xiàng)
第6章 結(jié)果后處理
6.1 后處理概述
6.1.1 什么是后處理
6.1.2 結(jié)果文件
6.1.3 后處理可用的數(shù)據(jù)類型
6.2 通用后處理
6.2.1 讀入結(jié)果文件
6.2.2 顯示結(jié)構(gòu)變形圖
6.2.3 顯示等值線分布圖
6.2.4 繪制矢量圖
6.2.5 繪制粒子軌跡圖
6.2.6 結(jié)果的列表顯示
6.2.7 單元數(shù)據(jù)列表
6.2.8 映射結(jié)果到指定路徑
6.2.9 顯示動(dòng)畫
6.3 時(shí)間歷程后處理器
6.3.1 定義和存儲(chǔ)變量
6.3.2 變量的操作
6.3.3 設(shè)置變量
6.3.4 查看變量
第7章 ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言
7.1 APDL概述
7.2 使用參數(shù)
7.2.1 參數(shù)的命名規(guī)則
7.2.2 變量參數(shù)
7.2.3 數(shù)組參數(shù)
7.2.4 參數(shù)的列表顯示
7.3 APDL的流程控制語(yǔ)句
7.3.1 *GO無(wú)條件分支語(yǔ)句
7.3.2 *IF…*IFELSE…*ELSE…*ENDIF條件分支語(yǔ)句
7.3.3 *DO…*ENDDO循環(huán)語(yǔ)句
7.3.4 *DOWHILE循環(huán)語(yǔ)句
7.3.5 *REPEAT重復(fù)語(yǔ)句
7.4 APDL宏文件
7.4.1 使用“*CREATE”命令創(chuàng)建宏文件
7.4.2 使用“*CFOPEN、*CFWRITE和*CFCLOS”命令創(chuàng)建宏文件
7.4.3 使用“/TEE”命令創(chuàng)建宏文件
7.4.4 使用GUI方式創(chuàng)建宏文件
7.4.5 運(yùn)行宏文件
7.5 運(yùn)算符、函數(shù)和函數(shù)編輯器
7.5.1 運(yùn)算符
7.5.2 函數(shù)
7.5.3 函數(shù)編輯器
7.6 工程實(shí)例
實(shí)例7-1 圓盤的靜力分析
第2部分 高級(jí)篇
第8章 靜力學(xué)分析
8.1 靜力學(xué)分析概述
8.2 靜力學(xué)分析的步驟
8.2.1 建立模型
8.2.2 加載求解
8.2.3 結(jié)果后處理
8.3 工程實(shí)例
實(shí)例8-1 三角形桁架的靜力分析
實(shí)例8-2 工字梁的靜力分析
實(shí)例8-3 方形殼的靜力分析
實(shí)例8-4 管線的靜力分析
實(shí)例8-5 飛輪的靜力分析
第9章 非線性分析
9.1 非線性分析概述
9.1.1 引起非線性的原因
9.1.2 非線性分析的相關(guān)概念
9.2 非線性分析的步驟
9.2.1 建立模型
9.2.2 設(shè)置求解控制選項(xiàng)
9.2.3 設(shè)置其他求解控制選項(xiàng)
9.2.4 加載求解
9.2.5 結(jié)果后處理
9.3 工程實(shí)例
實(shí)例9-1 細(xì)長(zhǎng)桿的非線性屈曲分析
實(shí)例9-2 圓盤的非線性分析
實(shí)例9-3 鉚釘?shù)姆蔷€性分析
第10章 模態(tài)分析
10.1 模態(tài)分析概述
10.1.1 Block Lanczos（分塊蘭索斯）法
10.1.2 Subspace（子空間）法
10.1.3 PCG Lanczos（預(yù)條件共軛梯度蘭索斯）法
10.1.4 Reduced（縮減）法
10.1.5 Unsymmetric（非對(duì)稱）法
10.1.6 Damped（阻尼）法
10.1.7 QR Damped（QR阻尼）法
10.2 模態(tài)分析的步驟
10.2.1 建立模型
10.2.2 加載求解
10.2.3 擴(kuò)展模態(tài)
10.2.4 結(jié)果后處理
10.3 工程實(shí)例
實(shí)例10-1 懸臂梁的模態(tài)分析
實(shí)例10-2 齒輪的模態(tài)分析
實(shí)例10-3 顯示器外殼的模態(tài)分析
實(shí)例10-4 圓盤的模態(tài)分析
第11章 諧響應(yīng)分析
11.1 諧響應(yīng)分析概述
11.1.1 Full（完全）法
11.1.2 Reduced（縮減）法
11.1.3 Mode Superpos'n（模態(tài)疊加）法
11.2 諧響應(yīng)分析的步驟
11.2.1 建立模型
11.2.2 設(shè)置分析類型和選項(xiàng)
11.2.3 加載求解
11.2.4 結(jié)果后處理
11.3 工程實(shí)例
實(shí)例11-1 彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的諧響應(yīng)分析
實(shí)例11-2 琴弦的諧響應(yīng)分析
實(shí)例11-3 工作臺(tái)的諧響應(yīng)分析
第12章 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
12.1 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析概述
12.1.1 Full（完全）法
12.1.2 Reduced（縮減）法
12.1.3 Mode Superpos'n（模態(tài)疊加）法
12.2 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的步驟
12.2.1 建立模型
12.2.2 設(shè)置初始條件
12.2.3 設(shè)置求解控制選項(xiàng)
12.2.4 設(shè)置其他求解控制選項(xiàng)
12.2.5 施加載荷
12.2.6 定義多步載荷
12.2.7 求解
12.2.8 結(jié)果后處理
12.3 工程實(shí)例
實(shí)例12-1 彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
實(shí)例12-2 鐘擺擺動(dòng)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
第13章 譜分析
13.1 譜分析概述
13.1.1 響應(yīng)譜
13.1.2 動(dòng)力設(shè)計(jì)分析方法
13.1.3 功率譜密度
13.2 譜分析的步驟
13.2.1 建立模型
13.2.2 模態(tài)分析
13.2.3 譜分析
13.2.4 擴(kuò)展模態(tài)
13.2.5 合并模態(tài)
13.2.6 結(jié)果后處理
13.3 工程實(shí)例
實(shí)例13-1 梁板結(jié)構(gòu)在振動(dòng)位移譜下的響應(yīng)
第14章 屈曲分析
14.1 屈曲分析概述
14.2 屈曲分析的步驟
14.2.1 建立模型
14.2.2 靜力學(xué)分析
14.2.3 特征值屈曲分析
14.2.4 擴(kuò)展解
14.2.5 結(jié)果后處理
14.3 工程實(shí)例
實(shí)例14-1 圓柱殼的屈曲分析
參考文獻(xiàn)


章節(jié)摘錄
版權(quán)頁(yè)：插圖：5.2.1 波前直接法波前直接法不組集整體剛度矩陣，在單元?jiǎng)偠染仃囆纬珊?，求解器讀取單元的自由度信息，程序通過(guò)三角化消去所有可以由其他自由度表達(dá)的自由度，對(duì)模型中所有單元重復(fù)此過(guò)程，最終在TRJ文件中得到一個(gè)三角矩陣。通過(guò)迭代計(jì)算節(jié)點(diǎn)自由度解，進(jìn)一步得到單元解。求解器在三角化的過(guò)程中保留的節(jié)點(diǎn)自由度數(shù)目稱為波前。求解器在處理每個(gè)單元及其自由度時(shí)，波前將發(fā)生增大或減小。在所有自由度均被處理后，波前為零。在整個(gè)處理過(guò)程中，波前的最大值稱為最大波前，最大波前的大小將影響計(jì)算所需的內(nèi)存空間，最大波前值越大則所需的內(nèi)存空間也就越大。整個(gè)波前的均方根稱為RMS波前，RMS波前直接影響求解所需要的時(shí)間，RMS值越小，求解時(shí)間越短。5.2.2 稀疏矩陣直接法稀疏矩陣直接解法是以消元法為基礎(chǔ)的直接求解方法。正是因?yàn)橄∈杈仃囍苯咏夥ㄊ且灾苯酉榛A(chǔ)的，所以，不好的矩陣（病態(tài)矩陣）不會(huì)造成求解困難，這也正是稀疏矩陣直接解法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。5.2.3 雅可比共軛梯度法雅可比共軛梯度法是從單元矩陣出發(fā)，對(duì)整體矩陣進(jìn)行組集，預(yù)先假設(shè)所有自由度均為零，通過(guò)迭代求解方程組，使其收斂于制訂的收斂公差，從而得到節(jié)點(diǎn)的自由度的近似解。只有在靜態(tài)分析、完全諧波分析和完全瞬態(tài)分析中，才可以使用雅可比共軛梯度法求解器。雅可比共軛梯度法求解器最適合具有大型稀疏矩陣的分析中。




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