ANSYS Workbench設(shè)計、仿真與優(yōu)化

前言

在科技發(fā)展日新月異的今天，傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)模式正發(fā)生著根本性的變革。過去，企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)人員分為負(fù)責(zé)圖紙設(shè)計和CAD建模的設(shè)計工程師、專職產(chǎn)品性能分析的仿真工程師和決定產(chǎn)品最優(yōu)化設(shè)計方案的優(yōu)化工程師等。而現(xiàn)在，隨著企業(yè)更加注重研發(fā)成本的控制以及計算機輔助工程（CAE）軟件的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的分工界限已被打破。既懂設(shè)計、仿真，又掌握優(yōu)化方法的技術(shù)人員已成為企業(yè)的新寵兒。ANSYSWorkbench作為ANSYS公司于2002年開發(fā)的新一代產(chǎn)品研發(fā)平臺，不但繼承了ANSYS經(jīng)典平臺（ANSYSClassic）在有限元仿真分析上的所有功能，而且融入了UG、PRO/E等CAD軟件強大的幾何建模功能和ISIGHT、BOSS等優(yōu)化軟件在優(yōu)化設(shè)計方面的優(yōu)勢，真正實現(xiàn)了集產(chǎn)品設(shè)計、仿真和優(yōu)化功能于一身，可以幫助技術(shù)人員在同一軟件環(huán)境下完成產(chǎn)品研發(fā)過程中的所有工作，從而大大簡化了產(chǎn)品開發(fā)流程，加快了上市周期。ANSYS公司正全力推廣ANSYSWorkbench，并計劃在未來5年內(nèi)全面替代原經(jīng)典平臺。由于ANSYSWorkbench軟件推出的時間較晚，雖然市面上介紹ANSYS經(jīng)典平臺的書籍很多，但是尚缺乏一本專業(yè)而又系統(tǒng)地闡述ANSYS新一代平臺ANSYSWorkbench使用方法和應(yīng)用狀況的書籍，而這又是目前技術(shù)人員所迫切需要的。本書在一定理論描述的基礎(chǔ)上，通過大量、豐富的實例對ANSYSWorkbench軟件的設(shè)計、仿真與優(yōu)化三個模塊進行了詳細(xì)而具體的介紹，將ANSYSWorkbench的軟件學(xué)習(xí)融于實際工程問題的解決過程之中。書中每個例題都通過圖形用戶界面及命令流兩種方式向讀者做了詳細(xì)的介紹，這樣既可以滿足渴望入門的新手在較短的時間內(nèi)快速入門的需求，又可以兼顧希望解決實際工程問題的高級用戶借鑒分析思路，提高求解效率的需要。相信本書的推出，必將成為不同行業(yè)技術(shù)人員案頭必備的參考書之一。為了便于讀者的理解，用工程實例來闡述基本原理和軟件使用方法，努力使本書在以下幾個方面形成特點。（1）內(nèi)容編排與產(chǎn)品設(shè)計流程一致。全書的內(nèi)容編排與工程人員產(chǎn)品設(shè)計的流程一致，由淺入深地介紹了ANSYSWorkbench在產(chǎn)品設(shè)計、仿真與優(yōu)化過程中的具體功能、使用方法和應(yīng)用實例。（2）實例教學(xué)，可讀性強。本書在一定理論描述的基礎(chǔ)上，通過大量、豐富的實例對ANSYSWorkbench軟件的設(shè)計、仿真與優(yōu)化三個模塊進行了詳細(xì)而具體的介紹，將對ANSYSWorkbench的軟件學(xué)習(xí)融于實際工程問題的解決過程之中，具有很強的可讀性。（3）適應(yīng)市場需求。本書針對目前ANSYSWorkbench在市面上已廣泛使用而又缺乏參考書籍的問題而寫，具有很好的市場推廣價值和使用價值。（4）廣泛的讀者群。書中所有的例題均經(jīng)過精心的設(shè)計與篩選，代表性強，涉及的行業(yè)包括機械、能源、電子通信、航空航天等各個行業(yè)，具有廣泛的讀者群。由于作者水平有限，書中難免會有疏漏和不妥之處，殷切希望讀者給予批評和指正。另外，本書配有很多模型，讀者可通過郵件向作者索取。

內(nèi)容概要

本書以最新版ANSYS Workbench 11.0為依據(jù)，以工程人員產(chǎn)品設(shè)計的流程為主線，由淺入深地介紹了ANSYS Workbench在產(chǎn)品設(shè)計、仿真與優(yōu)化過程中的具體功能、使用方法和應(yīng)用實例。全書共9章： 第1章介紹了ANSYS Workbench的特點和組織形式；第2章介紹了ANSYS Workbench設(shè)計模塊DesignModeler的幾何建模方法和實例；第3～7章從產(chǎn)品靜力學(xué)、動力學(xué)、運動學(xué)、熱力學(xué)和耦合場分析5個方面介紹了ANSYS Workbench仿真模塊DesignSimulation的每一步操作方法和工程實例；第8章介紹了ANSYS Workbench優(yōu)化模塊DesignXplore的產(chǎn)品優(yōu)化功能和案例;第9章介紹了ANSYS Workbench高級使用技巧，包括ANSYS Workbench中命令流的使用以及二次開發(fā)語言API等多種高級功能的應(yīng)用方法。    本書可作為機械、能源、電子通信、航空航天等專業(yè)的大學(xué)本科生和研究生的參考書、教學(xué)用書和實驗指導(dǎo)書，也可供相關(guān)領(lǐng)域從事產(chǎn)品設(shè)計、仿真與優(yōu)化的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 ANSYS Workbench基礎(chǔ)  1.1 ANSYS Workbench概述  1.2 ANSYS Workbench產(chǎn)品設(shè)計流程和文件格式　　1.2.1 ANSYS Workbench產(chǎn)品設(shè)計流程　　1.2.2 文件格式  1.3 安裝和起動配置　　1.3.1 ANSYS Workbench 11.0安裝　　1.3.2 ANSYS Workbench 11.0起動和配置  1.4 ANSYS幫助資源第2章 幾何建模技術(shù)  2.1 幾何建模基礎(chǔ)　　2.1.1 建模環(huán)境　　2.1.2 2D草圖繪制　　2.1.3 3D建?！　?.1.4 線面建模  2.2 軸承座建模實例第3章 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析  3.1 靜力學(xué)分析基礎(chǔ)　　3.1.1 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析簡介　　3.1.2 AWE靜力學(xué)分析基本過程  3.2 汽車驅(qū)動橋橋殼強度校核　　3.2.1 工程背景　　3.2.2 分析關(guān)鍵　　3.2.3 分析步驟  3.3 AWE在薄壁注塑模具設(shè)計中的應(yīng)用　　3.3.1 工程背景　　3.3.2 分析關(guān)鍵　　3.3.3 分析步驟第4章 結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析  4.1 動力學(xué)分析基礎(chǔ)  4.2 水下航行器模態(tài)分析　　4.2.1 基礎(chǔ)　　4.2.2 分析關(guān)鍵　　4.2.3 分析步驟  4.3 振動電機軸諧響應(yīng)分析　　4.3.1 基礎(chǔ)　　4.3.2 分析關(guān)鍵　　4.3.3 分析步驟  4.4 機柜隨機振動分析　　4.4.1 基礎(chǔ)　　4.4.2 分析關(guān)鍵　　4.4.3 分析步驟第5章 機構(gòu)運動學(xué)分析  5.1 機構(gòu)運動學(xué)分析基礎(chǔ)  5.2 輕型打樁機機構(gòu)運動學(xué)分析　　5.2.1 工程背景　　5.2.2 分析關(guān)鍵　　5.2.3 分析步驟第6章 熱力學(xué)分析  6.1 熱分析基礎(chǔ)  6.2 汽缸蓋穩(wěn)態(tài)溫度場分析　　6.2.1 工程背景　　6.2.2 分析關(guān)鍵　　6.2.3 分析步驟  6.3 渦輪增壓器渦殼瞬態(tài)溫度場分析和熱應(yīng)力分析　　6.3.1 工程背景　　6.3.2 分析關(guān)鍵　　6.3.3 分析步驟第7章 疲勞分析  7.1 疲勞分析基礎(chǔ)　　7.1.1 疲勞分析定義　　7.1.2 AWE Fatigue程序處理疲勞問題的過程  7.2 按鍵疲勞分析　　7.2.1 工程背景　　7.2.2 分析關(guān)鍵　　7.2.3 分析步驟  7.3 輪轂疲勞分析　　7.3.1 工程背景　　7.3.2 分析關(guān)鍵　　7.3.3 分析步驟第8章 優(yōu)化設(shè)計第9章 二次開發(fā)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 ANSYS Workbench基礎(chǔ)1.1 ANSYS Workbench概述隨著計算機輔助工程（CAE）技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的廣度和深度的不斷發(fā)展，它在提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、縮短周期、節(jié)約成本方面發(fā)揮了越來越重要的作用。目前，CAE分析的對象已由單一的零部件分析拓展到系統(tǒng)級的裝配體，如飛機、汽車等整機的仿真。同時，其分析的領(lǐng)域已不再僅僅局限于結(jié)構(gòu)力學(xué)，已涉及流體力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、多場耦合等更加豐富的物理空間。而且，CAE分析不再僅僅是專職分析人員的工作，設(shè)計人員參與CAE分析已經(jīng)成為必然。ANSYS Workbench Environment（AWE）作為新一代多物理場協(xié)同CAE仿真環(huán)境，其獨特的產(chǎn)品構(gòu)架和眾多支撐性產(chǎn)品模塊為產(chǎn)品整機、多場耦合分析提供了非常優(yōu)秀的系統(tǒng)級解決方案。它所包含的3個主要模塊：幾何建模模塊（Design Modeler）、有限元分析模塊（Design Simulation）和優(yōu)化設(shè)計模塊（Design Xplorer）將設(shè)計、仿真、優(yōu)化集成于一體，可便于設(shè)計人員隨時進入不同功能模塊之間進行雙向參數(shù)互動調(diào)用，使與仿真相關(guān)的人、部門、技術(shù)及數(shù)據(jù)在統(tǒng)一環(huán)境中協(xié)同工作。具體來講，AWE具有的主要特色如下。1．強大的裝配體自動分析功能針對航空、汽車、電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件眾多的技術(shù)特點，AWE可以識別相鄰的零件并自動設(shè)置接觸關(guān)系，從而可節(jié)省模型建立的時間。而現(xiàn)行的許多軟件均需要手動設(shè)置接觸關(guān)系，這不但費時同時還容易出錯。除此之外，AWE還提供了許多工具，以方便手動編輯接觸表面或為現(xiàn)有的接觸指定接觸類型。AWE提供了與CAD軟件及設(shè)計流程之間的無與倫比的整合性，從而發(fā)揮CAE對設(shè)計流程最大限度的貢獻。最新的AWE使用接口，可與CAD系統(tǒng)中的實體及曲面模型雙向連接，具有更高的CAD幾何導(dǎo)人成功率。當(dāng)CAD模型變化時，不需對所施加的負(fù)載和支撐重新定義。AWE與CAD系統(tǒng)的雙向相關(guān)性還意味著，通過AWE的參數(shù)管理可方便地控制CAD模型的參數(shù)，從而提高設(shè)計效率；AWE的這一功能，還可對多個設(shè)計方案進行分析，自動修改每一設(shè)計方案的幾何模型。2．自動化網(wǎng)格劃分功能 許多CAE用戶都花大部分的時間在建立網(wǎng)格上，AWE在大型復(fù)雜部件，如飛機組裝配件的網(wǎng)格建立上獨具特色，自動網(wǎng)格生成技術(shù)可大大節(jié)省用戶的時間。根據(jù)分析類型不同，有很多因素影響分析的精度。傳統(tǒng)的專業(yè)分析人員花大量的時間和訓(xùn)練來掌握各種分析，手動處理模型以保證分析的精度；而對于設(shè)計人員來講，他所關(guān)注的應(yīng)該是自己的產(chǎn)品設(shè)計，而不是有限元方法，因此需要一個可靠的工具來替代傳統(tǒng)的工具，盡可能實現(xiàn)自動化。

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