實(shí)用工程數(shù)值模擬技術(shù)及其在ANSYS上的實(shí)踐

前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展，復(fù)雜的工程問題可采用離散化的數(shù)值計(jì)算方法并借助計(jì)算機(jī)得到滿足工程要求的數(shù)值解，數(shù)值模擬技術(shù)是現(xiàn)代工程學(xué)形成和發(fā)展的重要推動(dòng)力之一。在工程領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的數(shù)值模擬方法是有限單元法，它不但可以解決工程中的結(jié)構(gòu)分析問題，也成功地解決了傳熱學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、電磁學(xué)和聲學(xué)等領(lǐng)域的問題，有限元計(jì)算結(jié)果已成為各類工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和性能分析的可靠依據(jù)。許多通用有限元分析程序?qū)⒂邢拊治?、?jì)算機(jī)圖形學(xué)與優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合形成完整的計(jì)算機(jī)輔助分析系統(tǒng)，這些程序可以顯著提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能，縮短設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。ANSYS軟件是國際流行的融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元分析軟件，該軟件90年代開始在我國的機(jī)械制造、航空航天、汽車交通、鐵道、石油化工、能源等領(lǐng)域得到應(yīng)用，為各領(lǐng)域中產(chǎn)品設(shè)計(jì)、科學(xué)研究作出了貢獻(xiàn)。許多理工科院校也擁有該軟件，并作為工程類專業(yè)研究生的一門課程，但因該軟件的中文資料少，許多學(xué)生難以系統(tǒng)地掌握該軟件的功能，從而影響了實(shí)際應(yīng)用。本書介紹了有限單元法基礎(chǔ)及ANSYS軟件在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。全書共分十章：第一章介紹了數(shù)值模擬技術(shù)的工程應(yīng)用及ANSYS軟件概述；第二章介紹了有限單元法基礎(chǔ)；第三章介紹了ANSYS軟件的基本使用方法；第四章至第九章分別介紹了ANSYS軟件在結(jié)構(gòu)靜力分析、非線性分析、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析、電磁學(xué)分析、熱分析、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析中的實(shí)踐；第十章介紹了ANSYS高級(jí)分析技術(shù)，如參數(shù)設(shè)計(jì)語言、優(yōu)化設(shè)計(jì)、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分及子模型等。本書內(nèi)容較廣泛.讀者可根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇性閱讀。本書可作為理工科院校相關(guān)專業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生及教師學(xué)習(xí)ANSYS軟件的教材或參考書，也可作為從事核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利等科學(xué)研究的工程技術(shù)人員使用ANSYS軟件的參考書。本書由吉林大學(xué)王國強(qiáng)教授主編并編寫第一章、第七章和第十章，高秀華編寫第二章.李風(fēng)編寫第三章，王繼新編寫第四～六章，馬若丁編寫第八～九章。此外，劉錫國、趙登峰及謝永軍等同志也參加了本書的編寫或程序調(diào)試工作。本書從醞釀到整個(gè)寫作過程始終得到了美國ANSYS公司北京辦事處蘇喜蘭女士的鼓勵(lì)和大力支持，她提供的ANSYS軟件的最新中、英文資料，為本書的順利編寫奠定了基礎(chǔ)。在本書初稿形成后，她仔細(xì)審閱了全書原稿，提出了許多建設(shè)性的寶貴意見，并為本書各章提供了高質(zhì)量的插圖。

內(nèi)容概要

本書內(nèi)容包括：ANSYS的基本使用方法，ANSYS解決結(jié)構(gòu)靜力分析、非線性結(jié)構(gòu)分析、動(dòng)力學(xué)分析、電磁學(xué)分析、熱分析及計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析的方法及步驟，ANSYS的高級(jí)分析技術(shù)如參數(shù)化設(shè)計(jì)APDL、拓?fù)鋬?yōu)化和子模型等。

書籍目錄

第一章 緒論第二章 有限單元法基礎(chǔ)第三章 ANSYS的基本使用方法第四章 ANSYS結(jié)構(gòu)靜力分析第五章 非線性分析第六章 動(dòng)力學(xué)分析第七章 ANSYS熱分析第八章 ANSYS電磁場(chǎng)分析第九章 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析第十章 ANSYS高級(jí)分析技術(shù)附表   ANSYS程序中常用量和單位表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（4）設(shè)置單元關(guān)鍵字和實(shí)常數(shù)單元關(guān)鍵字：CONTAC48和CONTAC49使用下面的單元關(guān)鍵字：KEYOPT（1）：選擇正確的自由度（包含或不包括溫度）；KEYOPT（2）：選擇罰函數(shù)的方法或罰函數(shù)+拉格朗日方法；KEYOPT（3）：選擇摩擦類型；無摩擦、彈性庫侖摩擦或剛性庫侖摩擦；KEYOPT（7）：選擇接觸時(shí)間步長(zhǎng)預(yù)測(cè)控制。摩擦類型點(diǎn)－面接觸單元支持彈性庫侖摩擦和剛性庫侖摩擦，在變形期間當(dāng)接觸面是粘合而不是滑動(dòng)的時(shí)候，選擇彈性庫侖摩擦。僅僅在兩個(gè)面處于持續(xù)的相對(duì)滑動(dòng)時(shí)才選擇這種摩擦類型。罰函數(shù)與罰函數(shù)+拉格朗日方法協(xié)調(diào)控制方法保證一個(gè)面不會(huì)穿透進(jìn)入另一個(gè)面超過某一容許量，這可以通過罰函數(shù)方法或罰函數(shù)+拉格朗日方法來實(shí)現(xiàn)。在這種方法中，將力加在接觸節(jié)點(diǎn)上，直到接觸節(jié)點(diǎn)穿透進(jìn)入目標(biāo)面。熱－結(jié)構(gòu)接觸  如果兩個(gè)溫度不同的物體彼此接觸，在它們之間將會(huì)發(fā)生熱傳遞，我們能夠聯(lián)合這種點(diǎn)一面的接觸單元和熱－結(jié)構(gòu)來耦合場(chǎng)單元來模擬這種情況下的熱傳遞（對(duì)不關(guān)心應(yīng)力的分析，能夠用標(biāo)準(zhǔn)的熱單元來給系統(tǒng)的固定部分建模）。這些單元的熱－結(jié)構(gòu)自由度都被激活（必須為實(shí)常數(shù)COND（接觸傳導(dǎo)率）定義一個(gè)值，以模擬接觸界面之間的熱量流動(dòng)）。接觸預(yù)測(cè)CONTAC48和CONTAC49對(duì)控制接觸時(shí)間預(yù)測(cè)提供了三個(gè)選項(xiàng)。沒有預(yù)測(cè)：大多的靜力分析使用此選項(xiàng)。然而，對(duì)在加載過程中，有不連續(xù)接觸區(qū)域的那些問題，時(shí)間步長(zhǎng)預(yù)測(cè)是必須的。 合理的時(shí)間步長(zhǎng)：為了保證一個(gè)合理的時(shí)間／載荷增量，需要在接觸預(yù)測(cè)中選擇此項(xiàng)。此項(xiàng)在時(shí)間步長(zhǎng)預(yù)測(cè)器正在完好運(yùn)行的靜態(tài)分析中，或在連續(xù)接觸（滾動(dòng)接觸）的瞬態(tài)分析中是有用的。如果接觸點(diǎn)的位置隨時(shí)間的變化是一個(gè)非線性函數(shù)，那么線性時(shí)間步長(zhǎng)預(yù)測(cè)不可能是有效的。最小的時(shí)間／載荷增量預(yù)測(cè)：這個(gè)選項(xiàng)在碰撞和斷續(xù)接觸的瞬態(tài)分析中是有用的，或者用于由于線性預(yù)測(cè)不起作用而導(dǎo)致的第二個(gè)選項(xiàng)無用時(shí)。為了更有效的進(jìn)行計(jì)算，僅僅對(duì)處于初始接觸狀態(tài)的那些接觸單元使用此選項(xiàng)。

編輯推薦

《實(shí)用工程數(shù)值模擬技術(shù)及其在ANSYS上的實(shí)踐》是由西北工業(yè)大學(xué)出版社出版的。

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