有限元分析及ANSYS18.0工程應用內(nèi)容簡介

《有限元分析及ANSYS 18.0工程應用》介紹了有限元法理論及ANSYS 軟件在有限元分析中的應用。全書主要內(nèi)容包括： 有限元法與ANSYS簡介、有限元法理論、ANSYS幾何建模、ANSYS網(wǎng)格劃分、ANSYS加載及求解、ANSYS結果后處理、結構靜力分析、模態(tài)分析、諧響應分析、瞬態(tài)動力學分析、非線性分析、接觸分析和熱分析等內(nèi)容。 《有限元分析及ANSYS 18.0工程應用》可作為工程力學專業(yè)和機械工程專業(yè)本科生的專業(yè)課教材， 可作為機械設計制造及其自動化、機械設計及理論、機械電子工程等專業(yè)高年級本科生、研究生教材， 也可作為高等職業(yè)學校、高等專科學校、成人高等學校的機電一體化、數(shù)控技術及應用、機械制造及自動化等專業(yè)的教材， 還可作為相關工程技術人員的參考資料或培訓教材。

前言

第1章　有限元法與ANSYS簡介 ………1

1.1　有限元法概述 ……………………1

1.1.1　有限元法發(fā)展歷史 ………………1

1.1.2　有限元法基本思想 ………………2

1.2　有限元分析步驟 ……………………4

1.3　ANSYS簡介及分析步驟 …………6

1.3.1　ANSYS功能及模塊簡介 …………6

1.3.2　ANSYS分析步驟 …………………9

1.4　本章小結 …………………………10

思考與練習 ………………………………10

第2章　有限元法理論 ………………11

2.1　彈性力學基礎 ……………………11

2.1.1　彈性力學的基本概念 ……………11

2.1.2　彈性力學的基本方程 ……………13

2.1.3　彈性力學中的能量原理 …………15

2.2　平面問題的有限元法 ……………16

2.3　軸對稱問題的有限元法 …………25

2.4　三角形單元剛度計算實例 ………26

2.5　本章小結 …………………………27

思考與練習 ………………………………27

第3章　ANSYS幾何建模 ………………28

3.1　坐標系 ………………28

3.1.1　坐標系簡介 ……………………28

3.1.2　坐標系定義 ……………………28

3.1.3　坐標系的激活 …………………30

3.2　自底向上建模 ……………………31

3.2.1　關鍵點 …………………………31

3.2.2　線 ………………………………32

3.2.3　面 ………………………………34

3.2.4　體 ………………………………35

3.3　自頂向下建模 ……………………36

3.3.1　定義面 …………………………37

3.3.2　定義體 …………………………37

3.4　布爾操作 …………………………38

3.4.1　交運算 …………………………38

3.4.2　加運算 …………………………39

3.4.3　減運算 …………………40

3.4.4　分割運算 ……………41

3.4.5　分類運算 ………………41

3.4.6　搭接運算 ………………41

3.4.7　粘接 …………………42

3.5　導入CAD模型 ……42

3.6　連接板建模實例 ………43

3.7　聯(lián)軸器建模實例 ………46

3.8　本章小結 ………51

思考與練習 ………………51

第4章　ANSYS網(wǎng)格劃分 ……52

4.1　網(wǎng)格劃分概述 …………52

4.2　單元類型 ……………52

4.2.1　桿單元 ………………53

4.2.2　梁單元 ……………54

4.2.3　二維實體單元 …………55

4.2.4　殼單元 …………………56

4.2.5　三維實體單元 …………57

4.3　網(wǎng)格劃分 ………………59

4.3.1　單元劃分基本過程 ……59

4.3.2　選擇網(wǎng)格劃分方法 ……60

4.3.3　分配單元屬性 ………63

4.3.4　網(wǎng)格劃分工具 …………64

4.3.5　網(wǎng)格尺寸控制 ………65

4.3.6　MESH生成網(wǎng)格 ……65

4.3.7　檢查網(wǎng)格 …………67

4.3.8　修改網(wǎng)格 ……………69

4.4三維支架網(wǎng)格劃分實例 …73

4.5　本章小結 ……………75

思考與練習 ………………75

第5章ANSYS加載及求解 …76

5.1　載荷介紹 ……………76

5.2　載荷類型 …………………………76

5.2.1　自由度約束 ……………76

5.2.2　集中力載荷 …………77

5.2.3　面載荷 ………………78

5.2.4　體載荷 ………………79

5.2.5　慣性載荷 ……………79

5.2.6　耦合場載荷 …………80

5.3　多載荷步求解 …………80

5.3.1　多重求解法 …………80

5.3.2　使用載荷步文件法 …………80

5.4　ANSYS求解方法 ……………81

5.4.1　直接求解法 …………81

5.4.2　稀疏矩陣直接解法求解器 ………82

5.4.3　雅克比共軛梯度法求解器 ………82

5.4.4　不完全分解共軛梯度法求解器 …82

5.4.5　預條件共軛梯度法求解器 ………83

5.4.6　自動迭代法求解器 …………83

5.4.7　不完全喬里斯基共軛梯度法求解器 ……84

5.4.8　二次最小殘差求解器 ………84

5.5　利用特定的求解控制器來指定求解類型 …84

5.5.1　“AbridgedSolution”菜單選項 ……84

5.5.2　使用“SolutionControls”對話框…84

5.6　重新啟動分析 …………86

5.7　求解分析 ………………86

5.8　本章小結 ………………87

思考與練習 ………………88

第6章　ANSYS結果后處理 ………89

6.1　后處理概述 ……………89

6.2　通用后處理器（POST1） ………89

6.2.1　數(shù)據(jù)類型 ……………89

6.2.2　查看結果匯總 ……………90

6.2.3　讀入結果 ……………90

6.2.4　圖形顯示結果 ……………92

6.2.5　列表顯示結果 ……………94

6.2.6　查詢結果 ……………101

6.2.7　輸出選項 ……………102

6.3　時間歷程后處理器 …………103

6.3.1　時間歷程變量觀察器 ……103

6.3.2　進入時間歷程后處理器 ………105

6.3.3　定義變量 ……………105

6.3.4　處理變量并進行計算 ………106

6.3.5　變量的評價 ………106

6.3.6　POST26的其他功能 ……107

6.4　內(nèi)六角扳手后處理操作實例 …107

6.4.1　通用后處理 …………108

6.4.2　時間歷程后處理 …………110

6.5　本章小結 ………………111

思考與練習 …………………111

第7章　結構靜力分析 ……………112

7.1　結構靜力分析的基本概念 ……112

7.2　結構靜力分析步驟 …………112

7.2.1　設置分析類型 ……………112

7.2.2　選擇單元類型 ……………113

7.2.3　添加材料屬性 ……………113

7.2.4　建立幾何模型 ……114

7.2.5　劃分網(wǎng)格 ……………115

7.2.6　添加約束和載荷 …………116

7.2.7　輸出選項的設定 ……117

7.2.8　求解 ………………118

7.2.9　查看結果…119

7.3　高速旋轉(zhuǎn)齒輪靜力分析實例 ……119

7.4　本章小結……139

思考與練習 …………………139

第8章　模態(tài)分析 ……………140

8.1　模態(tài)分析簡介 …………140

8.1.1　模態(tài)分析概述 ……………140

8.1.2　模態(tài)分析基礎 ……………140

8.2　模態(tài)計算方法 …………142

8.3　模態(tài)分析基本流程 ……144

8.4　飛機機翼模態(tài)分析實例 ……148

8.4.1　問題描述 ……………148

8.4.2　分析步驟 ……………149

8.4.3　命令流模式 …………156

8.5　本章小結 ………………157

思考與練習 …………………157

第9章　諧響應分析 …………158

9.1　諧響應分析簡介 ……………158

9.1.1　諧響應分析理論概述 ……158

9.1.2　諧響應分析的求解方法 ………159

9.2　諧響應分析的基本步驟 ……160

9.2.1　建立模型 ……………161

9.2.2　加載和求解 …………161

9.2.3　觀察模型 ……………165

9.3汽車懸架系統(tǒng)的諧響應分析實例…167

9.3.1　問題描述 ……………167

9.3.2　分析步驟 ……………167

9.3.3　命令流模式 …………174

9.4　本章小結 ………………175

思考與練習 …………………175

第10章　瞬態(tài)動力學分析 …………176

10 .1　瞬態(tài)動力學分析的基本概念 …176

10 .2　瞬態(tài)動力學分析方法 ……176

10 .3　瞬態(tài)動力學分析的基本步驟 …178

10 .4　哥倫布阻尼的自由振動分析實例 ……187

10 .4.1　問題描述 …………188

10 .4.2　哥倫布阻尼彈簧自由振動分析…188

10 .4.3　哥倫布阻尼自由振動分析命令流…196

10 .5　本章小結 ……………197

思考與練習 …………………197

第11章　接觸分析 ……………198

11 .1　接觸類型及接觸單元簡介 …198

11 .2　面－面接觸分析 …………199

11 .2.1　建立幾何模型并劃分網(wǎng)格…199

11 .2.2　識別接觸對 ……………199

11 .2.3　指定接觸面和目標面 ……200

11 .2.4　定義目標面 ……………201

11 .2.5　定義柔體接觸面……204

11 .2.6　接觸面和目標面的幾何修正 …206

11 .2.7　設置實常數(shù)和單元關鍵字 ……207

11 .2.8　控制剛性目標面的運動 ………224

11 .2.9　定義求解和載荷步選項 ………225

11 .2.10　求解………225

11 .2.11　觀察結果 ……225

11 .3　套管過盈裝配分析實例 …226

11 .4　本章小結 ……………236

思考與練習 …………………236

第12章　非線性分析 …………237

12 .1　非線性分析簡介 …………237

12 .2　非線性分析的方程求解 ………241

12 .3　非線性靜態(tài)分析步驟 ……242

12 .4　非線性瞬態(tài)分析步驟 ……251

12 .5　彈塑性圓板非線性分析實例 …252

12 .6　本章小結 ……………265

思考與練習 …………………265

第13章　熱分析 ………………266

13 .1　熱分析基礎理論 …266

13 .1.1　熱分析的有限元控制方程 ……266

13 .1.2　熱分析的求解 ………269

13 .2　穩(wěn)態(tài)熱分析 …………270

13 .2.1　建立有限元模型 …………270

13 .2.2　激活穩(wěn)態(tài)熱分析 …………271

13 .2.3　設置分析選項 ……………271

13 .2.4　定義載荷 …………273

13 .2.5　定義載荷步選項 …………274

13 .2.6　求解 ………………276

13 .2.7　后處理 ……………276

13 .3　瞬態(tài)熱分析 …………277

13 .3.1　建立有限元模型 …………277

13 .3.2　激活瞬態(tài)熱分析……277

13 .3.3　建立初始條件 ……………278

13 .3.4　設置載荷步選項 …279

13 .3.5　設置非線性選項 …………281

13 .3.6　后處理 ……282

13 .4　熱應力分析 …………283

13 .4.1　熱應力分析分類 …………283

13 .4.2　間接法進行熱應力分析的步驟 …283

13 .5　熱分析應用實例…284

13 .5.1　中空長圓筒穩(wěn)態(tài)熱分析實例 …284

13 .5.2　中空長圓筒熱應力分析實例 …285

13 .5.3　銅塊冷卻瞬態(tài)熱分析實例 ……286

13 .6　本章小結 ……………293

思考與練習 …………………293

參考文獻 …………………2942100433B

隨著市場競爭的加劇，產(chǎn)品更新周期愈來愈短，企業(yè)對新技術的需求更加迫切，而有限元數(shù)值模擬技術是提升產(chǎn)品質(zhì)量、縮短設計周期、提高產(chǎn)品競爭力的一項有效手段，所以，隨著計算機技術和計算方法的發(fā)展，有限元法在工程設計和科研領域得到了越來越廣泛的重視和應用，已經(jīng)成為解決復雜工程分析計算問題的有效途徑，從汽車到航天飛機幾乎所有的設計制造都已離不開有限元分析計算，其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、船舶、鐵道、石化、能源和科學研究等各個領域的廣泛使用已使設計水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍。2100433B

《ANSYS有限元分析工程應用實例教程》共計11章，以結構分析為主，包括靜力分析、材料非線性分析、接觸非線性分析、幾何非線性分析、優(yōu)化分析、動力學分析、疲勞分析、復合材料等，同時也涉及了熱分析。全面的理論基礎與典型案例相結合是《ANSYS有限元分析工程應用實例教程》的顯著特色，其中案例貼合實際，講解精辟透徹，處理問題思路清晰，論述內(nèi)容深入獨到。

《ANSYS有限元分析工程應用實例教程》可作為土木工程領域研究人員和結構計算分析人員學習ANSYS的教材，也可供機械、航空航天、能源、交通運輸、水利、電子、地礦、生物醫(yī)學等眾多領域從業(yè)技術人員作為使用ANSYS的參考書。ANSYS是國際流行的大型通用有限元分析軟件，是目前最有影響力的有限元軟件之一。其融結構、流體、電磁場、聲場和耦合場分析于一體，涵蓋了機械、航空航天、能源、交通運輸、土木工程、水利、電子、地礦、生物醫(yī)學、教學科研等眾多領域。

第1篇 有限元分析的基本原理

第1章 緒論

1.1 概況

1.2 有限元方法的歷史

1.3 有限元分析的內(nèi)容和作用

第2章 有限元分析的力學基礎

2.1 變形體的描述、變量定義、分量表達與指標記法

2.2 彈性體的基本假設

2.3 平面問題的基本力學方程（分量形式，指標形式）

2.4 空間問題的基本力學方程（分量形式，指標形式）

2.5 彈性問題中的能量表示

2.6 特殊問題的討論

2.7 典型例題及詳解

2.8 本章要點及參考內(nèi)容

2.9 習題

第3章 有限元分析的數(shù)學求解原理

3.1 簡單問題的解析求解

3.2 彈性力學問題近似求解的加權殘值法

3.3 彈性問題近似求解的虛功原理、最小勢能原理及其變分基礎

3.4 各種求解方法的特點及比較

3.5 典型例題及詳解

3.6 本章要點及參考內(nèi)容

3.7 習題

第4章 桿梁結構有限元分析原理

4.1 有限元分析求解的完整過程

4.2 有限元分析的基本步驟及表達式

4.3 桿單元及其坐標變換

4.4 梁單元及其坐標變換

4.5 典型例題及詳解

4.6 本章要點及參考內(nèi)容

4.7 習題

第5章 連續(xù)體的有限元分析原理

5.1 連續(xù)體的離散過程及特征

5.2 平面問題的單元構造

5.3 軸對稱問題及其單元結構

5.4 空間問題的單元的一般原理和數(shù)值積分

5.5 典型例題及詳解

5.6 本章要點及參考內(nèi)容

5.7 習題

第2篇 有限元分析的誤差、復雜單元及應用領域

第6章 有限元分析 中的單元性質(zhì)特征與誤差處理

6.1 單元節(jié)點編號與存儲帶寬

6.2 形狀函數(shù)矩陣與剛度矩陣的性質(zhì)

6.3 邊界條件的處理與支反力的計算

6.4 單元剛度陣的縮聚

6.5 位移函數(shù)構造與收斂性要求

6.6 C0型單元與C1型單元

6.7 單元的拼片試驗

6.8 有限元分析數(shù)值解的精度與性質(zhì)

6.9 單元應力計算結果的誤差與平均處理

6.10 控制誤差和提高精度的h方法和p方法

6.11 典型例題及詳題

6.12 本章要點及參考內(nèi)容

6.13 習題

第7章 有限元分析中的復雜單元及實現(xiàn)

第8章 有限元分析的應用領域

第3篇 有限元分析的建模、軟件平臺及實例

第9章 有限元分析的實現(xiàn)與建模

第10章 有限元分析的自主程序開發(fā)以及與ANSYS平臺的銜接

第11章 基于ANSYS平臺的有限元建模與分析

第12章 基于MARC平臺的有限元建模與分析

參考文獻

中文索引

英文索引