ANSYS18·0机械与结构有限元分析实例教程

本书以ANSYS18.0为例，对有限元及ANSYS分析的基本思想、基本步骤、应用技巧进行了详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述了ANSYS在机械与结构工程中的应用方法。书中尽量避免烦琐的理论叙述，从实际应用出发,根据作者使用该软件的经验，结合大量实例，采用GUI方式对操作过程进行了讲解，为了帮助用户熟悉ANSYS相关操作命令，书中给出了每个例子的命令流文件，并配备了视频。

全书总共10章。内容包括：有限元及ANSYS简介、实体建模、网格划分、施加载荷及求解、通用后处理器、时间历程后处理器、结构静力分析、非线性分析、动力学分析、热分析。

本书适合ANSYS软件的初、中级用户以及有初步使用经验的技术人员阅读。本书可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生学习ANSYS软件的教材，亦可作为从事结构分析等相关行业的工程技术人员使用ANSYS软件的参考书。

第1章　有限元及ANSYS简介 / 1

1.1　有限元法简介 / 1

1.1.1　有限元方法的基本思想 / 1

1.1.2　有限元模型的基本构成 / 2

1.1.3　有限元分析的基本步骤 / 3

1.1.4　有限元分析解题步骤实例——梯形板 / 3

1.2　ANSYS18.0简介 / 13

1.2.1　ANSYS软件的基本功能 / 13

1.2.2　ANSYS18.0的新功能 / 14

1.2.3　ANSYS18.0的基本操作 / 17

1.3　ANSYS18.0的解题步骤实例——梯形板 / 20

1.3.1　分析问题 / 20

1.3.2　定义参数 / 20

1.3.3　创建几何模型 / 25

1.3.4　划分网格 / 26

1.3.5　施加载荷 / 27

1.3.6　求解 / 28

1.3.7　结果分析 / 29

1.3.8　结果比较 / 30

本章小结 / 32

练习题 / 32

第2章　实体建模 / 33

2.1　ANSYS建模基本方法 / 33

2.1.1　实体建模方法 / 33

2.1.2　直接生成法建模 / 35

2.1.3　从CAD图形中导入实体模型 / 35

2.1.4　三种建模方法的优缺点 / 35

2.2　坐标系及其操作 / 36

2.2.1　总体坐标系及其操作 / 36

2.2.2　局部坐标系及其操作 / 37

2.2.3　显示坐标系及其操作 / 39

2.2.4　节点坐标系及其操作 / 41

2.2.5　单元坐标系及其操作 / 42

2.2.6　结果坐标系及其操作 / 43

2.3　工作平面及使用 / 43

2.3.1　显示和设置工作平面 / 43

2.3.2　定义工作平面 / 45

2.3.3　旋转和平移工作平面 / 46

2.4　自底向上建模 / 47

2.4.1　定义及操作关键点 / 47

2.4.2　选择、查看和删除关键点 / 49

2.4.3　定义及操作线 / 50

2.4.4　选择、查看和删除线 / 53

2.4.5　定义及操作面 / 53

2.4.6　选择、查看和删除面 / 55

2.4.7　定义体 / 56

2.4.8　选择、查看和删除体 / 56

2.5　自顶向下建模 / 57

2.5.1　建立矩形面原始对象 / 58

2.5.2　建立圆或环形面原始对象 / 58

2.5.3　建立正多边形面原始对象 / 60

2.5.4　建立长方体原始对象 / 61

2.5.5　建立柱体原始对象 / 61

2.5.6　建立多棱柱原始对象 / 62

2.5.7　建立球体或部分球体原始对象 / 63

2.5.8　建立锥体或圆台原始对象 / 63

2.5.9　建立环体或部分环体原始对象 / 64

2.6　布尔运算 / 64

2.6.1　交运算 / 65

2.6.2　加运算 / 69

2.6.3　减运算 / 70

2.6.4　切割运算 / 71

2.6.5　搭接运算 / 75

2.6.6　分割运算 / 76

2.6.7　黏结运算 / 77

2.7　模型修改 / 77

2.7.1　移动图元 / 77

2.7.2　复制图元 / 78

2.7.3　镜像图元 / 79

2.7.4　缩放图元 / 79

2.7.5　转换图元坐标系 / 80

2.8　运用组件 / 81

2.8.1　组件和部件的操作 / 81

2.8.2　通过组件和部件选择实体 / 82

2.9　自顶向下实体建模实例1——轴承座实体建模 / 82

2.10　自底向上实体建模实例2——汽车连杆实体建模 / 88

本章小结 / 94

练习题 / 94

第3章　网格划分 / 96

3.1　定义单元属性 / 96

3.1.1　定义单元类型 / 96

3.1.2　定义实常数 / 98

3.1.3　定义材料参数 / 99

3.1.4　分配单元属性 / 102

3.2　网格划分控制 / 103

3.2.1　网格划分工具 / 104

3.2.2　Smart Size网格划分控制 / 105

3.2.3　尺寸控制 / 107

3.2.4　单元形状控制 / 110

3.2.5　网格划分器选择 / 110

3.3　实体模型网格划分 / 114

3.3.1　关键点网格划分 / 115

3.3.2　线网格划分 / 115

3.3.3　面网格划分 / 115

3.3.4　体网格划分 / 116

3.3.5　网格修改 / 118

3.4　网格检查 / 120

3.4.1　设置形状检查选项 / 120

3.4.2　设置形状限制参数 / 121

3.4.3　确定网格质量 / 121

3.5　直接法生成有限元模型 / 122

3.5.1　节点定义 / 122

3.5.2　单元定义 / 127

3.6　网格划分基本原则 / 131

3.6.1　网格数量 / 131

3.6.2　网格疏密 / 131

3.6.3　单元阶次 / 133

3.6.4　网格质量 / 134

3.7　自由网格划分实例1——轴承座 / 134

3.8　映射网格划分实例2——二维飞轮 / 136

3.9　扫掠网格划分实例3——汽车连杆 / 142

3.10　混合网格划分实例4——三维带孔飞轮 / 147

本章小结 / 153

练习题 / 154

第4章　施加载荷及求解 / 155

4.1　加载概述 / 155

4.1.1　载荷类型 / 155

4.1.2　载荷施加方式 / 156

4.1.3　载荷步、子步和平衡迭代 / 157

4.1.4　载荷步选项 / 158

4.1.5　载荷的显示 / 159

4.2　载荷的定义 / 159

4.2.1　自由度约束 / 159

4.2.2　集中载荷 / 163

4.2.3　表面载荷 / 166

4.2.4　体载荷 / 174

4.2.5　特殊载荷 / 176

4.3　求解 / 177

4.3.1　选择合适的求解器 / 177

4.3.2　求解多步载荷 / 179

4.3.3　求解 / 181

4.4　综合实例1——轴承座模型载荷施加及求解 / 182

4.5　综合实例2——汽车连杆模型载荷施加及求解 / 185

本章小结 / 186

练习题 / 187

第5章　通用后处理器 / 188

5.1　通用后处理器概述 / 188

5.1.1　通用后处理器处理的结果文件 / 188

5.1.2　结果文件读入通用后处理器 / 189

5.1.3　浏览结果数据集信息 / 190

5.1.4　读取结果数据集 / 190

5.1.5　设置结果输出方式与图形显示方式 / 193

5.2　图形显示计算结果 / 193

5.2.1　绘制变形图 / 193

5.2.2　绘制等值线图 / 195

5.2.3　绘制矢量图 / 197

5.2.4　绘制粒子轨迹图 / 198

5.2.5　绘制破碎图和压碎图 / 199

5.3　路径操作 / 200

5.3.1　定义路径 / 200

5.3.2　观察沿路径的结果 / 202

5.3.3　进行沿路径的数学运算 / 203

5.4　单元表 / 204

5.4.1　创建和修改单元表 / 204

5.4.2　基于单元表的数学运算 / 205

5.4.3　根据单元表绘制结果图形 / 206

5.5　载荷组合及其运算 / 207

5.5.1　创建载荷工况 / 208

5.5.2　载荷工况的读写 / 208

5.5.3　载荷工况数学运算 / 209

5.6　综合实例1——桁架计算 / 209

5.7　综合实例2——轴承座及汽车连杆后处理分析 / 215

5.7.1　轴承座后处理分析 / 215

5.7.2　汽车连杆后处理分析 / 216

本章小结 / 217

练习题 / 217

第6章　时间历程后处理器 / 218

6.1　定义和存储变量 / 219

6.1.1　变量定义 / 219

6.1.2　变量存储 / 220

6.1.3　变量的导入 / 222

6.2　变量的操作 / 222

6.2.1　数学运算 / 222

6.2.2　变量与数组相互赋值 / 223

6.2.3　数据平滑 / 225

6.2.4　生成响应频谱 / 226

6.3　查看变量 / 227

6.3.1　图形显示 / 227

6.3.2　列表显示 / 229

6.4　动画技术 / 231

6.4.1　直接生成动画 / 231

6.4.2　通过动画帧显示动画 / 231

6.4.3　动画播放 / 233

6.5　综合实例——钢球淬火温度计算 / 233

6.5.1　问题描述 / 233

6.5.2　GUI 操作步骤 / 234

本章小结 / 240

练习题 / 240

第7章　结构静力分析 / 241

7.1　结构分析概述 / 241

7.1.1　结构分析定义 / 241

7.1.2　结构分析的类型 / 241

7.1.3　结构分析所使用的单元 / 242

7.1.4　材料模式界面 / 242

7.1.5　求解方法 / 243

7.2　结构静力分析 / 243

7.2.1　结构静力分析的定义 / 243

7.2.2　结构静力分析类型 / 243

7.2.3　结构静力分析的求解步骤 / 243

7.3　平面问题静力分析实例——钢支架 / 244

7.3.1　问题提出 / 245

7.3.2　建立模型 / 245

7.3.3　施加载荷 / 250

7.3.4　求解 / 250

7.3.5　查看结果 / 251

7.4　轴对称结构静力分析实例——二维飞轮 / 251

7.4.1　问题提出 / 251

7.4.2　调出模型 / 252

7.4.3　施加载荷 / 252

7.4.4　求解 / 253

7.4.5　查看结果 / 253

7.5　周期对称结构静力分析实例——三维带孔飞轮 / 258

7.5.1　问题提出 / 258

7.5.2　调出模型 / 259

7.5.3　施加载荷 / 259

7.5.4　求解 / 260

7.5.5　查看结果 / 260

7.6　任意三维结构静力分析实例——六角扳手 / 265

7.6.1　问题提出 / 265

7.6.2　建立模型 / 265

7.6.3　施加载荷 / 273

7.6.4　求解 / 277

7.6.5　查看结果 / 277

本章小结 / 280

练习题 / 280

第8章　非线性分析 / 282

8.1　非线性分析简介 / 282

8.1.1　结构非线性的定义 / 282

8.1.2　结构非线性的类型 / 282

8.1.3　结构非线性的基本步骤 / 283

8.2　几何非线性分析实例——悬臂梁 / 283

8.2.1　问题提出 / 283

8.2.2　建立模型 / 284

8.2.3　施加载荷 / 285

8.2.4　求解 / 286

8.2.5　查看结果 / 286

8.3　材料非线性分析实例——铆钉 / 288

8.3.1　问题提出 / 289

8.3.2　建立模型 / 289

8.3.3　施加载荷 / 292

8.3.4　求解 / 293

8.3.5　查看结果 / 294

8.4　状态非线性分析实例——齿轮接触分析 / 297

8.4.1　问题提出 / 297

8.4.2　建立模型 / 297

8.4.3　施加载荷 / 304

8.4.4　求解 / 305

8.4.5　查看结果 / 306

8.5　非线性蠕变分析实例——螺栓 / 308

8.5.1　问题提出 / 308

8.5.2　建立模型 / 308

8.5.3　施加载荷 / 311

8.5.4　求解 / 312

8.5.5　查看结果 / 313

本章小结 / 315

第9章　动力学分析 / 316

9.1　动力学分析概述 / 316

9.1.1　动力学分析简介 / 316

9.1.2　动力学分析类型 / 316

9.2　模态分析 / 317

9.2.1　模态分析简介 / 317

9.2.2　模态分析步骤 / 317

9.2.3　模态分析实例——飞机机翼 / 320

9.3　谐波响应分析 / 325

9.3.1　谐波响应分析简介 / 325

9.3.2　谐波响应分析步骤 / 325

9.3.3　谐波响应分析实例——电动机工作台系统 / 326

9.4　瞬态动力分析 / 341

9.4.1　瞬态动力分析简介 / 341

9.4.2　瞬态动力分析步骤 / 341

9.4.3　瞬态动力分析实例——电动机工作台系统 / 343

9.5　谱分析 / 349

9.5.1　谱分析简介 / 349

9.5.2　谱分析步骤 / 350

9.5.3　谱分析实例——简支梁结构 / 351

本章小结 / 361

练习题 / 361

第10章　热分析 / 362

10.1　热分析基础知识 / 362

10.1.1　符号与单位 / 362

10.1.2　传热学经典理论 / 363

10.1.3　热传递方式 / 363

10.1.4　热分析类型 / 363

10.2　稳态热分析 / 364

10.2.1　稳态热分析的定义 / 364

10.2.2　热分析单元 / 364

10.2.3　稳态热分析基本过程 / 366

10.3　稳态热分析实例——潜水艇稳态温度分布计算 / 368

10.3.1　问题描述 / 368

10.3.2　建立模型 / 369

10.3.3　施加载荷 / 371

10.3.4　求解 / 371

10.3.5　查看结果 / 372

10.4　瞬态热分析 / 372

10.4.1　瞬态热分析的定义 / 372

10.4.2　瞬态热分析基本过程 / 372

10.5　瞬态热分析实例——浇铸过程砂箱温度变化分析 / 375

10.5.1　问题描述 / 375

10.5.2　建立模型 / 376

10.5.3　施加载荷 / 378

10.5.4　求解 / 380

10.5.5　查看结果 / 381

10.6　热应力分析 / 381

10.6.1　热应力分析的方法 / 381

10.6.2　间接法进行热应力分析的步骤 / 381

10.6.3　直接法进行热应力分析的步骤 / 382

10.7　热应力分析实例——冷却栅管热应力分布计算 / 382

10.7.1　问题描述 / 382

10.7.2　间接法 / 383

10.7.3　直接法 / 399

本章小结 / 406

练习题 / 406

参考文献 / 408 2100433B

本书以ANSYS18.0为依据，对有限元及ANSYS分析的基本思想、基本步骤、应用技巧进行了详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述了ANSYS在机械与结构工程中的应用方法。书中尽量避免繁琐的理论叙述，从实际应用出发，结合作者使用该软件的经验，实例采用GUI方式对操作过程进行了讲解，为了帮助用户熟悉ANSYS相关操作命令，书中给出了每个例子的命令流文件，并配备了视频。

任继文，华东交通大学，教师、教授，作者长期在高校从事机械CAD/CAE/CAM方面的教学和科研工作，先后主持并完成了国家自然科学基金、江西省自然基金和江西省教育厅项目，参加863课题研究项目、国家自然科学基金多项，发表论文50余篇，多篇被SCI、EI、ISTP检索，在这些项目和论文中，运用了有限元的方法解决了许多实际工程问题；多年给本科生教授《机械CAD/CAM》、《有限元及ANSYS》等相关课程，在有限元方面积累了丰富的经验，并已主编了两本相关的教材。

《机械制图与识图实例教程》注重机械制图、识图基本技能的培养，按照"任务导向"的全新模式编写，通过典型案例编排为若干项目，在绘图与识图的实际操作过程中循序渐进地讲解机械绘图与识图的基本内容和方法，所讲内容均以给出问题、解决问题和实例训练的形式来完成，不但解决了“学什么”，更重要地解决了“怎么学”、“怎么用”的问题，特别强调实际技能的培养和实用方法的学习。

《机械制图与识图实例教程》包括制图与识读的基本知识、物体三视图的绘制与识读、轴测图、机件结构形状的表达方法、零件的常见结构与通用零部件的表示法、零件工作图、装配图等。内容由浅入深，循序渐进；书中插入大量的三维实体图，力求读者易懂；每章后的实践与训练题目都配有参考答案，以便读者检验学习效果。

《机械制图与识图实例教程》可作为本科院校、高等职业技术学院、成人教育学院、高等教育自学考试等机械类相关专业学生的教材使用，也可作为工程技术人员的参考书。

书名 机械结构有限元分析

书号 978-7-118-06861-0

作者 宋志安等

出版时间 2010年6月

译者

版次 1版1次

开本 16

装帧 平装

出版基金

页数 298

字数 430

中图分类 TH112

丛书名 普通高等院校“十二五”规划教材

定价 35.00

《AutoCAD 2007机械制图入门与实例教程》由浅入深，循序渐进地介绍了Autodesk公司最新推出的计算机辅助设计软件——AutoCAD2007中文版的基本功能和使用技巧。全书共分10单元，分别介绍了AutoCAD2007的基本功能和界面组成，线型、颜色和图层等辅助工具的使用，图形的显示控制，绘图的基本操作，二维图形的绘制与编辑，面域与图案填充，文字和表格的创建与编辑，图形对象的标注尺寸，三维实体的绘制与编辑，块、块属性及AutoCAD设计中心的使用，以及AutoCAD的Internet功能。此外，《AutoCAD 2007机械制图入门与实例教程》穿插了许多“试一试”小训练、“课堂实训”，每单元提供了“单元训练”；并在第十单元安排了综合训练，介绍了使用AutoCAD绘制样板图、零件图、装配图及焊接零件图的方法。

《AutoCAD 2007机械制图入门与实例教程》内容丰富、结构清晰、语言简练，叙述深入浅出，具有很强的实用性，可作为职业院校计算机制图课程教材、培训教材，也可作为工程技术人员的参考书和自学读本。