ANSYS Workbench 17.0有限元分析从入门到精通

第1章 初识ANSYS Workbench 1

1.1 ANSYS Workbench 17.0概述 1

1.1.1 关于ANSYS Workbench 1

1.1.2 多物理场分析模式 2

1.1.3 项目级仿真参数管理 2

1.1.4 Workbench应用模块 3

1.2 Workbench 17.0的基本操作界面 3

1.2.1 启动ANSYS Workbench 3

1.2.2 ANSYS Workbench主界面 4

1.3 Workbench项目管理 7

1.3.1 复制及删除项目 7

1.3.2 关联项目 7

1.3.3 项目管理操作案例 8

1.3.4 设置项属性 9

1.4 Workbench文件管理 9

1.4.1 文件目录结构 9

1.4.2 快速生成压缩文件 10

1.5 Workbench实例入门 11

1.5.1 案例介绍 11

1.5.2 启动Workbench并建立分析项目 11

1.5.3 导入创建几何体 12

1.5.4 添加材料库 13

1.5.5 添加模型材料属性 14

1.5.6 划分网格 15

1.5.7 施加载荷与约束 16

1.5.8 结果后处理 18

1.5.9 保存与退出 19

1.6 本章小结 20

第2章 创建Workbench几何模型21

2.1 认识DesignModeler 21

2.1.1 进入DesignModeler 21

2.1.2 DesignModeler的操作...

2.1.3DesignModeler的鼠标操作24

2.1.4图形选取与控制25

2.1.5DM几何体25

2.2DesignModeler草图模式26

2.2.1创建新平面26

2.2.2创建新草图26

2.2.3草图模式27

2.2.4草图援引28

2.3创建3D几何体28

2.3.1创建3D特征28

2.3.2激活体和冻结体29

2.3.3切片特征30

2.3.4抑制体30

2.3.5面印记30

2.3.6填充与包围操作32

2.3.7创建多体部件体33

2.4导入外部CAD文件34

2.4.1非关联性导入文件34

2.4.2关联性导入文件35

2.4.3导入定位35

2.4.4创建场域几何体35

2.5概念建模35

2.5.1从点生成线体36

2.5.2从草图生成线体36

2.5.3从边生成线体36

2.5.4定义横截面36

2.5.5从线生成面体39

2.5.6从草图生成面体39

2.5.7从面生成面体40

2.6创建几何体的实例操作40

2.6.1进入DM界面40

2.6.2绘制零件底部圆盘41

2.6.3创建零件肋柱42

2.6.4生成线体45

2.6.5生成面体45

2.6.6保存文件并退出46

2.7概念建模实例操作46

2.7.1从CAD进入DM界面46

2.7.2创建线体47

2.7.3生成面体48

2.7.4创建横截面49

2.7.5为线体添加横截面50

2.7.6保存文件并退出50

2.8本章小结50

第3章Workbench网格划分51

3.1网格划分平台51

3.1.1网格划分特点51

3.1.2网格划分方法52

3.1.3网格划分技巧53

3.1.4网格划分流程54

3.1.5网格尺寸策略54

3.23D几何网格划分54

3.2.1四面体网格的优缺点55

3.2.2四面体网格划分时的常用参数55

3.2.3四面体算法55

3.2.4四面体膨胀57

3.3网格参数设置57

3.3.1默认参数设置59

3.3.2尺寸控制59

3.3.3膨胀控制62

3.3.4网格信息64

3.4扫掠网格划分64

3.4.1扫掠划分方法64

3.4.2扫掠网格控制66

3.5多区网格划分66

3.5.1多区划分方法66

3.5.2多区网格控制67

3.6网格划分案例68

3.6.1自动网格划分案例68

3.6.2网格划分控制案例72

3.7本章小结79

第4章Mechanical基础80

4.1关于Mechanical80

4.2Mechanical的基本操作81

4.2.1启动Mechanical81

4.2.2Mechanical操作界面81

4.2.3鼠标控制84

4.3材料参数输入控制85

4.3.1进入EngineeringData应用程序85

4.3.2材料库85

4.3.3添加材料86

4.3.4添加材料属性87

4.4Mechanical前处理操作88

4.4.1几何分支88

4.4.2接触与点焊89

4.4.3坐标系91

4.4.4分析设置92

4.5施加载荷和约束93

4.5.1施加载荷94

4.5.2施加约束96

4.6模型求解96

4.7结果后处理98

4.7.1结果显示98

4.7.2变形显示99

4.7.3应力和应变99

4.7.4接触结果100

4.7.5自定义结果显示101

4.8本章小结102

第5章线性静态结构分析103

5.1线性静态结构分析概述103

5.2线性静态结构的分析流程104

5.2.1几何模型104

5.2.2材料特性105

5.2.3定义接触区域105

5.2.4划分网格105

5.2.5施加载荷和边界条件105

5.2.6模型求解控制106

5.2.7结果后处理106

5.3风力发电机叶片静态结构分析106

5.3.1问题描述106

5.3.2启动Workbench并建立分析项目106

5.3.3导入几何体107

5.3.4添加材料库108

5.3.5添加模型材料属性111

5.3.6划分网格113

5.3.7施加载荷与约束114

5.3.8结果后处理（设置求解项）116

5.3.9求解并显示求解结果117

5.3.10更改材料观察分析结果119

5.3.11保存与退出122

5.4本章小结122

第6章模态分析123

6.1模态分析概述123

6.2Workbench模态分析流程124

6.2.1几何体和质点125

6.2.2接触区域125

6.2.3分析类型126

6.2.4载荷和约束126

6.2.5求解模型127

6.3飞机机翼模态分析127

6.3.1问题描述127

6.3.2启动Workbench并建立分析项目128

6.3.3导入几何体129

6.3.4添加材料库129

6.3.5修改模型材料属性131

6.3.6划分网格132

6.3.7施加固定约束133

6.3.8结果后处理（设置求解项）134

6.3.9求解并显示求解结果135

6.3.10保存与退出136

6.4风力发电机叶片预应力模态分析136

6.4.1打开结构静态分析136

6.4.2创建预应力模态分析项目137

6.4.3结果后处理138

6.4.4求解并显示求解结果139

6.4.5保存与退出141

6.5本章小结141

第7章谐响应分析142

7.1谐响应分析概述142

7.2谐响应分析流程143

7.2.1施加简谐载荷144

7.2.2求解方法145

7.2.3查看结果145

7.3连接转轴的谐响应分析146

7.3.1问题描述146

7.3.2Workbench基础操作146

7.3.3创建多体部件体及抑制体147

7.3.4网格参数设置148

7.3.5施加载荷与约束150

7.3.6设置求解选项152

7.3.7求解并显示求解结果152

7.3.8保存与退出155

7.4本章小结155

第8章响应谱分析156

8.1谱分析概述156

8.2响应谱分析流程156

8.3地震位移下的响应谱分析158

8.3.1问题描述158

8.3.2启动Workbench进入DM界面158

8.3.3创建模型159

8.3.4添加材料165

8.3.5为体添加材料166

8.3.6划分网格167

8.3.7施加固定约束169

8.3.8提取模态参数设置169

8.3.9查看模态分析结果170

8.3.10添加响应谱位移172

8.3.11提取响应谱分析结果172

8.3.12查看分析结果173

8.3.13保存与退出174

8.4本章小结175

第9章随机振动分析176

9.1随机振动分析概述176

9.2随机振动分析流程177

9.3梁板结构的随机振动分析178

9.3.1问题描述178

9.3.2启动Workbench并建立分析项目179

9.3.3修改模型179

9.3.4生成多体部件体183

9.3.5划分网格183

9.3.6施加固定约束185

9.3.7提取模态参数设置186

9.3.8查看模态分析结果187

9.3.9添加功率谱位移188

9.3.10提取随机振动的分析结果189

9.3.11查看随机振动的分析结果190

9.3.12保存与退出192

9.4本章小结192

第10章瞬态动力学分析193

10.1瞬态动力学分析概述193

10.2瞬态动力学分析流程193

10.2.1几何模型194

10.2.2时间步长195

10.2.3运动副195

10.2.4弹簧195

10.2.5阻尼196

10.2.6载荷和约束196

10.2.7后处理中查看结果196

10.3汽车主轴的瞬态动力学分析196

10.3.1问题描述196

10.3.2Workbench基础操作197

10.3.3为体添加材料特性197

10.3.4创建坐标系198

10.3.5划分网格199

10.3.6施加载荷与约束200

10.3.7设置求解选项201

10.3.8求解并显示求解结果204

10.3.9保存与退出207

10.4本章小结207

第11章显式动力学分析208

11.1显式动力学分析概述208

11.1.1显式算法与隐式算法的区别208

11.1.2ANSYS中的显式动力学模块209

11.2显式动力学分析流程209

11.3质量块冲击薄板的显式动力学分析210

11.3.1问题描述210

11.3.2启动Workbench并建立分析项目210

11.3.3建立几何模型211

11.3.4添加材料特性214

11.3.5添加模型材料属性216

11.3.6划分网格218

11.3.7施加载荷与约束220

11.3.8提取显式动力学分析结果221

11.3.9求解并显示求解结果222

11.3.10保存与退出225

11.4本章小结226

第12章热分析227

12.1传热概述227

12.1.1传热方式227

12.1.2热分析类型228

12.1.3非线性热分析229

12.1.4边界条件或初始条件229

12.2热分析流程229

12.2.1几何模型230

12.2.2实体接触230

12.2.3导热率231

12.2.4施加载荷232

12.2.5热边界条件232

12.2.6热应力分析232

12.2.7结果后处理233

12.3散热器的热分析234

12.3.1问题描述234

12.3.2启动Workbench并建立分析项目234

12.3.3导入几何体235

12.3.4添加材料库236

12.3.5添加模型材料属性238

12.3.6划分网格238

12.3.7施加载荷与约束239

12.3.8结果后处理（设置求解项）241

12.3.9求解并显示求解结果242

12.3.10热应变分析242

12.3.11保存文件244

12.3.12更改材料进行求解245

12.3.13保存并退出246

12.4本章小结246

第13章特征值屈曲分析247

13.1屈曲分析概述247

13.1.1关于欧拉屈曲247

13.1.2线性屈曲的计算248

13.1.3线性屈曲分析的特点249

13.2线性屈曲的分析过程249

13.2.1几何体和材料属性249

13.2.2接触区域250

13.2.3载荷与约束250

13.2.4屈曲设置250

13.2.5模型求解251

13.2.6结果检查252

13.3桁架结构的抗屈曲分析252

13.3.1问题描述252

13.3.2Workbench基础操作253

13.3.3创建多体部件体254

13.3.4网格参数设置255

13.3.5施加载荷与约束256

13.3.6设置求解选项257

13.3.7求解并显示求解结果258

13.3.8保存与退出260

13.4本章小结260

第14章结构非线性分析261

14.1结构非线性分析概述261

14.2结构非线性分析流程263

14.2.1超弹性材料264

14.2.2塑性材料266

14.3销轴的结构非线性分析270

14.3.1问题描述271

14.3.2启动Workbench并建立分析项目271

14.3.3创建几何体272

14.3.4添加模型材料属性277

14.3.5划分网格280

14.3.6求解载荷步数的设置282

14.3.7施加载荷与约束283

14.3.8结果后处理（设置求解项）284

14.3.9求解并显示求解结果286

14.3.10保存与退出290

14.4本章小结291

第15章接触问题分析292

15.1接触问题分析概述292

15.1.1罚函数法和增强拉格朗日法292

15.1.2拉格朗日乘数法293

15.1.3多点约束法293

15.2接触问题分析流程294

15.2.1接触刚度与渗透294

15.2.2接触类型295

15.2.3对称/非对称行为295

15.2.4施加摩擦接触296

15.2.5检查接触结果297

15.3轴承内外套的接触分析297

15.3.1问题描述297

15.3.2启动Workbench并建立分析项目297

15.3.3创建几何体298

15.3.4添加模型材料属性306

15.3.5设置接触选项308

15.3.6划分网格309

15.3.7施加载荷与约束311

15.3.8结果后处理（设置求解项）313

15.3.9求解并显示求解结果314

15.3.10保存与退出316

15.4本章小结316

第16章Workbench优化设计317

16.1DesignExploration概述317

16.1.1参数定义317

16.1.2设定优化方法317

16.1.3DesignExploration选项318

16.1.4DesignExploration特点318

16.1.5DesignExploration操作界面319

16.2DesignExploration优化设计基础320

16.2.1参数设置320

16.2.2响应曲面优化321

16.2.3响应曲面323

16.2.4实验设计324

16.2.5六西格玛分析326

16.3连接板的优化设计327

16.3.1问题描述328

16.3.2启动Workbench并建立分析项目328

16.3.3导入几何体328

16.3.4添加材料库330

16.3.5添加模型材料属性331

16.3.6划分网格332

16.3.7施加约束与载荷333

16.3.8结果后处理（设置求解项）335

16.3.9求解并显示求解结果336

16.3.10观察优化参数336

16.3.11响应曲面339

16.3.12观察新设计点的结果342

16.3.13保存与退出343

16.4本章小结343

第17章流体动力学分析344

17.1流体动力学基础344

17.1.1质量守恒方程344

17.1.2动量守恒方程344

17.1.3能量守恒方程345

17.1.4湍流模型345

17.2流体动力学的分析流程346

17.3基于Fluent的导弹流体动力学分析347

17.3.1案例介绍347

17.3.2启动Workbench并建立分析项目347

17.3.3导入几何体348

17.3.4划分网格350

17.3.5网格检查与处理352

17.3.6设置物理模型和材料354

17.3.7设置操作环境和边界条件355

17.3.8设置求解方法和控制参数356

17.3.9设置监视窗口和初始化356

17.3.10求解和退出359

17.3.11计算结果的后处理360

17.3.12保存与退出366

17.4本章小结366

第18章电磁场分析367

18.1电磁场基本理论367

18.1.1麦克斯韦方程组367

18.1.2电磁场微分方程368

18.1.3ANSYSWorkbench平台电磁分析369

18.1.4ANSYSMaxwell软件电磁分析370

18.2导体磁场计算371

18.2.1启动ANSYSElectronicsDesktop2016并建立分析项目371

18.2.2建立几何模型372

18.2.3设置求解域372

18.2.4定义材料属性372

18.2.5边界条件与激励374

18.2.6求解计算374

18.2.7图表显示376

18.2.8加载Maxwell工程文件377

18.2.9保存与退出377

18.3电感计算378

18.3.1启动Workbench并建立分析项目378

18.3.2建立几何模型378

18.3.3建立求解器及求解域379

18.3.4添加材料379

18.3.5网格划分380

18.3.6求解计算382

18.3.7保存与退出383

18.4本章小结383

第19章多物理场耦合分析384

19.1多物理场耦合分析概述384

19.2电磁热耦合分析385

19.2.1问题描述385

19.2.2软件启动与保存386

19.2.3建立电磁分析386

19.2.4建立几何模型388

19.2.5设置求解域390

19.2.6赋予材料属性390

19.2.7添加激励391

19.2.8添加分析步392

19.2.9模型检查与计算392

19.2.10后处理393

19.2.11创建数据共享394

19.2.12设定材料396

19.2.13划分网格397

19.2.14添加边界条件与映射激励398

19.2.15求解计算399

19.2.16后处理399

19.3本章小结400 2100433B

本书通过理论结合实践的讲解方式，全面、系统地介绍了ANSYSWorkbench17.0在有限元分析领域内的具体应用，涵盖了绝大部分用户需要使用的功能。本书按照从简单到复杂、从单场到多场分析的逻辑编排，每章均采用实例描述，内容完整且各章相对独立，是一本详细的ANSYSWorkbench参考书。

全书共19章，详细介绍了创建几何模型、网格划分、结果后处理等基本操作，同时也结合工程案例详细讲解了线性静态结构分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析、瞬态动力学分析、显式动力学分析、热分析、线性屈曲分析、结构非线性分析、接触问题分析、优化设计、流体动力学分析、电磁场分析及多物理场耦合分析等。

本书工程实例丰富、讲解详尽，内容安排循序渐进、深入浅出，适合不同基础的读者。本书适合理工院校土木工程、机械工程、力学、电气工程等相关专业的本科生、研究生及教师使用，同时也可作为工程技术人员从事工程研究的参考书。

本书分为8篇，共30章。第一篇ANSYS基础操作篇，包括有限元方法与ANSYS、工作平面、建模、模型的布尔运算、划分网格等；用实例阐述了ANSYS的前处理、后处理及时间历程后处理，还特别介绍了ANSYS中CAD模型的导入问题，包括各种典型的数据格式，以及ANSYS与当今流行的三维建模软件的接口实现。第二篇高级操作篇，包括自适应网格划分、子模型、单元死活、APDL与UIDL、优化设计；详细介绍了利用单元死活技术模拟焊接的应用。