ANSYS Workbench 19.0基础入门与工程实践

第 1章 初识ANSYS Workbench 19.0　1

1.1 模块简介　2

1.1.1 软件启动　2

1.1.2 外部模型接口　3

1.1.3 通用功能　4

1.1.4 拓扑优化　7

1.1.5 网格划分　7

1.1.6 动力学分析　7

1.1.7 接触功能　7

1.2 文件管理　8

1.2.1 文件类型　9

1.2.2 文件归档　10

1.3 项目新建　10

1.3.1 新建方法　10

1.3.2 项目保存　11

1.4 分析流程　12

1.5 实例操作　12

1.5.1 实例描述　12

1.5.2 几何建模　13

1.5.3 材料属性设置　13

1.5.4 网格划分　14

1.5.5 载荷及约束设置　14

1.5.6 模型求解　15

1.5.7 结果后处理　16

1.6 本章小结　17

第 2章 材料库介绍　18

2.1 认识材料库　19

2.2 材料库的操作　19

2.2.1 材料属性编辑　19

2.2.2 新建材料编辑　21

2.3 常用材料库数据　23

2.3.1 线性静力学分析　23

2.3.2 动力学分析　24

2.3.3 塑性变形分析　25

2.3.4 超弹性材料分析　25

2.3.5 热力学分析　25

2.3.6 显式动力学分析　26

2.4 本章小结　26

第3章 几何建模　27

3.1 认识DesignModeler　28

3.2 DM常用操作指南　28

3.2.1 开启界面　28

3.2.2 草图绘制　29

3.2.3 草图修改　32

3.2.4 特征建模　33

3.2.5 模型参数化　34

3.2.6 外部几何模型导入　37

3.2.7 高级操作　39

3.3 认识SpaceClaim　41

3.4 SCDM常用操作指南　41

3.4.1 开启界面　41

3.4.2 几何建模　42

3.4.3 模型编辑　46

3.5 建模应用举例　48

3.5.1 DM建模实例　48

3.5.2 SCDM建模实例　53

3.6 本章小结　56

第4章 网格划分　57

4.1 认识网格划分功能　58

4.2 常用网格类型　58

4.3 网格划分技术　59

4.3.1 扫掠法　59

4.3.2 四面体划分法　62

4.3.3 自动划分法　63

4.3.4 六面体主体法　63

4.3.5 多区域法　64

4.3.6 笛卡儿法　64

4.4 网格控制技术　65

4.4.1 全局网格控制　65

4.4.2 局部网格控制　66

4.4.3 网格质量检查　69

4.5 ICEM CFD 19.0网格划分简介　72

4.6 TurboGrid 19.0网格划分简介　74

4.7 本章小结　74

第5章 结果后处理　75

5.1 认识后处理的功能　76

5.2 后处理的常用操作　76

5.2.1 结果查看　76

5.2.2 显示方式　77

5.2.3 位移缩放　79

5.2.4 结果检测　80

5.2.5 图形表格创建　81

5.2.6 收敛性　84

5.2.7 图表输出　85

5.2.8 动画输出　86

5.3 本章小结　86

第6章 静力学分析　87

6.1 基本理论介绍　88

6.2 线性静力学分析实例——支架静力分析　88

6.2.1 问题描述　88

6.2.2 分析模型建模　89

6.2.3 材料属性设置　90

6.2.4 网格划分　91

6.2.5 载荷及约束设置　91

6.2.6 模型求解　93

6.2.7 结果后处理　94

6.3 线性静力学分析实例——口型梁静力分析　94

6.3.1 问题描述　95

6.3.2 分析模型建模　95

6.3.3 材料属性设置　97

6.3.4 网格划分　97

6.3.5 载荷及约束设置　98

6.3.6 模型求解　99

6.3.7 结果后处理　100

6.4 线性静力学分析实例——壳单元分析实例　101

6.4.1 问题描述　101

6.4.2 几何建模　101

6.4.3 材料属性设置　102

6.4.4 网格划分　102

6.4.5 载荷及约束设置　103

6.4.6 模型求解　103

6.4.7 结果后处理　103

6.4.8 实体模型计算结果对比　104

6.5 本章小结　106

第7章 接触分析　107

7.1 接触分析简介　108

7.1.1 点-点接触模型　108

7.1.2 点-面接触模型　108

7.1.3 面-面接触模型　109

7.2 接触类型介绍　109

7.3 接触分析实例——法兰盘连接　110

7.3.1 问题描述　110

7.3.2 几何建模　110

7.3.3 材料属性设置　111

7.3.4 接触设置　111

7.3.5 网格划分　112

7.3.6 载荷及约束设置　112

7.3.7 模型求解　113

7.3.8 结果后处理　113

7.4 接触分析实例——螺栓连接　114

7.4.1 问题描述　114

7.4.2 几何建模　114

7.4.3 材料属性设置　117

7.4.4 接触设置　118

7.4.5 网格划分　119

7.4.6 载荷及约束设置　119

7.4.7 模型求解　121

7.4.8 结果后处理　121

7.5 本章小结　123

第8章 模态分析　124

8.1 认识模态分析　125

8.2 自由模态分析实例——机床床身计算　126

8.2.1 问题描述　126

8.2.2 几何建模　126

8.2.3 材料属性设置　127

8.2.4 网格划分　128

8.2.5 模态求解设置　128

8.2.6 结果后处理　129

8.3 自由模态分析实例——变速箱箱体计算　130

8.3.1 问题描述　130

8.3.2 几何建模　130

8.3.3 材料属性设置　131

8.3.4 网格划分　131

8.3.5 模态求解设置　132

8.3.6 结果后处理　132

8.4 预应力模态分析实例——方板结构预应力模态分析　133

8.4.1 问题描述　133

8.4.2 几何建模　133

8.4.3 材料属性设置　134

8.4.4 网格划分　134

8.4.5 载荷及约束设置　135

8.4.6 模型求解　135

8.4.7 结果后处理　135

8.5 本章小结　136

第9章 谐响应分析　137

9.1 谐响应分析简介　138

9.2 谐响应分析求解方法　138

9.2.1 完整法　139

9.2.2 模态叠加法　139

9.3 谐响应分析实例——支撑面板谐响应分析　139

9.3.1 问题描述　139

9.3.2 几何建模　139

9.3.3 材料属性设置　140

9.3.4 网格划分　141

9.3.5 边界及谐波载荷设置　141

9.3.6 求解设置　141

9.3.7 模型求解　142

9.3.8 结果后处理　142

9.4 谐响应分析实例——电器控制柜谐响应分析　144

9.4.1 问题描述　144

9.4.2 几何建模　144

9.4.3 材料属性设置　145

9.4.4 网格划分　146

9.4.5 分析设置　146

9.4.6 模型求解　148

9.4.7 结果后处理　148

9.5 本章小结　150

第 10章 瞬态分析　151

10.1 瞬态分析简介　152

10.1.1 直接法　152

10.1.2 迭代法　152

10.2 瞬态分析实例——某回转结构瞬态分析　152

10.2.1 问题描述　153

10.2.2 几何建模　153

10.2.3 材料属性设置　154

10.2.4 网格划分　155

10.2.5 载荷及约束设置　155

10.2.6 求解设置　156

10.2.7 结果后处理　157

10.3 瞬态分析实例——单自由度滑块运动分析　158

10.3.1 问题描述　158

10.3.2 几何建模　158

10.3.3 材料属性设置　158

10.3.4 创建运动约束　158

10.3.5 网格划分　160

10.3.6 载荷设置　160

10.3.7 求解设置　161

10.3.8 结果后处理　162

10.4 本章小结　163

第 11章 响应谱分析　164

11.1 响应谱分析简介　165

11.1.1 单点响应谱　165

11.1.2 多点响应谱　166

11.2 响应谱分析实例——某桥架结构响应谱分析　166

11.2.1 问题描述　166

11.2.2 几何建模　167

11.2.3 材料属性设置　167

11.2.4 网格划分　168

11.2.5 模态求解设置　168

11.2.6 载荷谱加载　169

11.2.7 响应谱求解设置　170

11.2.8 结果后处理　170

11.3 响应谱分析实例——某驾驶室响应谱分析　171

11.3.1 问题描述　171

11.3.2 几何建模　171

11.3.3 材料属性设置　172

11.3.4 网格划分　172

11.3.5 模态求解设置　173

11.3.6 载荷谱加载　173

11.3.7 响应谱求解设置　174

11.3.8 结果后处理　174

11.4 本章小结　175

第 12章 随机振动分析　176

12.1 随机振动分析简介　177

12.2 随机振动分析实例——某转轴随机振动分析　177

12.2.1 问题描述　178

12.2.2 几何建模　178

12.2.3 材料属性设置　178

12.2.4 网格划分　179

12.2.5 模态求解设置　179

12.2.6 PSD载荷谱施加　180

12.2.7 求解计算　181

12.2.8 结果后处理　182

12.3 随机振动分析实例——某直升机机载设备随机振动分析　183

12.3.1 问题描述　183

12.3.2 几何建模　183

12.3.3 材料属性设置　184

12.3.4 网格划分　184

12.3.5 模态求解设置　184

12.3.6 PSD载荷谱施加　185

12.3.7 求解计算　186

12.3.8 结果后处理　186

12.4 本章小结　187

第 13章 显式动力学分析　188

13.1 显式动力学简介　189

13.2 显式动力学实例——子弹射击简单模拟　190

13.2.1 问题描述　190

13.2.2 几何建模　190

13.2.3 材料属性设置　190

13.2.4 接触设置　191

13.2.5 网格划分　191

13.2.6 边界及载荷施加　192

13.2.7 求解设置　193

13.2.8 结果后处理　193

13.3 显式动力学实例——跌落分析　194

13.3.1 问题描述　194

13.3.2 几何建模　195

13.3.3 材料属性设置　195

13.3.4 接触设置　197

13.3.5 网格划分　197

13.3.6 边界及载荷施加　197

13.3.7 求解设置　198

13.3.8 结果后处理　198

13.4 本章小结　199

第 14章 刚体动力学分析　200

14.1 刚体动力学简介　201

14.1.1 拉格朗日法　201

14.1.2 笛卡儿法　201

14.2 刚体动力学实例——压力机分析　202

14.2.1 问题描述　202

14.2.2 几何建模　202

14.2.3 材料属性设置　202

14.2.4 运动副设置　203

14.2.5 载荷及驱动设置　206

14.2.6 模型求解设置　207

14.2.7 结果后处理　207

14.3 刚体动力学实例——齿轮啮合分析　208

14.3.1 问题描述　208

14.3.2 几何建模　208

14.3.3 材料属性设置　209

14.3.4 运动副及接触创建　209

14.3.5 网格划分　210

14.3.6 载荷及驱动设置　211

14.3.7 模型求解设置　211

14.3.8 结果后处理　212

14.4 本章小结　212

第 15章 刚柔耦合分析　213

15.1 刚柔耦合分析简介　214

15.2 刚柔耦合分析实例——曲柄滑块机构分析　214

15.2.1 问题描述　215

15.2.2 几何建模　215

15.2.3 材料属性设置　215

15.2.4 运动副设置　216

15.2.5 网格划分　217

15.2.6 载荷及驱动设置　218

15.2.7 模型求解设置　218

15.2.8 结果后处理　219

15.3 刚柔耦合分析实例——挖掘机斗杆分析　219

15.3.1 问题描述　219

15.3.2 几何建模　220

15.3.3 材料属性设置　220

15.3.4 运动副设置　221

15.3.5 载荷及驱动设置　223

15.3.6 网格划分　224

15.3.7 模型求解设置　225

15.3.8 结果后处理　225

15.4 本章小结　226

第 16章 线性屈曲分析　227

16.1 线性屈曲分析简介　228

16.2 线性屈曲分析实例——变截面压杆屈曲分析　229

16.2.1 问题描述　229

16.2.2 几何建模　229

16.2.3 材料属性设置　231

16.2.4 网格划分　231

16.2.5 载荷及约束设置　231

16.2.6 静力学求解　232

16.2.7 屈曲分析　232

16.2.8 结果后处理　233

16.3 线性屈曲分析实例——真空管道屈曲分析　233

16.3.1 问题描述　233

16.3.2 几何建模　234

16.3.3 材料属性设置　234

16.3.4 网格划分　235

16.3.5 载荷及约束设置　235

16.3.6 静力学求解　237

16.3.7 屈曲分析　237

16.3.8 结果后处理　237

16.4 本章小结　237

第 17章 疲劳分析　238

17.1 疲劳分析简介　239

17.2 疲劳分析实例——某叉车货叉疲劳寿命分析　241

17.2.1 问题描述　241

17.2.2 几何建模　241

17.2.3 材料属性设置　241

17.2.4 网格划分　242

17.2.5 载荷及约束设置　242

17.2.6 静力求解　243

17.2.7 疲劳求解　243

17.2.8 结果后处理　244

17.3 疲劳分析实例——发动机连杆疲劳强度分析　245

17.3.1 问题描述　245

17.3.2 几何建模　245

17.3.3 材料属性设置　245

17.3.4 网格划分　246

17.3.5 载荷及约束设置　247

17.3.6 静力求解　248

17.3.7 疲劳求解　248

17.3.8 结果后处理　249

17.4 本章小结　250

第 18章 子模型分析　251

18.1 子模型分析简介　252

18.2 子模型分析实例——直角支撑结构应力分析　253

18.2.1 问题描述　253

18.2.2 几何建模　253

18.2.3 材料属性设置　255

18.2.4 整体模型网格划分　255

18.2.5 整体模型边界及载荷设置　256

18.2.6 子模型网格划分　256

18.2.7 子模型边界设置　256

18.2.8 子模型结果后处理　257

18.2.9 子模型边界验证　258

18.3 子模型分析实例——凹槽板子模型分析　259

18.3.1 问题描述　259

18.3.2 几何建模　260

18.3.3 材料属性设置　261

18.3.4 整体模型网格划分　261

18.3.5 整体模型边界及载荷设置　262

18.3.6 整体模型求解　262

18.3.7 子模型网格划分　262

18.3.8 子模型边界设置　263

18.3.9 子模型结果后处理　263

18.3.10 子模型边界验证　264

18.4 本章小结　264

第 19章 热分析　265

19.1 热分析简介　266

19.2 热分析实例——水杯稳态热分析　267

19.2.1 问题描述　267

19.2.2 几何建模　267

19.2.3 材料属性设置　269

19.2.4 网格划分　269

19.2.5 载荷及约束设置　270

19.2.6 模型求解　270

19.2.7 结果后处理　270

19.3 热分析实例——散热片瞬态热分析　271

19.3.1 问题描述　271

19.3.2 几何建模　272

19.3.3 材料属性设置　273

19.3.4 网格划分　274

19.3.5 载荷及约束设置　274

19.3.6 模型求解　275

19.3.7 结果后处理　275

19.4 本章小结　276

第 20章 热-力耦合分析　277

20.1 热-力耦合分析简介　278

20.2 热-力耦合分析实例——固支梁热应力分析　279

20.2.1 问题描述　279

20.2.2 几何建模　280

20.2.3 材料属性设置　280

20.2.4 网格划分　280

20.2.5 瞬态传热分析　281

20.2.6 热应力分析　281

20.2.7 结果后处理　281

20.3 热-力耦合分析实例——活塞热机耦合分析　282

20.3.1 问题描述　282

20.3.2 几何建模　283

20.3.3 材料属性设置　283

20.3.4 网格划分　285

20.3.5 稳态传热分析　285

20.3.6 热-力耦合分析　286

20.3.7 结果后处理　289

20.4 本章小结　289

第 21章 电磁场分析　290

21.1 电磁场分析简介　291

21.2 电磁场分析实例——条形磁性体磁场分析　293

21.2.1 问题描述　293

21.2.2 几何建模　293

21.2.3 材料属性设置　295

21.2.4 创建变量　296

21.2.5 网格划分　296

21.2.6 载荷及边界设置　297

21.2.7 结果后处理　297

21.3 电磁场分析实例——通电线圈磁场分布　298

21.3.1 问题描述　298

21.3.2 几何建模　299

21.3.3 材料属性设置　300

21.3.4 创建变量　300

21.3.5 网格划分　301

21.3.6 电流输入及边界设置　301

21.3.7 结果后处理　302

21.4 本章小结　304

第 22章 优化设计　305

22.1 优化设计简介　306

22.1.1 优化设计的基本概念　306

22.1.2 优化设计的一般表达式　306

22.1.3 优化设计分类　306

22.1.4 其他概念　307

22.2 优化设计实例——某定位基座拓扑优化设计　307

22.2.1 问题描述　308

22.2.2 几何建模　308

22.2.3 材料属性设置　308

22.2.4 网格划分　309

22.2.5 载荷及约束设置　309

22.2.6 模型求解　310

22.2.7 结果后处理　310

22.2.8 结果验算　310

22.3 优化设计实例——固定支架优化设计　311

22.3.1 问题描述　311

22.3.2 几何建模　312

22.3.3 材料属性设置　313

22.3.4 网格划分　314

22.3.5 静力学分析　314

22.3.6 拓扑优化　315

22.3.7 尺寸优化　316

22.3.8 结果后处理　320

22.4 本章小结　321

第 23章 流体力学分析　322

23.1 流体力学简介　323

23.1.1 流体静力学　323

23.1.2 流体动力学　323

23.1.3 WB 19.0流体仿真简介　324

23.2 流体力学分析实例——简易汽车流场分析　324

23.2.1 问题描述　325

23.2.2 几何建模　325

23.2.3 网格划分　326

23.2.4 边界组设置　327

23.2.5 CFX求解设置　328

23.2.6 模型求解　329

23.2.7 结果后处理　329

23.3 流体力学分析实例——高速列车流场分析　331

23.3.1 问题描述　332

23.3.2 几何建模　332

23.3.3 网格划分　332

23.3.4 边界组设置　333

23.3.5 Fluent求解设置　334

23.3.6 结果后处理　336

23.4 本章小结　337

第 24章 流固耦合分析　338

24.1 流固耦合简介　339

24.1.1 流体控制方程　339

24.1.2 固体控制方程　339

24.1.3 流固耦合方程　339

24.1.4 流固耦合仿真流程　340

24.2 流固耦合分析实例——收缩喷管流固耦合分析　340

24.2.1 问题描述　341

24.2.2 几何建模　341

24.2.3 流体网格划分　341

24.2.4 流体求解设置　342

24.2.5 流体结果后处理　344

24.2.6 结构场求解设置　344

24.2.7 结构场结果后处理　346

24.3 流固耦合分析实例——排气管道流固耦合分析　347

24.3.1 问题描述　347

24.3.2 几何建模　347

24.3.3 流体网格划分　347

24.3.4 流体求解设置　348

24.3.5 流体结果后处理　351

24.3.6 结构场求解设置　352

24.3.7 结构场结果后处理　353

24.4 本章小结　353

参考文献　3542100433B

本书基于Workbench 19.0有限元仿真平台进行讲解。首先介绍软件的基本使用和操作方法，然后通过具体实例分析，详细介绍软件平台的每一个功能模块的理论基础和使用方法。通过对每个操作步骤的具体说明，为读者轻松入门和掌握最新版本的软件使用提供有效的指导。

本书分为24章，涵盖软件通用功能的介绍，如几何建模、网格划分以及结果后处理等方面内容，同时包括静力学分析、模态分析、谐响应分析、随机振动分析、屈曲分析、热力学分析、电磁场仿真以及流体力学分析等诸多领域的仿真讲解，对仿真平台进行了系统的介绍。

本书通俗易懂、案例丰富，与工程实际紧密贴合，特别适合有志于从事CAE仿真领域的学生、工程技术研发人员和科研人员。另外，本书也适合其他对有限元仿真感兴趣的技术人员。

第1章ANSYS Workbench基础1

1.1 ANSYS Workbench概述1

1.2 ANSYS Workbench14.0平台2

1.2.1 ANSYS Workbench14.0的启动方式2

1.2.2 ANSYS Workbench14.0界面2

1.2.3 Workbench14.0应用程序类型6

1.2.4 ANSYS Workbench14.0产品分析流程7

1.2.5使用Workbench功能10

1.3 ANSYS 14.0安装和配置11

1.3.1 ANSYS14.0主程序安装11

1.3.2 ANSYS14.0许可配置安装16

1.3.3 ANSYS14.0并行处理平台安装21

1.3.4 ANSYS14.0数据管理平台安装22

1.3.5 Workbench14.0运行环境配置22

1.4 Workbench14.0工作目录、文件及格式23

1.4.1设置Workbench14.0工作目录23

1.4.2 ANSYS Workbench14.0文件管理24

1.4.3 ANSYS Workbench14.0文件格式24

1.5应用CAE仿真技术需注意的事项27

本章小结28

第2章几何草绘29

2.1 DesignModeler用户界面29

2.1.1进入DesignModeler用户界面29

2.1.2 DesignModeler界面介绍29

2.1.3 DesignModeler窗口管理33

2.2绘制2D草图34

2.3模型导入与导出39

2.4Workbench14.0草图绘制工程实例40

2.4.1工程实例1：绘制轴40

2.4.2工程实例2：绘制底座44

本章小结47

第3章三维几何建模48

3.1 Design Modeler体和零件48

3.2 Design Modeler特征体49

3.3编辑特征体52

3.4概念建模56

3.5参数化建模57

3.6高级3D几何工具59

3.7 Workbench14.0三维建模工程实例62

3.7.1工程实例1：概念建模创建加固梁62

3.7.2工程实例2：参数化建模创建滑轮65

本章小结71

第4章网格划分72

4.1网格划分平台概述72

4.2基于ANSYS Meshing的网格划分方法及流程72

4.2.1网格划分方法72

4.2.2网格划分流程75

4.3全局网格控制76

4.4局部网格控制78

4.5 ICEM CFD网格81

4.6涡轮机械网格划分84

4.6.1 ANSYS TurboGrid环境介绍84

4.6.2 TurboGrid功能工具86

4.7 Workbench14.0网格划分工程实例89

4.7.1工程实例1：ANSYS Meshing机床模型网格划分89

4.7.2工程实例2：ICEM CFD股骨网格划分91

4.7.3工程实例3：TurboGrid涡轮模型网格划分98

本章小结100

第5章结构线性静力分析101

5.1结构静力分析基础101

5.2结构静力分析前处理102

5.2.1结构静力分析界面102

5.2.2材料属性103

5.2.3几何模型103

5.2.4坐标系105

5.2.5连接关系106

5.2.6网格划分108

5.2.7分析设置108

5.2.8惯性载荷110

5.2.9结构载荷110

5.2.10支撑约束111

5.2.11条件关系112

5.3结构静力分析后处理112

5.3.1求解选项112

5.3.2结果后处理112

5.4Workbench 14.0结构静力分析工程实例116

5.4.1工程实例1：某起重机结构静力分析116

5.4.2工程实例2：某型燃气轮机机座静力分析121

本章小结126

第6章结构非线性分析127

6.1非线性分析环境与分类127

6.2接触非线性127

6.2.1接触设置127

6.2.2接触工具129

6.3几何非线性130

6.3.1网格控制130

6.3.2大变形130

6.4材料非线性130

6.4.1塑性材料131

6.4.2超弹性材料133

6.5非线性诊断135

6.5.1非线性收敛诊断135

6.5.2非线性诊断总结136

6.6Workbench 14.0结构非线性分析工程实例136

6.6.1工程实例1：某型片弹簧非线性大变形分析136

6.6.2工程实例2：某型管夹具螺栓预紧非线性接触分析141

本章小结150

第7章结构动力学分析151

7.1动力学分析基础151

7.2模态分析基础152

7.2.1模态分析理论基础153

7.2.2 Workbench模态分析流程153

7.3谐响应分析基础156

7.3.1谐响应分析基本理论157

7.3.2 Workbench谐响应分析流程157

7.4响应谱分析基础160

7.4.1响应谱分析基础160

7.4.2 Workbench响应谱分析流程160

7.5随机振动分析基础162

7.5.1随机振动分析基础162

7.5.2 Workbench随机振动分析流程163

7.6瞬态动力学分析基础164

7.6.1瞬态动力学分析基础164

7.6.2 Workbench瞬态动力学分析流程164

7.7Workbench 14.0结构动力分析工程实例167

7.7.1工程实例1：某机床珐琅振动模态分析167

7.7.2工程实例2：某斜拉桥预应力模态分析171

7.7.3工程实例3：某S型金属波纹管膜片谐响应分析177

7.7.4工程实例4：某斜拉桥频谱分析182

7.7.5工程实例5：某电线塔随机振动分析184

7.7.6工程实例6：某主轴的瞬态动力学分析188

本章小结194

第8章显式动力学分析195

8.1 ANSYS显式动力学分析概述195

8.2 AUTODYN199

8.3 Workbench 14.0显式动力学分析工程实例201

8.3.1工程实例1：圆柱体撞击刚性墙201

8.3.2工程实例2：子弹冲击带铝板内衬的陶瓷装甲206

8.4本章小结217

第9章热力学分析218

9.1传热学基础218

9.2 ANSYS Workbench 14.0热分析220

9.3 Workbench 14.0热力学工程实例228

9.3.1工程实例1：飞机双层窗导热分析228

9.3.2工程实例2：发动机支架热应力分析231

9.3.3工程实例3：晶体管瞬态热分析236

本章小结242

第10章流体动力学分析Ⅰ（ANSYS CFX）243

10.1 CFX概述243

10.2 CFX前处理245

10.3 CFX-Solver求解设置256

10.3.1定义模拟计算256

10.3.2求解工作界面257

10.4 CFX-Post后处理260

10.5 ANSYS CFX14.0工程实例分析264

10.5.1工程实例1：某风洞整流器流体力学分析264

10.5.2工程实例2：某离心泵流体力学分析272

本章小结283

第11章流体动力学分析Ⅱ（ANSYS FLUENT）284

11.1 FLUENT概述284

11.2 ANSYS FLUENT环境界面285

11.3 FLUENT问题设置288

11.4求解设置294

11.5 FLUENT后处理295

11.6 ANSYS FLUENT14.0流体力学分析工程实例298

11.6.1工程实例1：二维瞬态流体力学分析298

11.6.2工程实例2：黏性流体在三维管道的流动分析306

本章小结315

第12章优化设计316

12.1 Design Explorer 316

12.2实验设计319

12.3响应曲面320

12.4目标驱动优化323

12.5相关参数326

12.6六西格玛分析328

12.7 Workbench 14.0优化设计分析工程实例329

12.7.1工程实例1：某支撑构件肋板的多目标优化329

12.7.2工程实例2：某中央铁块的流固耦合及多目标驱动优化339

12.8本章小结351

参考文献3522100433B

本书以ANSYS Workbench 14.0为基础，集ANSYS软件的使用技巧和实际工程应用于一体，包含固体分析、流体分析和优化设计三大部分内容，共12章。

本书着重介绍ANSYS Workbench平台基础、几何建模基础方法与实例、ANSYS网格划分（包括Workbench统一网格划分平台、TurboGrid划分网格和ICEM CFD网格划分）、结构静学力分析、结构动力学分析、显式动力学分析（包括ANSYS Explicit Dynamics和ANSYS AUTODYN）、热力学分析、CFX/FLUENT流体动力学分析和优化设计等知识。作为一本系统介绍CAE分析与工程应用的书籍，全书涵盖了ANSYS Workbench14.0的新功能及工程应用实例。

本书内容适合机械工程、土木工程、水利水电、能源动力、电子通信、工程力学、航空航天等领域。既可以作为工科类专业的本科生、研究生和教师的教学用书及参考书，也可供相关领域从事产品设计、仿真和优化的工程技术人员及广大CAE爱好者参考。

第1章 ANSYS Workbench基础知识 1

1.1　ANSYS Workbench概述 1

1.1.1　ANSYS Workbench的特点 1

1.1.2　ANSYS Workbench的启动方法 2

1.1.3　ANSYS Workbench的用户界面 2

1.1.4　ANSYS Workbench的应用方式 6

1.2　ANSYS Workbench项目管理 8

1.2.1　项目组成 8

1.2.2　项目操作 8

1.3　ANSYS Workbench文件管理 10

1.4　ANSYS Workbench入门实例—悬臂梁 11

1.4.1　问题描述及解析解 11

1.4.2　分析步骤 11

第2章 工程数据 16

2.1　Engineering Data界面 16

2.2　材料属性常用操作 18

第3章 几何模型创建 21

3.1　DesignModeler概述 21

3.1.1　DesignModeler的用户界面及使用方法 21

3.1.2　DesignModeler的基本操作 23

3.2　2D草图绘制 25

3.2.1　创建新平面 25

3.2.2　创建新草图 26

3.2.3　绘制2D图形 26

3.2.4　草图投影和草图援引 29

3.3　3D几何体创建 30

3.3.1　3D几何体基础 30

3.3.2　3D特征 31

3.3.3　高级几何体操作 34

3.4　概念建模 37

3.4.1　线体 38

3.4.2　面体 39

3.5　复杂几何体的创建实例—相交圆柱体 40

3.5.1　相交圆柱体的视图 40

3.5.2　创建步骤 40

3.6　复杂几何体的创建实例—螺栓 48

3.6.1　螺栓的视图 48

3.6.2　创建步骤 48

3.7　参数化建模实例—斜齿圆柱齿轮的创建 56

3.7.1　参数化建模基础 56

3.7.2　问题描述 59

3.7.3　创建步骤 59

第4章 网格划分 67

4.1　网格划分方法 67

4.1.1　针对3D几何体的方法 68

4.1.2　针对2D几何体的方法 69

4.2　网格划分整体控制 69

4.3　局部网格控制 73

4.4　网格划分实例 73

4.4.1　四面体单元及六面体单元为主划分法实例—轴 73

4.4.2　扫略划分网格实例—斜齿圆柱齿轮 76

4.4.3　多区划分网格实例—支座 77

4.4.4　将有限元模型导出到经典ANSYS中 79

第5章 线性结构静力学分析 81

5.1　Mechanical概述 81

5.1.1 Mechanical的用户界面及使用 81

5.1.2　Mechanical分析步骤 86

5.1.3　Mechanical通用前处理 87

5.1.4　分析设置（Analysis Settings） 89

5.1.5　边界条件 91

5.1.6　结果后处理 93

5.1.7　结构静力学分析简介 96

5.2　平面问题的求解实例—厚壁圆筒问题 96

5.2.1　平面问题 96

5.2.2　对称性 97

5.2.3　问题描述及解析解 97

5.2.4　分析步骤 97

5.3　静力学问题的求解实例—扳手的受力分析 106

5.3.1　问题描述 106

5.3.2　分析步骤 106

5.4　概念建模及静力学问题的求解实例—水杯变形分析 112

5.4.1　问题描述 112

5.4.2　分析步骤 112

5.5　复杂问题的求解实例—液压支架顶梁刚度和强度分析 119

5.5.1　问题描述 119

5.5.2　分析步骤 120

第6章 结构动力学分析 126

6.1　概述 126

6.2　模态分析 127

6.2.1　模态分析基础 127

6.2.2　模态分析步骤 127

6.2.3　模态分析特点 127

6.2.4　模态分析实例—均匀直杆的固有频率分析 128

6.2.5　模态分析实例—齿轮的固有频率分析 133

6.2.6　带预应力的模态分析实例—弦的横向振动研究 139

6.2.7　循环对称结构的模态分析实例—转子的固有频率分析 147

6.3　谐响应分析 155

6.3.1　概述 155

6.3.2　谐响应分析实例—横梁 156

6.4　结构瞬态动力学分析 164

6.4.1　结构瞬态动力学分析概述 164

6.4.2　瞬态动力学分析步骤 164

6.4.3　瞬态动力学分析特点 165

6.4.4　瞬态动力学分析实例—凸轮从动件运动分析 167

6.5　响应谱分析 174

6.5.1　概述 174

6.5.2　响应谱分析步骤 175

6.5.3　响应谱分析实例—地震谱作用下的结构响应分析 176

第7章 结构非线性分析 186

7.1　非线性分析的基本概念 186

7.1.1　概述 186

7.1.2　非线性有限元方程的求解方法 187

7.1.3　非线性分析的特性 188

7.2　几何非线性分析 189

7.2.1　几何非线性概述 189

7.2.2　应力和应变 190

7.2.3　几何非线性分析的注意事项 190

7.2.4　结构非线性分析实例—盘形弹簧载荷和变形关系分析 190

7.2.5　屈曲分析 197

7.2.6　特征值屈曲分析实例—压杆稳定性问题 200

7.2.7　非线性屈曲分析实例—悬臂梁 208

7.3　材料非线性分析 216

7.3.1　材料非线性概述 216

7.3.2　塑性力学的基本法则 217

7.3.3　输入材料数据 218

7.3.4　材料非线性分析实例—自增强厚壁圆筒承载能力研究 219

7.4　状态非线性分析 230

7.4.1　接触概述 230

7.4.2　接触算法 231

7.4.3　接触选项 231

7.4.4　接触分析实例—平行圆柱体承受法向载荷时的接触应力分析 233

7.4.5　接触分析实例—过盈配合连接与组合厚壁圆筒 243

7.4.6　接触分析实例—斜齿圆柱齿轮传动分析 254

7.4.7　利用MPC技术对3D实体-面体进行连接实例—简支梁 261

第8章 综合应用 272

8.1　热应力计算 272

8.1.1　热分析概述 272

8.1.2　稳态热分析和热应力计算步骤 273

8.1.3　瞬态热分析和热应力计算步骤 275

8.1.4　稳态热分析和热应力计算实例—液体管路 276

8.1.5　瞬态热分析和热应力计算实例—零件淬火 283

8.2　显式动力学分析 291

8.2.1　显式动力学分析概述 291

8.2.2　显式动力学分析实例—弹丸冲击钢板 292

8.3　疲劳强度计算 297

8.3.1　疲劳概述 297

8.3.2　恒定振幅、比例载荷情况下的疲劳分析步骤 298

8.3.3　恒定振幅、比例载荷情况下疲劳强度计算实例—受压带圆孔薄板 301

8.4　刚体动力学分析 308

8.4.1　刚体动力学分析概述 308

8.4.2　刚体动力学分析实例—曲柄滑块机构的运动分析 310

8.5　结构优化分析 317

8.5.1　优化设计基本原理 317

8.5.2　结构优化设计类型 317

8.5.3　Design Exploration概述 317

8.5.4　操作步骤 319

8.5.5　响应曲面优化实例—变截面梁的优化设计 319

8.5.6　直接优化设计实例—液压支架四连杆机构尺寸优化 330

8.6　螺栓联接的受力分析 335

8.6.1　承受预紧力和工作载荷的紧螺栓联接 335

8.6.2　螺栓预紧载荷（Bolt Pretension） 336

8.6.3　带预紧力的螺栓联接的有限元分析 336

附录 345

参考文献 3482100433B