ANSYS Workbench结构工程高级应用

《ANSYS Workbench结构工程高级应用》以ANSYS Workbench15.0 Mechanical机械设计模块为基础，对自学时所需要的有关知识和经验技巧进行了全面深刻的讲解。全书共分五部分：第一部分3个案例，讲解软件基本操作流程；第二部分讲解深入学习所需要了解的基础理论知识；第三部分利用14个经典案例详细讲解各主要模块的用法，在每个案例中介绍了多个实用技巧和使用经验与感悟；第四部分介绍根据性能和预算需求选配合适有限元分析的高性能计算机专题；第五部分介绍了218个牌号金属材料线弹性物理属性汇总表专题。

前言

第1章 电梯框架静力学分析案例

1.1 案例介绍

1.2 分析流程

第2章 CPU散热器热分析案例

2.1 案例介绍

2.2 分析流程

第3章 框架模态分析案例

3.1 案例介绍

3.2 分析流程

第4章 有限元单元法概述

4.1 常用数值解法

4.2 有限元法的起源和发展

4.3 有限元法的用途

4.4 有限元法的优势

4.5 数值分析的发展与用途

4.6 有限元分析的实现

4.6.1 分析模型的组成

4.6.2 单元及其特征

4.6.3 刚度矩阵的性质

4.6.4 边界条件的处理与支座反力的计算

4.6.5 单元节点编号与存储带宽

4.6.6 误差处理及控制

4.6.7 线弹性力学的变分原理

4.7 有限元程序的结构及特点

4.7.1 自动与半自动网格生成方法的综合分类

4.7.2 网格自适应细分与后验误差估计

第5章 材料力学理论基础-

5.1 概述

5.2 变形体

5.3 弹性力学的基本假设

5.4 金属材料的力学性能

5.4.1 弹性模量的概念与性质

5.4.2 弹性比功

5.4.3 弹性的不完整性

5.4.4 弹性滞后和循环韧性

5.4.5 塑性变形

5.5 强度理论

第6章 传热学、流体力学及热应力计算理论基础

6.1 对流传热

6.2 导热传热

6.3 辐射传热

6.4 传热问题的有限元分析式

6.4.1 热应力的计算

6.4.2 热应力问题的有限元分析列式

第7章 动力学分析基础知识

7.1 动力学问题的产生

7.2 振动的分类

7.2.1 特殊的“地面共振”现象

7.2.2 振动对人体的影响

7.3 结构特征值的提取

7.3.1 问题的产生

7.3.2 特征值求解器的比较

7.3.3 频率输出

7.4 模态叠加法

7.4.1 基本概念

7.4.2 适用范围

7.5 阻尼

7.5.1 引言

7.5.2 定义阻尼

7.5.3 阻尼的选择

7.6 稳态动力学分析-

7.6.1 稳态动力学分析简介

7.6.2 反应谱分析的基本理论与方法

7.6.3 随机振动及其特性

7.7 瞬态动力学分析

7.7.1 瞬态动力学分析的预备工作

7.7.2 瞬态动力学分析的关键技术细节

7.8 屈曲分析

7.8.1 结构稳定性概述

7.8.2 物理现象

7.8.3 力学描述

7.8.4 失稳的分类

第8章 接触问题

8.1 接触行为

8.2 接触算法

8.2.1 增广拉格朗日法

8.2.2 纯罚函数法

8.2.3 多点约束法

8.2.4 纯拉格朗日法

8.3 迭代计算的收敛性控制

8.4 接触摩擦

8.5 接触刚度

8.6 接触容差

8.7 Pinball区域

8.8 其他常用的接触方式及设置

8.8.1 刚一柔接触

8.8.2 螺栓预紧连接

8.8.3 点焊结构分析

8.8.4 接触裁剪功能

8.8.5 对称与非对称接触

8.8.6 接触分析中可插入的命令

8.9 接触时间步控制

8.10 接触热分析

8.1l 接触分析后处理

第9章 冷却塔设计优化案例

9.1 案例介绍

9.2 分析流程

第10章 空调响应谱分析案例

10.1 案例介绍

10.2 分析流程

第11章 核电空调随机振动分析案例

11.1 案例介绍

11.2 分析流程

第12章 风机桥架谐响应分析案例

12.1 案例介绍

12.2 分析流程

第13章 网格无关解案例

13.1 案例介绍

13.2 分析流程

第14章 发动机叶片周期扩展分析案例

14.1 案例介绍

14.2 分析流程-

第15章 性能试验台子模型技术案例

15.1 案例介绍

15.2 分析流程

第16章 设计助手案例

16.1 案例介绍

16.2 分析流程

第17章 等强度梁优化设计分析案例

17.1 案例介绍

17.2 分析流程

第18章 等强度梁形状优化分析案例

18.1 案例介绍

18.2 分析流程

第19章 压力容器静力学分析案例

19.1 案例介绍

19.2 分析流程

第20章 压力容器弹塑性分析案例

20.1 案例介绍

20.2 分析流程

第21章 钢结构立柱线性屈曲分析案例

21.1 案例介绍

21.2 分析流程

第22章 排气管道非线性屈曲分析案例

22.1 案例介绍

22.2 分析流程

第23章 螺纹接触分析案例

23.1 案例介绍

23.2 分析流程

第24章 热-结构耦合分析案例

24.1 案例介绍

24.2 分析流程

第25章 内存

25.1 内存容量

25.2 运行频率与通道数

25.3 ECC功能

25.3.1 ECC纠错算法

25.3.2 ECC内存认识误区

25.4 品牌

第26章 硬盘

26.1 固态硬盘简介

26.2 固态硬盘的性能优点

26.3 墨菲法则

26.4 固态硬盘的缺点

26.5 新固态硬盘的基本设置

26.6 固态硬盘读写性能高的原因

26.7 影响固态硬盘性能的主要方面

第27章 处理器

27.1 摩尔定律

27.2 CPU散热器的选择

27.3 CPU的制造

27.4 14款处理器的性能测试成绩

27.5 CPU品牌选择

27.5.1 浮点运算能力

27.5.2 内存性能

27.6 许可证对核心数量的限制

27.7 超线程技术

27.8 XEON处理器的命名体系和产品线

第28章 主板

28.1 单路主板

28.2 双路主板

28.3 四路主板

第29章 GPU及XEON Phi

29.1 GPU通用计算

29.2 多核计算的发展

29.3 CPU多核并行

29.4 CPU GPU异构并行

29.5 GPU渲染流水线

29.6 Nvidia GPU简介

29.7 CUDA开发

29.8 图形显卡概览

29.9 CUDA程序优化概述

第30章 笔者亲自测试的数据

30.1 内存的专项测试数据

30.2 硬盘的专项测试数据

30.3 CPU的专项测试数据

30.4 三款计算机Solidworks性能专项测试数据

第31章 HP公司Z820工作站的测试结果

附录 金属材料线弹性物理属性汇总表

参考文献 2100433B

《ANSYS Workbench结构工程高级应用》作者长期从事ANSYS Workbench结构工程的研究与应用工作，对该软件功能、特色和应用领域了解通透，经验丰富，编写了多本ANSYS应用图书，内容新颖、技术超前、案例经典，深受广大读者的喜爱。

第1章 ANSYS Workbench 14.0概述

1.1 ANSYS软件简介

1.2 ANSYS Workbench 14.0模块

1.3 ANSYS Workbench 14.0与Pro/ECreo软件集成设置

1.4 ANSYS Workbench 14.几何建模

1.5 ANSYS Workbench 14.0网格划分工具

1.6 ANSYS Workbench 14.0其他网格划分工具

1.7 本章小结

第2章 结构静力学分析及实例详解

2.1 线性静力分析简介

2.2 项目案例1——实体静力分析

2.3 项目案例2——梁单元线性静力分析

2.4 项目案例3——曲面实体静力分析

2.5 项目案例4——支承座静态结构分析

2.6 本章小结

第3章 模态分析及实例详解

3.1 模态分析简介

3.2 项目案例1——机箱模态分析

3.3 项目案例2——有预应力模态分析

3.4 项目案例3——制动鼓模态分析

3.5 本章小结

第4章 谐响应分析及实例详解

4.1 谐响应分析简介

4.2 项目案例1——机箱谐响应分析

4.3 项目案例2——齿轮箱谐响应分析

4.4 项目案例3——丝杆谐响应分析

4.5 本章小结

第5章 响应谱分析及实例详解

5.1 响应谱分析简介

5.2 项目案例1——塔架响应谱分析

5.3 项目案例2——计算机机箱响应谱分析

5.4 本章小结

第6章 瞬态动力学分析及实例详解

6.1 瞬态动力学分析简介

6.2 项目案例1——实体梁瞬态动

6.3 项目案例2——弹簧瞬态动力学分析

6.4 本章小结

第7章 随机振动分析及实例详解

7.1 随机振动分析简介

7.2 项目案例1——随机振动学分析

7.3 项目案例2——弹簧随机振动分析

7.4 本章小结

第8章 显示动力学分析及实例详解

8.1 显示动力学分析简介

8.2 项目案例1——钢钉受力显示动力学分析

8.3 项目案例2——钢板成型显示动力学分析

8.4 本章小结

第9章 结构非线性分析及实例详解

9.1 结构非线性分析简介

9.2 项目案例——接触大变形分析

9.3 本章小结

第10章 接触分析及实例详解

10.1 接触分析简介

10.2 项目案例1——虎钳接触分析

10.3 项目案例2——装配体接触分析

10.4 本章小结

第11章 线性屈曲分析及实例详解

11.1 线性屈曲分析简介

11.2 项目案例1——钢管屈曲分析

11.3 项目案例2——金属容器屈曲分析

11.4 项目案例3——工字梁屈曲分析

11.5 本章小结

第12章 热力学分析及实例详解

12.1 热力学分析简介

12.2 项目案例1——稳态热分析实例

12.3 项目案例2——杯子瞬态热学分析

12.4 本章小结

第13章 疲劳分析及实例详解

13.1 疲劳分析简介

13.2 项目案例——椅子疲劳分析

13.3 本章小结

第14章 流体动力学分析及实例详解

14.1 流体动力学分析简介

14.1.1 流体动力学分析

14.1.2 基本控制方程

14.2 项目案例1——三通流体动力学分析

14.3 项目案例2——叶轮外流场分析

14.4 本章小结

第15章 Workbench耦合场分析及实例详解

15.1 多物理场耦合分析简介

15.2 项目案例1——四分裂导线电磁结构耦合分析

15.3 项目案例2——螺线管电磁结构耦合分析

15.4 本章小结

…… 2100433B

《ANSYS Workbench工程应用案例精通》以各个分析模块为基础，介绍ANSYS Workbench 14.0的建模、网格划分与常见CAD软件集成等内容，并以项目范例为指导，主要讲解Workbench在静力学分析、动力学分析、热力学分析、流体力学分析及多物理场电磁耦合分析中的电磁分析等应用，其中，电磁分析模块是ANSYS Workbench 14.0软件新集成的分析模块。

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