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1 有限元方法与ANSYS简介1

1.1 有限元方法的基本原理1

1.1.1 有限元法的要点1

1.1.2 有限元法的特性2

1.1.3 有限元方法的基本求解过程3

1.2 ANSYS简介4

1.2.1 ANSYS的功能4

1.2.2 ANSYS 14.0的启动5

1.2.3 ANSYS程序结构7

1.2.4 ANSYS分析的基本过程7

2 单元9

2.1 单元插值和形函数9

2.2 常用单元介绍9

2.2.1 结构单元9

2.2.2 热分析单元18

2.2.3 梁单元26

2.2.4 弹簧单元28

3 模型的建立31

3.1 ANSYS建模概述31

3.1.1 直接建模31

3.1.2 实体建模31

3.1.3 导入CAD模型32

3.2 ANSYS的坐标系32

3.2.1 坐标系分类32

3.2.2 全局坐标系与局部坐标系34

3.2.3 显示坐标系37

3.2.4 节点坐标系和单元坐标系37

3.2.5 结果坐标系37

3.2.6 工作平面37

3.2.7 坐标系的激活39

3.3 自下向上建模40

3.3.1 关键点40

3.3.2 线40

3.3.3 面41

3.3.4 体42

3.4 自上向下建模42

3.4.1 自上向下建模42

3.4.2 定义体43

3.5 建立有限元模型44

3.5.1 节点44

3.5.2 单元45

3.6 导入CAD模型47

3.7 参数化建模48

3.7.1 参数化建模概念48

3.7.2 使用参数48

3.7.3 APDL中控制程序52

3.8 布尔运算53

3.8.1 交运算53

3.8.2 加运算54

3.8.3 减运算55

3.8.4 分割运算56

3.8.5 搭接运算56

3.8.6 互分运算57

3.8.7 黏接运算57

4 网格划分58

4.1 有限元网格概论58

4.2 设定单元属性58

4.2.1 定义单元属性58

4.2.2 分配单元属性59

4.3 网格划分控制61

4.3.1 ANSYS网格划分工具61

4.3.2 映射网格划分中单元的默认尺寸63

4.3.3 局部网格划分控制64

4.3.4 内部网格划分控制64

4.3.5 生成过渡棱锥单元66

4.3.6 将退化的四面体单元转化为非退化的形式66

4.3.7 执行层网格划分67

4.4 自由网格划分和映射网格划分控制67

4.4.1 自由网格划分67

4.4.2 映射网格划分68

4.5 实体模型有限元网格划分控制71

4.5.1 用xMESH命令生成网格72

4.5.2 生成带方向节点的梁单元网格72

4.5.3 在分界线或者分界面处生成单位厚度的界面单元74

4.6 延伸和扫略生成有限元模型74

4.6.1 延伸生成网格75

4.6.2 扫略生成网格76

4.7 修正有限元模型78

4.7.1 局部细化网格78

4.7.2 移动和复制节点和单元81

4.7.3 控制面、线和单元的法向81

4.7.4 修改单元属性82

4.8 编号控制82

4.8.1 合并重复项83

4.8.2 编号压缩83

4.8.3 设定起始编号84

5 加载85

5.1 载荷的概念85

5.2 载荷步、子步和平衡迭代85

5.2.1 载荷步85

5.2.2 子步85

5.2.3 平衡迭代86

5.3 跟踪中时间的作用86

5.4 阶跃与斜坡载荷86

5.5 定义载荷87

5.5.1 自由度约束87

5.5.2 对称与反对称约束87

5.5.3 施加力载荷89

5.5.4 施加表面载荷90

5.5.5 施加体积载荷91

5.5.6 施加惯性载荷92

5.5.7 施加轴对称载荷和反作用力94

5.5.8 施加表格形式载荷94

5.5.9 施加函数形式载荷95

5.6 设置载荷步选项96

5.6.1 通用选项96

5.6.2 动力学分析选项99

5.6.3 非线性选项99

5.6.4 输出控制99

5.7 创建多载荷步文件100

6 求解101

6.1 选择求解器101

6.2 求解器的类型101

6.2.1 稀疏矩阵直接解法求解器101

6.2.2 预条件共轭梯度法求解器102

6.2.3 雅可比共轭梯度法求解器102

6.2.4 不完全乔里斯基共轭梯度法求解器102

6.2.5 二次最小残差求解器102

6.3 在某些类型结构分析使用特殊求解控制103

6.3.1 使用简化求解菜单103

6.3.2 使用“求解控制”对话框103

6.4 获得解答104

6.5 求解多载荷步105

6.5.1 使用多步求解法105

6.5.2 使用载荷步文件法105

7 后处理106

7.1 后处理功能概述106

7.1.1 ANSYS后处理类型106

7.1.2 结果文件106

7.1.3 后处理可用的数据类型106

7.2 通用后处理器107

7.2.1 数据文件选项107

7.2.2 查看结果汇总107

7.2.3 读入结果107

7.2.4 图形显示结果109

7.2.5 列表显示结果110

7.2.6 查询结果112

7.2.7 输出选项113

7.2.8 单元表114

7.2.9 路径查看118

8 线性静力学分析120

8.1 线性静力学分析概述120

8.1.1 线性结构力学知识基础120

8.1.2 有限元模型属性122

8.2 线性静力学分析过程124

8.3 非均匀截面梁受扭矩分析示例124

8.3.1 问题描述与分析124

8.3.2 前处理125

8.3.3 加载与求解127

8.3.4 后处理128

8.3.5 命令流130

9 非线性分析131

9.1 非线性分析概述131

9.1.1 何非线性131

9.1.2 材料非线性132

9.2 静态非线性分析基本过程134

9.2.1 前处理134

9.2.2 加载与求解138

9.2.3 后处理139

9.3 桁架大变形分析示例140

9.3.1 问题描述与分析140

9.3.2 前处理141

9.3.3 加载与求解144

9.3.4 后处理145

9.3.5 命令流147

9.4 多线性各向同性强化材料应力-应变分析示例149

9.4.1 问题描述与分析149

9.4.2 前处理149

9.4.3 加载与求解152

9.4.4 后处理153

9.4.5 命令流154

10 热分析156

10.1 热分析概述156

10.1.1 热分析概述156

10.1.2 热分析基本原理156

10.2 热分析的基本步骤158

10.2.1 稳态热分析158

10.2.2 瞬态热分析162

10.3 稳态热分析示例——换热管的热分析165

10.3.1 问题描述165

10.3.2 前处理165

10.4 钢球淬火过程温度分析示例172

10.4.1 定义工作文件名及文件标题172

10.4.2 定义单元类型及材料属性172

10.4.3 生成有限元模型173

10.4.4 施加载荷和求解173

10.4.5 后处理175

10.5 换热管的热应力分析示例178

10.5.1 恢复数据库文件178

10.5.2 改变工作标题和分析类型178

10.5.3 设置材料属性178

10.5.4 施加结构分析载荷及求解179

10.5.5 后处理181

11 屈曲分析183

11.1 屈曲分析概述183

11.2 线性屈曲分析步骤184

11.2.1 前处理184

11.2.2 求取静态解184

11.2.3 求取屈曲解184

11.2.4 后处理185

11.3 非线性屈曲分析步骤185

11.3.1 前处理185

11.3.2 加载与求解185

11.3.3 后处理186

11.4 中间铰支增强稳定性线性分析186

11.4.1 问题描述与分析186

11.4.2 前处理186

11.4.3 求取静态解188

11.4.4 求取屈曲解191

11.4.5 后处理191

11.4.6 命令流192

11.5 中间铰支增强稳定性非线性分析193

11.5.1 问题描述与分析193

11.5.2 前处理193

11.5.3 加载与求解193

11.5.4 后处理195

12 模态分析200

12.1 模态分析概述200

12.2 模态分析过程200

12.2.1 前处理200

12.2.2 加载与求解201

12.2.3 后处理204

12.2.4 施加预应力效应206

12.3 带集中质量结构扭振分析206

12.3.1 问题描述206

12.3.2 前处理206

12.3.3 加载与求解209

12.3.4 后处理210

12.3.5 命令流210

12.4 音叉固有频率分析212

12.4.1 问题描述与分析212

12.4.2 前处理212

12.4.3 加载与求解214

12.4.4 后处理215

12.4.5 命令流216

13 瞬态动力学分析218

13.1 瞬态动力学分析概述218

13.1.1 完全法（Full Method）218

13.1.2 模态叠加法（Mode Superposition Method）218

13.1.3 减缩法（Reduced Method）219

13.2 瞬态动力学分析的基本步骤219

13.2.1 前处理219

13.2.2 建立初始条件219

13.2.3 设定求解控制器220

13.2.4 设定其他求解选项222

13.2.5 施加载荷222

13.2.6 设定多载荷步224

13.2.7 瞬态求解224

13.2.8 后处理224

13.3 有阻尼自由振动分析示例226

13.3.1 问题描述226

13.3.2 前处理226

13.3.3 求解229

13.3.4 后处理231

13.3.5 命令流235

14 谱分析237

14.1 谱分析概述237

14.1.1 响应谱237

14.1.2 动力设计分析方法（DDAM）237

14.1.3 功率谱密度（PSD）237

14.2 谱分析的基本步骤238

14.2.1 前处理238

14.2.2 模态分析238

14.2.3 谱分析238

14.2.4 扩展模态240

14.2.5 合并模态241

14.2.6 后处理242

14.3 支撑平板的动力效果分析示例243

14.3.1 问题描述243

14.3.2 前处理244

14.3.3 模态分析249

14.3.4 谱分析252

14.3.5 POST1后处理255

14.3.6 谐响应分析257

14.3.7 POST26后处理259

14.3.8 命令流261

15 接触问题分析264

15.1 接触问题概论264

15.1.1 接触问题分类264

15.1.2 接触单元264

15.2 接触分析的基本设置265

15.2.1 建立模型并划分网格265

15.2.2 识别接触对265

15.2.3 定义刚性目标面266

15.2.4 定义柔性接触面267

15.2.5 设置实常数和单元关键点269

15.2.6 控制刚性目标面的运动269

15.2.7 定义求解选项和载荷步270

15.3 接触问题实例271

15.3.1 分析问题271

15.3.2 模型建立271

15.3.3 划分网格275

15.3.4 接触对建立275

15.3.5 施加载荷并求解278

15.3.6 后处理279

15.3.7 命令流方式280

参考文献284