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第1章 ANSYS概述1

1.1 CAE软件简介2

1.2 有限元法简介3

1.2.1 有限元法的基本思想3

1.2.2 有限元法的特点4

1.3 ANSYS简介5

1.3.1 ANSYS的发展5

1.3.2 ANSYS的功能5

1.3.3 ANSYS 14.0的启动7

1.3.4 ANSYS 14.0运行环境配置8

1.4 程序结构8

1.4.1 处理器9

1.4.2 文件格式9

1.4.3 输入方式9

1.4.4 输出文件类型10

1.5 ANSYS分析的基本过程10

1.5.1 前处理10

1.5.2 加载并求解11

1.5.3 后处理11

1.5.4 实例导航——导弹发动机药柱承受温度和内压载荷数值模拟11

第2章 几何建模14

2.1 几何建模概论15

2.1.1 自底向上创建几何模型15

2.1.2 自顶向下创建几何模型15

2.1.3 布尔运算操作16

2.1.4 拖拉和旋转17

2.1.5 移动和复制17

2.1.6 修改模型（清除和删除）17

2.1.7 从IGES文件几何模型导入到ANSYS18

2.2 坐标系简介18

2.2.1 总体和局部坐标系18

2.2.2 显示坐标系21

2.2.3 节点坐标系21

2.2.4 单元坐标系22

2.2.5 结果坐标系23

2.3 工作平面的使用23

2.3.1 定义一个新的工作平面24

2.3.2 控制工作平面的显示和样式25

2.3.3 移动工作平面25

2.3.4 旋转工作平面25

2.3.5 还原一个已定义的工作平面25

2.3.6 工作平面的高级用途26

2.4 自底向上创建几何模型28

2.4.1 关键点28

2.4.2 硬点29

2.4.3 线31

2.4.4 面32

2.4.5 体34

2.5 自顶向下创建几何模型（体素）35

2.5.1 创建面体素35

2.5.2 创建实体体素36

2.6 使用布尔操作来修正几何模型37

2.6.1 布尔运算的设置37

2.6.2 布尔运算之后的图元编号38

2.6.3 交运算38

2.6.4 两两相交39

2.6.5 相加40

2.6.6 相减40

2.6.7 利用工作平面作减运算41

2.6.8 搭接41

2.6.9 分割42

2.6.10 粘接（或合并）42

2.7 移动、复制和缩放几何模型42

2.7.1 按照样本生成图元43

2.7.2 由对称映像生成图元44

2.7.3 将样本图元转换坐标系44

2.7.4 实体模型图元的缩放44

2.8 实例导航——导弹发动机药柱建模45

2.8.1 自底向上建立药柱模型45

2.8.2 布尔操作建立药柱模型51

2.8.3 导入SolidWorks中创建的药柱模型53

第3章 建模实例55

3.1 实例导航——几何模型的输入56

3.1.1 输入IGES单一实体56

3.1.2 输入SAT单一实体58

3.1.3 输入SAT实体集合61

3.1.4 输入Parasolid单一实体64

3.1.5 输入Parasolid实体集合66

3.2 实例导航——对输入模型修改69

3.3 实例导航——自主建模72

3.3.1 自顶向下建模实例72

3.3.2 自底向上建模实例81

第4章 网格划分91

4.1 有限元网格概论92

4.2 设定单元属性92

4.2.1 生成单元属性表92

4.2.2 在划分网格之前分配单元属性93

4.3 网格划分的控制95

4.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool）95

4.3.2 单元形状96

4.3.3 选择自由或映射网格划分97

4.3.4 控制单元边中节点的位置97

4.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing）97

4.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸98

4.3.7 局部网格划分控制99

4.3.8 内部网格划分控制100

4.3.9 生成过渡棱锥单元102

4.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式102

4.3.11 执行层网格划分103

4.4 自由网格划分和映射网格划分控制103

4.4.1 自由网格划分103

4.4.2 映射网格划分104

4.5 给实体模型划分有限元网格109

4.5.1 用xMESH命令生成网格109

4.5.2 生成带方向节点的梁单元网格110

4.5.3 在分界线或者分界面处生成单位厚度的界面单元112

4.6 延伸和扫略生成有限元模型113

4.6.1 延伸（Extrude）生成网格113

4.6.2 扫略（VSWEEP）生成网格115

4.7 修正有限元模型117

4.7.1 局部细化网格117

4.7.2 移动和复制节点和单元120

4.7.3 控制面、线和单元的法向121

4.7.4 修改单元属性122

4.8 直接通过节点和单元生成有限元模型123

4.8.1 节点123

4.8.2 单元125

4.9 编号控制127

4.9.1 合并重复项127

4.9.2 编号压缩128

4.9.3 设定起始编号129

4.9.4 编号偏差129

4.10 实例导航——导弹发动机药柱模型网格划分130

4.10.1 采用智能分网131

4.10.2 采用扫略分网132

4.10.3 采用延伸分网136

第5章 施加载荷141

5.1 载荷概论142

5.1.1 什么是载荷142

5.1.2 载荷步、子步和平衡迭代143

5.1.3 时间参数144

5.1.4 阶跃载荷与坡道载荷144

5.2 施加载荷145

5.2.1 实体模型载荷与有限单元载荷145

5.2.2 施加载荷146

5.2.3 利用表格来施加载荷151

5.2.4 轴对称载荷与反作用力154

5.2.5 利用函数来施加载荷和边界条件155

5.3 设定载荷步选项156

5.3.1 通用选项157

5.3.2 非线性选项160

5.3.3 动力学分析选项161

5.3.4 输出控制162

5.3.5 Biot-Savart选项163

5.3.6 谱分析选项163

5.3.7 创建多载荷步文件163

5.4 实例导航——导弹发动机药柱模型载荷施加165

5.4.1 单载荷步的施加165

5.4.2 多载荷步的施加167

5.4.3 表格及函数载荷的施加170

第6章 求解172

6.1 求解概论173

6.1.1 使用直接求解法174

6.1.2 使用稀疏矩阵直接求解法求解器174

6.1.3 使用雅克比共轭梯度法求解器174

6.1.4 使用不完全分解共轭梯度法求解器175

6.1.5 使用预条件共轭梯度法求解器175

6.1.6 使用自动迭代解法选项176

6.1.7 获得解答176

6.2 利用特定的求解控制器来指定求解类型177

6.2.1 使用Abridged Solution菜单选项177

6.2.2 使用求解控制对话框178

6.3 多载荷步求解179

6.3.1 多重求解法179

6.3.2 使用载荷步文件法180

6.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法）181

6.4 重新启动分析182

6.4.1 重新启动一个分析183

6.4.2 多载荷步文件的重启动分析186

6.5 预测求解时间和估计文件大小188

6.5.1 估计运算时间189

6.5.2 估计文件的大小189

6.5.3 估计内存需求189

6.6 实例导航——导弹发动机药柱模型求解190

6.6.1 单载荷步求解190

6.6.2 多载荷步求解190

第7章 后处理191

7.1 后处理概述192

7.1.1 什么是后处理192

7.1.2 结果文件192

7.1.3 后处理可用的数据类型193

7.2 通用后处理器（POST1）193

7.2.1 将数据结果读入数据库193

7.2.2 列表显示结果200

7.2.3 图像显示结果207

7.2.4 映射结果到某一路径上213

7.2.5 表面操作219

7.2.6 将结果旋转到不同坐标系中显示223

7.3 时间历程后处理（POST26）224

7.3.1 定义和储存POST26变量224

7.3.2 检查变量227

7.3.3 POST26后处理器的其他功能229

7.4 实例导航——导弹发动机药柱模型结果后处理230

7.4.1 通用后处理器230

7.4.2 时间历程处理器240

第8章 静力分析243

8.1 静力分析介绍244

8.1.1 结构静力分析简介244

8.1.2 静力分析的类型245

8.1.3 静力分析基本步骤245

8.2 实例导航——悬臂梁的横向剪切应力分析246

8.2.1 问题的描述246

8.2.2 GUI路径模式246

8.2.3 命令流方式256

8.3 实例导航——联轴体的静力分析实例256

8.3.1 问题描述257

8.3.2 建立模型257

8.3.3 定义边界条件并求解261

8.3.4 查看结果264

8.3.5 命令流方式268

第9章 非线性分析269

9.1 非线性分析概论270

9.1.1 非线性行为的原因270

9.1.2 非线性分析的基本信息271

9.1.3 几何非线性273

9.1.4 材料非线性275

9.1.5 其他非线性问题279

9.2 非线性分析的基本步骤279

9.2.1 前处理（建模和分网）279

9.2.2 设置求解控制器279

9.2.3 设定其他求解选项281

9.2.4 加载283

9.2.5 求解283

9.2.6 后处理284

9.3 实例导航——螺栓的蠕变分析285

9.3.1 问题描述286

9.3.2 GUI路径模式286

9.3.3 命令流方式293

第10章 模态分析294

10.1 模态分析概论295

10.2 模态分析的基本步骤295

10.2.1 建模295

10.2.2 加载及求解296

10.2.3 扩展模态299

10.2.4 观察结果和后处理300

10.3 实例导航——压电变换器的自振频率分析301

10.3.1 问题描述301

10.3.2 GUI模式302

10.3.3 命令流方式314

第11章 接触问题分析315

11.1 接触问题概论316

11.1.1 一般分类316

11.1.2 接触单元316

11.2 接触问题分析的步骤317

11.2.1 建立模型并划分网格318

11.2.2 识别接触对318

11.2.3 定义刚性目标面318

11.2.4 定义柔性体的接触面320

11.2.5 设置实常数和单元关键点322

11.2.6 控制刚性目标的运动323

11.2.7 给变形体单元施加必要的边界条件323

11.2.8 定义求解和载荷步选项323

11.2.9 求解325

11.2.10 检查结果325

11.3 实例导航——深沟球轴承的接触分析326

11.3.1 问题描述326

11.3.2 GUI方式327

11.3.3 查看结果336

11.3.4 命令流方式337

第12章 瞬态动力学分析339

12.1 瞬态动力学概论340

12.1.1 完全法（Full Method）340

12.1.2 模态叠加法（Mode Superposition Method）340

12.1.3 减缩法（Reduced Method）341

12.2 瞬态动力学的基本步骤341

12.2.1 前处理（建模和分网）341

12.2.2 建立初始条件342

12.2.3 设定求解控制器343

12.2.4 设定其他求解选项344

12.2.5 施加载荷345

12.2.6 设定多载荷步345

12.2.7 瞬态求解347

12.2.8 后处理347

12.3 实例导航——哥伦布阻尼的自由振动分析349

12.3.1 问题描述350

12.3.2 GUI模式350

12.3.3 命令流方式362

第13章 谱分析363

13.1 谱分析概论364

13.1.1 响应谱364

13.1.2 动力设计分析方法（DDAM）364

13.1.3 功率谱密度（PSD）364

13.2 谱分析的基本步骤365

13.2.1 前处理365

13.2.2 模态分析365

13.2.3 谱分析365

13.2.4 扩展模态368

13.2.5 合并模态369

13.2.6 后处理371

13.3 实例导航——支撑平板的动力效果分析372

13.3.1 问题描述372

13.3.2 GUI路径模式373

13.3.3 命令流方式395

第14章 谐响应分析396

14.1 谐响应分析概论397

14.2 谐响应分析的基本步骤398

14.2.1 建立模型（前处理）398

14.2.2 加载和求解398

14.2.3 观察模型（后处理）404

14.3 实例导航——弹簧质子系统的谐响应分析406

14.3.1 问题描述406

14.3.2 GUI模式407

14.3.3 命令流方式419

第15章 结构屈曲分析420

15.1 结构屈曲概论421

15.2 结构屈曲分析的基本步骤421

15.2.1 前处理421

15.2.2 获得静力解421

15.2.3 获得特征值屈曲解422

15.2.4 扩展解424

15.2.5 后处理（观察结果）425

15.3 实例导航——桁架结构屈曲分析426

15.3.1 问题描述426

15.3.2 GUI路径模式426

15.3.3 命令流方式440

第16章 优化设计441

16.1 优化设计概论442

16.2 优化设计的基本步骤444

16.2.1 生成分析文件444

16.2.2 建立优化过程中的参数447

16.2.3 进入OPT处理器，指定分析文件448

16.2.4 指定优化变量448

16.2.5 选择优化工具或优化方法449

16.2.6 指定优化循环控制方式450

16.2.7 进行优化分析451

16.2.8 查看设计序列结果452

16.3 实例导航——框架结构的优化设计453

16.3.1 问题描述453

16.3.2 GUI方式453

16.3.3 命令流方式467