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第1篇 操作基础篇2

第1章 ANSYS 18.0概述2

1.1 ANSYS介绍3

1.1.1 ANSYS的功能3

1.1.2 ANSYS的发展4

1.2 ANSYS文件系统4

1.2.1 文件类型4

1.2.2 文件管理5

1.3 ANSYS 18.0的用户界面8

1.4 ANSYS分析过程9

1.4.1 建立模型10

1.4.2 加载并求解10

1.4.3 后处理11

1.5 实例——悬臂梁应力分析11

1.5.1 问题描述11

1.5.2 GUI路径模式12

1.5.3 命令流方式22

第2章 几何建模23

2.1 几何建模概论24

2.1.1 自底向上创建几何模型24

2.1.2 自顶向下创建几何模型24

2.1.3 布尔运算操作24

2.1.4 拖拉和旋转25

2.1.5 移动和复制25

2.1.6 修改模型（清除和删除）26

2.1.7 从IGES文件几何模型导入到ANSYS26

2.2 自顶向下创建几何模型（体素）26

2.2.1 创建面体素26

2.2.2 创建实体体素27

2.3 自底向上创建几何模型28

2.3.1 关键点29

2.3.2 硬点30

2.3.3 线31

2.3.4 面33

2.3.5 体34

2.4 工作平面的使用35

2.4.1 定义一个新的工作平面36

2.4.2 控制工作平面的显示和样式36

2.4.3 移动工作平面36

2.4.4 旋转工作平面37

2.4.5 还原一个已定义的工作平面37

2.4.6 工作平面的高级用途37

2.5 坐标系简介39

2.5.1 总体坐标系和局部坐标系40

2.5.2 显示坐标系42

2.5.3 节点坐标系42

2.5.4 单元坐标系43

2.5.5 结果坐标系44

2.6 使用布尔操作修正几何模型44

2.6.1 布尔运算的设置44

2.6.2 布尔运算之后的图元编号45

2.6.3 交运算45

2.6.4 两两相交46

2.6.5 相加46

2.6.6 相减47

2.6.7 利用工作平面进行减运算47

2.6.8 搭接48

2.6.9 分割48

2.6.10 粘接（或合并）49

2.7 移动、复制和缩放几何模型49

2.7.1 按照样本生成图元49

2.7.2 由对称映像生成图元50

2.7.3 将样本图元转换坐标系50

2.7.4 实体模型图元的缩放50

2.8 从IGES文件中将几何模型导入ANSYS51

2.9 实例——输入IGES单一实体52

2.10 实例——对输入模型进行修改55

2.11 实例——旋转外轮的实体建模59

2.11.1 GUI方式59

2.11.2 命令流方式65

第3章 划分网格68

3.1 有限元网格概论69

3.2 设定单元属性69

3.2.1 生成单元属性表70

3.2.2 在划分网格之前分配单元属性70

3.3 网格划分的控制72

3.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool）72

3.3.2 单元形状73

3.3.3 选择自由网格或映射网格划分74

3.3.4 控制单元边中节点的位置74

3.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing）74

3.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸75

3.3.7 局部网格划分控制76

3.3.8 内部网格划分控制77

3.3.9 生成过渡棱锥单元78

3.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式79

3.3.11 执行层网格划分79

3.4 自由网格划分和映射网格划分控制80

3.4.1 自由网格划分80

3.4.2 映射网格划分81

3.5 延伸和扫掠生成有限元模型85

3.5.1 延伸（Extrude）生成网格85

3.5.2 扫掠（VSWEEP）生成网格87

3.6 修正有限元模型89

3.6.1 局部细化网格89

3.6.2 移动和复制节点及单元92

3.6.3 控制面、线和单元的法向93

3.6.4 修改单元属性94

3.7 直接通过节点和单元生成有限元模型95

3.7.1 节点95

3.7.2 单元96

3.8 编号控制98

3.8.1 合并重复项99

3.8.2 编号压缩99

3.8.3 设定起始编号100

3.8.4 编号偏差100

3.9 实例——旋转外轮的网格划分101

3.9.1 GUI方式101

3.9.2 命令流方式105

第4章 施加载荷107

4.1 载荷概论108

4.1.1 载荷简介108

4.1.2 载荷步、子步和平衡迭代109

4.1.3 时间参数109

4.1.4 阶跃载荷与坡道载荷110

4.2 施加载荷111

4.2.1 载荷分类111

4.2.2 轴对称载荷与反作用力116

4.2.3 利用表格施加载荷117

4.2.4 利用函数施加载荷和边界条件119

4.3 设定载荷步选项121

4.3.1 通用选项121

4.3.2 动力学分析选项124

4.3.3 非线性选项125

4.3.4 输出控制125

4.3.5 Biot-Savart选项126

4.3.6 谱分析选项127

4.3.7 创建多载荷步文件127

4.4 实例——旋转外轮的载荷和约束施加128

4.4.1 GUI方式128

4.4.2 命令流方式130

第5章 求解132

5.1 求解概论133

5.1.1 使用直接求解法133

5.1.2 使用其他求解器134

5.1.3 获得解答134

5.2 利用特定的求解控制器指定求解类型135

5.2.1 使用Abridged Solution菜单命令135

5.2.2 使用求解控制对话框135

5.3 多载荷步求解136

5.3.1 多重求解法137

5.3.2 使用载荷步文件法137

5.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法）138

5.4 实例——旋转外轮模型求解139

第6章 后处理141

6.1 后处理概述142

6.1.1 结果文件143

6.1.2 后处理可用的数据类型143

6.2 通用后处理器（POST1）143

6.2.1 将数据结果读入数据库144

6.2.2 图像显示结果150

6.2.3 列表显示结果157

6.2.4 将结果旋转到不同坐标系中并显示159

6.3 时间历程后处理（POST26）160

6.3.1 定义和储存POST26变量161

6.3.2 检查变量163

6.3.3 POST26后处理器的其他功能165

6.4 实例——旋转外轮计算结果后处理166

6.4.1 GUI方式166

6.4.2 命令流方式172

第2篇 专题实例篇174

第7章 结构静力分析174

7.1 结构静力概论175

7.2 实例——内六角扳手的静态分析175

7.2.1 问题描述175

7.2.2 建立模型176

7.2.3 定义边界条件并求解184

7.2.4 查看结果188

7.2.5 命令流执行方式193

7.3 实例——钢桁架桥静力受力分析193

7.3.1 问题描述193

7.3.2 建立模型194

7.3.3 定义边界条件并求解202

7.3.4 查看结果204

7.3.5 命令流执行方式208

第8章 模态分析209

8.1 模态分析概论210

8.2 实例——钢桁架桥模态分析210

8.2.1 问题描述210

8.2.2 GUI操作方法211

8.2.3 求解211

8.2.4 查看结算结果212

8.2.5 退出程序215

8.2.6 命令流执行方式216

8.3 实例——压电变换器的自振频率分析216

8.3.1 问题描述216

8.3.2 建立模型217

8.3.3 求解短路电路频率223

8.3.4 短路电路频率后处理225

8.3.5 求解公开电路频率227

8.3.6 公开电路频率后处理228

8.3.7 命令流执行方式229

第9章 谐响应分析230

9.1 谐响应分析概论231

9.1.1 完全法（Full Method）231

9.1.2 减缩法（Reduced Method）232

9.1.3 模态叠加法（Mode Superposition Method）232

9.1.4 3种方法的共同局限性232

9.2 实例——弹簧质子系统的谐响应分析232

9.2.1 问题描述233

9.2.2 建模及分网233

9.2.3 模态分析237

9.2.4 谐响应分析239

9.2.5 观察结果240

9.2.6 命令流执行方式243

第10章 瞬态动力学分析244

10.1 瞬态动力学概述245

10.1.1 完全法（Full Method）245

10.1.2 模态叠加法（Mode Superposition Method）245

10.1.3 减缩法（Reduced Method）246

10.2 实例——瞬态动力学分析246

10.2.1 问题描述246

10.2.2 建立模型247

10.2.3 进行瞬态动力学分析设置、定义边界条件并求解251

10.2.4 查看结果256

10.2.5 命令流执行方式258

第11章 谱分析259

11.1 谱分析概论260

11.1.1 响应谱260

11.1.2 动力设计分析方法（DDAM）260

11.1.3 功率谱密度（PSD）260

11.2 实例——支撑平板动力效果谱分析261

11.2.1 问题描述261

11.2.2 前处理261

11.2.3 模态分析269

11.2.4 谱分析272

11.2.5 POST1后处理275

11.2.6 谐响应分析277

11.2.7 POST26后处理278

11.2.8 命令流执行方式280

第12章 非线性分析281

12.1 非线性分析概论282

12.1.1 非线性行为的原因282

12.1.2 非线性分析的基本信息283

12.1.3 几何非线性285

12.1.4 材料非线性286

12.1.5 其他非线性问题290

12.2 实例——螺栓的蠕变分析290

12.2.1 问题描述290

12.2.2 建立模型291

12.2.3 设置分析并求解294

12.2.4 查看结果296

12.2.5 命令流执行方式299

第13章 结构屈曲分析300

13.1 结构屈曲概论301

13.2 实例——薄壁圆筒屈曲分析301

13.2.1 问题描述301

13.2.2 前处理302

13.2.3 建立实体模型303

13.2.4 获得静力解305

13.2.5 获得特征值屈曲解307

13.2.6 扩展解308

13.2.7 后处理309

13.2.8 命令流执行方式309

第14章 接触问题分析310

14.1 接触问题概论311

14.1.1 一般分类311

14.1.2 接触单元311

14.2 实例——陶瓷套管的接触分析312

14.2.1 问题描述312

14.2.2 建立模型并划分网格313

14.2.3 定义边界条件并求解320

14.2.4 后处理324

14.2.5 命令流执行方式328

第3篇 热分析篇330

第15章 稳态热分析与瞬态热分析330

15.1 热分析概论331

15.1.1 热分析的特点331

15.1.2 热分析单元332

15.2 热载荷和边界条件的类型332

15.2.1 热载荷分类332

15.2.2 热载荷和边界条件注意事项333

15.3 稳态热分析概述333

15.3.1 稳态热分析定义333

15.3.2 稳态热分析的控制方程334

15.4 实例——蒸汽管分析334

15.4.1 问题描述334

15.4.2 问题分析334

15.4.3 进行平面的轴对称分析335

15.4.4 进行三维分析340

15.4.5 命令流执行方式347

15.5 瞬态热分析概述347

15.5.1 瞬态热分析特性347

15.5.2 瞬态热分析前处理考虑因素348

15.5.3 控制方程348

15.5.4 初始条件的施加348

15.6 实例——钢板加热过程分析349

15.6.1 问题描述349

15.6.2 问题分析350

15.6.3 前处理350

15.6.4 施加载荷及求解351

15.6.5 后处理353

15.6.6 命令流执行方式356

第16章 热辐射和相变分析357

16.1 热辐射基本理论及在ANSYS中的处理方法358

16.1.1 热辐射特性358

16.1.2 ANSYS中热辐射的处理方法358

16.2 实例——黑体热辐射分析358

16.2.1 问题描述358

16.2.2 问题分析359

16.2.3 前处理359

16.2.4 施加载荷及求解360

16.2.5 后处理361

16.2.6 命令流执行方式362

16.3 实例——长方体形坯料空冷过程分析362

16.3.1 问题描述362

16.3.2 问题分析363

16.3.3 前处理363

16.3.4 施加载荷及求解365

16.3.5 后处理367

16.3.6 命令流执行方式368

16.4 相变分析概述368

16.4.1 相和相变368

16.4.2 潜在热量和焓368

16.4.3 相变分析基本思路369

16.5 实例——两铸钢板在不同介质中焊接过程对比371

16.5.1 问题描述371

16.5.2 问题分析371

16.5.3 前处理371

16.5.4 施加载荷及求解374

16.5.5 后处理376

16.5.6 命令流执行方式380

第4篇 电磁分析篇382

第17章 电磁场分析382

17.1 电磁场分析概述383

17.1.1 电磁场中常见边界条件383

17.1.2 ANSYS电磁场分析对象383

17.1.3 电磁场单元简介384

17.1.4 电磁宏385

17.2 远场单元及其使用386

17.2.1 远场单元387

17.2.2 使用远场单元的注意事项387

第18章 磁场分析390

18.1 实例——载流导体的电磁力分析391

18.1.1 问题描述391

18.1.2 创建物理环境391

18.1.3 建立模型、赋予属性和划分刚格393

18.1.4 添加边界条件和载荷398

18.1.5 求解399

18.1.6 查看计算结果399

18.1.7 命令流执行方式404

18.2 实例——三维螺线管静态磁分析404

18.2.1 问题描述404

18.2.2 GUI操作方法405

18.2.3 命令流执行方式417

第19章 电场分析418

19.1 实例——正方形电流环中的磁场419

19.1.1 问题描述419

19.1.2 创建物理环境419

19.1.3 建立模型、赋予属性和划分网格421

19.1.4 添加边界条件和载荷423

19.1.5 求解424

19.1.6 查看计算结果424

19.1.7 命令流执行方式427

19.2 实例——电容计算428

19.2.1 问题描述428

19.2.2 创建物理环境428

19.2.3 建立模型、赋予属性和划分网格431

19.2.4 添加边界条件和载荷434

19.2.5 求解436

19.2.6 命令流执行方式437

第5篇 耦合场分析篇440

第20章 耦合场分析简介440

20.1 耦合场分析的定义441

20.2 耦合场分析的类型441

20.2.1 直接方法441

20.2.2 载荷传递分析441

20.2.3 直接方法和载荷传递442

20.2.4 其他分析方法444

20.3 耦合场分析的单位制444

第21章 直接耦合场分析——微型驱动器电热耦合分析448

21.1 问题描述449

21.2 前处理450

21.3 求解472

21.4 后处理475

21.5 命令流执行方式476

第22章 多场求解-MFS单码的耦合分析——静电驱动的梁分析477

22.1 问题描述478

22.2 前处理478

22.3 求解490

22.4 后处理495

22.5 命令流执行方式499