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第1章 ANSYS 13.0入门1

1.1 有限单元法简介1

1.1.1 有限单元法的基本思想1

1.1.2 有限单元法的基本概念2

1.2 有限元法的分析过程5

1.3 ANSYS简介6

1.3.1 ANSYS发展过程6

1.3.2 ANSYS使用环境7

1.3.3 ANSYS软件的功能7

1.4 ANSYS 13.0的安装与启动12

1.4.1 系统要求12

1.4.2 设置运行参数13

1.4.3 启动与退出15

1.5 ANSYS文件系统17

1.5.1 文件类型17

1.5.2 文件管理18

1.6 ANSYS分析过程21

1.6.1 建立模型22

1.6.2 加载并求解22

1.6.3 后处理22

1.7 本章小结23

第2章 ANSYS 13.0图形用户界面24

2.1 ANSYS 13.0图形用户界面的组成24

2.2 启动图形用户界面25

2.3 对话框及其组件26

2.3.1 文本框26

2.3.2 单选列表26

2.3.3 双列选择列表27

2.3.4 标签对话框27

2.3.5 选取框27

2.4 通用菜单28

2.4.1 文件菜单29

2.4.2 选取菜单31

2.4.3 列表菜单33

2.4.4 绘图菜单37

2.4.5 绘图控制菜单38

2.4.6 工作平面菜单45

2.4.7 参量菜单47

2.4.8 宏菜单49

2.4.9 菜单控制菜单50

2.4.10 帮助菜单51

2.5 输入窗口52

2.6 主菜单53

2.6.1 优选项54

2.6.2 预处理器54

2.6.3 求解器59

2.6.4 通用后处理器62

2.6.5 时间历程后处理器65

2.6.6 拓扑优化器66

2.6.7 优化器67

2.6.8 概率设计和辐射选项67

2.6.9 运行时间估计量67

2.6.10 记录编辑器68

2.7 输出窗口69

2.8 工具条70

2.9 图形窗口70

2.9.1 图形显示71

2.9.2 多窗口绘图72

2.9.3 增强图形显示75

2.10 个性化界面76

2.10.1 改变字体和颜色76

2.10.2 改变GUI的启动菜单显示77

2.10.3 改变菜单链接和对话框77

2.11 ANSYS中常用操作77

2.11.1 拾取操作77

2.11.2 显示操作79

2.12 分析步骤示例——工字钢悬臂梁静力分析81

2.12.1 分析问题81

2.12.2 建立有限元模型81

2.12.3 施加载荷86

2.12.4 进行求解88

2.12.5 后处理88

2.13 本章小结90

第3章 几何建模91

3.1 坐标系简介91

3.1.1 总体和局部坐标系92

3.1.2 显示坐标系94

3.1.3 节点坐标系94

3.1.4 单元坐标系96

3.1.5 结果坐标系96

3.2 工作平面的使用96

3.2.1 定义一个新的工作平面97

3.2.2 控制工作平面的显示和样式98

3.2.3 移动工作平面98

3.2.4 旋转工作平面98

3.2.5 还原一个已定义的工作平面98

3.2.6 工作平面的高级用途99

3.3 布尔操作101

3.3.1 布尔运算的设置101

3.3.2 布尔运算之后的图元编号102

3.3.3 交运算102

3.3.4 两两相交103

3.3.5 相加104

3.3.6 相减104

3.3.7 利用工作平面做减运算106

3.3.8 搭接106

3.3.9 分割107

3.3.10 粘接（或合并）107

3.4 编辑几何模型107

3.4.1 按照样本生成图元108

3.4.2 由对称映像生成图元109

3.4.3 将样本图元转换坐标系109

3.4.4 实体模型图元的缩放110

3.5 自底向上创建几何模型111

3.5.1 关键点111

3.5.2 硬点113

3.5.3 线114

3.5.4 面116

3.5.5 体117

3.6 实例——托架的实体建模119

3.6.1 分析实例描述119

3.6.2 建立模型119

3.6.3 命令流方式124

3.7 自顶向下创建几何模型（体素）126

3.7.1 创建面体素126

3.7.2 创建实体体素127

3.8 实例——支座的实体建模128

3.8.1 GUI方式129

3.8.2 命令流方式136

3.9 从IGES文件中将几何模型导入到ANSYS138

3.10 本章小结139

第4章 划分网格140

4.1 有限元网格概论140

4.2 设定单元属性141

4.2.1 生成单元属性表141

4.2.2 在划分网格前分配单元属性142

4.3 网格划分的控制144

4.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool）144

4.3.2 单元形状145

4.3.3 选择自由或映射网格划分145

4.3.4 控制单元边中节点的位置146

4.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing）146

4.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸147

4.3.7 局部网格划分控制147

4.3.8 内部网格划分控制149

4.3.9 生成过渡棱锥单元151

4.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式152

4.3.11 执行层网格划分152

4.4 自由网格划分和映射网格划分控制153

4.4.1 自由网格划分153

4.4.2 映射网格划分154

4.5 给实体模型划分有限元网格159

4.5.1 用xMESH命令生成网格159

4.5.2 生成带方向节点的梁单元网格160

4.5.3 在分界线或者分界面处生成单位厚度的界面单元161

4.6 实例——托架的网格划分162

4.6.1 GUI方式162

4.6.2 命令流方式165

4.7 延伸和扫略生成有限元模型167

4.7.1 延伸（Extrude）生成网格167

4.7.2 扫略（VSWEEP）生成网格169

4.8 修正有限元模型172

4.8.1 局部细化网格172

4.8.2 移动和复制节点和单元175

4.8.3 控制面、线和单元的法向176

4.8.4 修改单元属性177

4.9 直接通过节点和单元生成有限元模型178

4.9.1 节点178

4.9.2 单元180

4.10 编号控制182

4.10.1 合并重复项182

4.10.2 编号压缩183

4.10.3 设定起始编号184

4.10.4 编号偏差185

4.11 实例——支座的网格划分185

4.11.1 GUI方式185

4.11.2 命令流方式191

4.12 本章小结193

第5章 施加载荷194

5.1 载荷概论194

5.1.1 什么是载荷194

5.1.2 载荷步、子步和平衡迭代195

5.1.3 时间参数196

5.1.4 阶跃载荷与坡道载荷197

5.2 施加载荷197

5.2.1 实体模型载荷与有限单元载荷198

5.2.2 施加载荷198

5.2.3 轴对称载荷与反作用力204

5.2.4 利用表格来施加载荷204

5.2.5 利用函数来施加载荷和边界条件207

5.3 设定载荷步选项209

5.3.1 通用选项209

5.3.2 动力学分析选项213

5.3.3 非线性选项214

5.3.4 输出控制214

5.3.5 Biot-Savart选项215

5.3.6 谱分析选项216

5.3.7 创建多载荷步文件216

5.4 实例——托架的载荷和约束施加217

5.4.1 GUI方式218

5.4.2 命令流方式219

5.5 本章小结220

第6章 求解221

6.1 求解概论221

6.1.1 使用直接求解法222

6.1.2 使用稀疏矩阵直接解法求解器222

6.1.3 使用雅克比共轭梯度法求解器223

6.1.4 使用不完全分解共轭梯度法求解器223

6.1.5 使用预条件共轭梯度法求解器223

6.1.6 使用自动迭代解法选项224

6.1.7 获得解答225

6.2 利用特定的求解控制器来指定求解类型225

6.2.1 使用Abridged Solution菜单选项225

6.2.2 使用求解控制对话框226

6.3 多载荷步求解227

6.3.1 多重求解法227

6.3.2 使用载荷步文件法228

6.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法）229

6.4 重新启动分析230

6.4.1 重新启动一个分析231

6.4.2 多载荷步文件的重启动分析234

6.5 预测求解时间和估计文件大小236

6.5.1 估计运算时间236

6.5.2 估计文件的大小237

6.5.3 估计内存需求237

6.6 实例——托架模型求解237

6.7 本章小结238

第7章 后处理239

7.1 后处理概述239

7.1.1 什么是后处理239

7.1.2 结果文件240

7.1.3 后处理可用的数据类型240

7.2 通用后处理器（POST1）241

7.2.1 将数据结果读入数据库241

7.2.2 图像显示结果248

7.2.3 列表显示结果255

7.2.4 表面操作262

7.2.5 映射结果到某一路径上266

7.2.6 将结果旋转到不同坐标系中显示272

7.3 时间历程后处理（POST26）274

7.3.1 定义和储存POST26变量274

7.3.2 检查变量276

7.3.3 POST26后处理器的其他功能279

7.4 实例——托架计算结果后处理280

7.4.1 GUI方式280

7.4.2 命令流方式282

7.5 本章小结282

第8章 结构静力学分析283

8.1 结构静力学概论283

8.2 结构静力学分析的基本步骤283

8.2.1 建立模型284

8.2.2 设置求解控制选项284

8.2.3 设置其他求解选项287

8.2.4 施加载荷292

8.2.5 求解294

8.2.6 检查结果295

8.3 实例——悬臂梁的横向剪切应力分析296

8.3.1 问题的描述296

8.3.2 GUI路径模式297

8.3.3 命令流模式309

8.4 本章小结312

第9章 模态分析313

9.1 模态分析概论313

9.2 模态分析的基本步骤313

9.2.1 建模314

9.2.2 加载及求解314

9.2.3 扩展模态317

9.2.4 观察结果和后处理319

9.3 实例——钢桁架桥模态分析319

9.3.1 问题描述319

9.3.2 GUI操作方法320

9.3.3 命令流实现337

9.4 本章小结340

第10章 谐响应分析341

10.1 谐响应分析概论341

10.1.1 完全法（Full Method）342

10.1.2 减缩方法（Reduced Method）342

10.1.3 模态叠加法（Mode Superposition Method）343

10.1.4 3种方法的共同局限性343

10.2 谐响应分析的基本步骤343

10.2.1 建立模型（前处理）343

10.2.2 加载和求解344

10.2.3 观察模型（后处理）350

10.3 实例——简支梁的谐响应分析351

10.3.1 分析问题352

10.3.2 建立模型352

10.3.3 查看结果365

10.3.4 命令流模式367

10.4 本章小结369

第11章 瞬态动力学分析370

11.1 瞬态动力学概论370

11.1.1 完全法（Full Method）371

11.1.2 模态叠加法（Mode Superposition Method）371

11.1.3 减缩法（Reduced Method）371

11.2 瞬态动力学的基本步骤372

11.2.1 前处理（建模和分网）372

11.2.2 建立初始条件372

11.2.3 设定求解控制器373

11.2.4 设定其他求解选项375

11.2.5 施加载荷376

11.2.6 设定多载荷步376

11.2.7 瞬态求解378

11.2.8 后处理378

11.3 实例——隧道结构受力实例分析380

11.3.1 ANSYS隧道结构受力分析步骤380

11.3.2 实例描述384

11.3.3 GUI操作方法385

11.3.4 命令流实现407

11.4 本章小结412

第12章 谱分析413

12.1 谱分析概论413

12.1.1 响应谱413

12.1.2 动力设计分析方法（DDAM）413

12.1.3 功率谱密度（PSD）414

12.2 谱分析的基本步骤414

12.2.1 前处理414

12.2.2 模态分析415

12.2.3 谱分析415

12.2.4 扩展模态418

12.2.5 合并模态419

12.2.6 后处理421

12.3 实例——三层框架结构地震响应分析422

12.3.1 问题描述422

12.3.2 GUI操作方法423

12.3.3 命令流实现435

12.4 本章小结438

第13章 非线性分析439

13.1 非线性分析概论439

13.1.1 非线性行为的原因440

13.1.2 非线性分析的基本信息440

13.1.3 几何非线性442

13.1.4 材料非线性444

13.1.5 其他非线性问题447

13.2 非线性分析的基本步骤448

13.2.1 前处理（建模和分网）448

13.2.2 设置求解控制器448

13.2.3 设定其他求解选项450

13.2.4 加载452

13.2.5 求解452

13.2.6 后处理452

13.3 实例——螺栓的蠕变分析454

13.3.1 问题描述454

13.3.2 GUI路径模式455

13.3.3 命令流462

13.4 本章小结463

第14章 结构屈曲分析464

14.1 结构屈曲概论464

14.2 结构屈曲分析的基本步骤464

14.2.1 前处理465

14.2.2 获得静力解465

14.2.3 获得特征值屈曲解465

14.2.4 扩展解467

14.2.5 后处理（观察结果）469

14.3 实例——框架结构的屈曲分析469

14.3.1 问题描述469

14.3.2 GUI模式470

14.3.3 命令流484

14.4 本章小结488

第15章 接触问题分析489

15.1 接触问题概论489

15.1.1 一般分类489

15.1.2 接触单元489

15.2 接触分析的步骤491

15.2.1 建立模型并划分网格491

15.2.2 识别接触对491

15.2.3 定义刚性目标面491

15.2.4 定义柔性体的接触面493

15.2.5 设置实常数和单元关键点495

15.2.6 控制刚性目标的运动496

15.2.7 给变形体单元施加必要的边界条件496

15.2.8 定义求解和载荷步选项497

15.2.9 求解498

15.2.10 检查结果498

15.3 实例——陶瓷套管的接触分析499

15.3.1 问题描述499

15.3.2 GUI方式500

15.3.3 命令流方式516

15.4 本章小结524

第16章 结构优化525

16.1 结构优化设计概论525

16.2 优化设计的基本步骤527

16.2.1 生成分析文件528

16.2.2 建立优化过程中的参数531

16.2.3 进入OPT处理器，指定分析文件532

16.2.4 指定优化变量532

16.2.5 选择优化工具或优化方法532

16.2.6 指定优化循环控制方式533

16.2.7 进行优化分析535

16.2.8 查看设计序列结果535

16.3 实例——框架结构的优化设计536

16.3.1 问题描述536

16.3.2 GUI方式537

16.3.3 命令流方式552

16.4 本章小结558