Ansys有限元分析从入门到精通 pdf下载

前　言

有限元法作为数值计算方法,自20世纪中叶以来,以其独有的计算优势在工程分析领域得到了广泛的应用,已出现了不同的有限元算法,并由此产生了一批非常成熟的通用和专业有限元商业软件。随着计算机技术的飞速发展,各种工程软件也得以广泛应用。Ansys软件以它的多物理场耦合分析功能而成为CAE软件的应用主流。

Ansys软件是美国Ansys公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件,能够进行包括结构、热、声、流体及电磁场等学科的研究,在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医药、轻工、地矿、水利、家电等领域有着广泛的应用。Ansys软件的功能强大,操作简单方便,已成为国际上流行的有限元分析软件,在历年FEA评比中都名列第一。目前,中国大多数科研院校采用Ansys软件进行有限元分析,或者作为标准教学软件。

本书对Ansys 2024有限元分析的基本思路、操作步骤、应用技巧进行了详细介绍,并结合典型工程应用实例详细讲述了Ansys具体应用方法。书中尽量避开烦琐的理论描述,从实际应用出发,结合编者使用该软件的经验,对实例部分采用GUI模式一步一步讲解操作过程和步骤。为了帮助用户熟悉Ansys的相关操作命令,在每个实例的后面列出了分析过程的命令流文件。

本书前7章为操作基础,详细介绍了Ansys分析的基本步骤和方法:第1章Ansys概述;第2章几何建模;第3章建模实例;第4章网格划分;第5章施加载荷;第6章求解;第7章后处理。后8章为专题实例,按不同的分析专题讲解了各种分析专题的参数设置方法与技巧:第8章静力分析;第9章模态分析;第10章谐响应分析;第11章瞬态动力学分析;第12章谱分析;第13章结构屈曲分析;第14章非线性分析;第15章接触问题分析。

本书附有电子资料包,除了有每个实例GUI实际操作步骤的视频外,还以文本文件的格式给出了每个实例的命令流文件,用户可以直接调用。用户可以登录百度网盘下载,链接:https://pan.baidu.com/s/1MtvmVcjwx57RX31gIclbBg密码:swsw,(读者如果没有百度网盘,需要先注册一个才能下载)。也可以扫描下面二维码下载:

参加本书编写人员:胡仁喜、康士廷、刘昌丽、闫聪聪、杨雪静、卢园、孟培、李亚莉、解江坤、秦志霞、张亭、毛瑢、闫国超、吴秋彦、甘勤涛、李兵、王敏、孙立明、王玮、王培合、王艳池、王义发、王玉秋、张琪、朱玉莲、徐声杰、张俊生、王兵学。

本书可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生及教师学习Ansys软件的培训教材,也可作为结构分析相关行业的工程技术人员使用Ansys软件的参考书。

由于编者水平有限,书中不足在所难免,恳请专家和广大读者不吝赐教,加入QQ群180284277或联系714491436@qq.com批评指正。

本书对Ansys 2024有限元分析的基本思路、操作步骤、应用技巧进行了详细介绍,并结合典型工程应用实例详细讲述了Ansys的具体应用方法。

本书前7章为操作基础,详细介绍了Ansys分析的基本步骤和方法:第1章Ansys概述;第2章几何建模;第3章建模实例;第4章网格划分;第5章施加载荷;第6章求解;第7章后处理。后8章为专题实例,按不同的分析专题讲解了各种分析专题的参数设置方法与技巧:第8章静力分析;第9章模态分析;第10章谐响应分析;第11章瞬态动力学分析;第12章谱分析;第13章结构屈曲分析;第14章非线性分析;第15章接触问题分析。

本书可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生及教师学习Ansys软件的培训教材,也可作为结构分析相关行业的工程技术人员使用Ansys软件的参考书。

胡仁喜博士，Autodesk中国考试认证管理中心首席专家

前言

第1章　Ansys概述1

1.1　CAE软件简介2

1.2　有限元法简介4

1.2.1　有限元法的基本思想4

1.2.2　有限元法的特点4

1.2.3　有限元模型 5

1.2.4　自由度6

1.2.5　节点和单元6

1.3　Ansys简介7

1.3.1　Ansys的功能7

1.3.2　Ansys的发展8

1.3.3　Ansys 2024的启动9

1.3.4　Ansys 2024运行环境配置9

1.4　程序结构11

1.4.1　处理器11

1.4.2　文件格式11

1.4.3　输入方式11

1.4.4　输出文件类型12

1.5　Ansys分析求解过程12

1.5.1　前处理13

1.5.2　加载并求解13

1.5.3　后处理14

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14

第2章　几何建模16

2.1　几何建模概述17

2.1.1　自底向上创建几何模型17

2.1.2　自顶向下创建几何模型17

2.1.3　布尔运算操作18

2.1.4　拖拉和旋转18

2.1.5　移动和复制19

2.1.6　修改模型(清除和删除)19

2.1.7　从IGES文件几何模型导入到Ansys20

2.2　自顶向下创建几何模型(体素)20

2.2.1　创建面体素20

2.2.2　创建实体体素21

2.3　自底向上创建几何模型22

2.3.1　关键点22

2.3.2　硬点24

2.3.3　线25

2.3.4　面27

2.3.5　体28

2.4　工作平面的使用29

2.4.1　定义一个新的工作平面30

2.4.2　控制工作平面的显示和样式30

2.4.3　移动工作平面31

2.4.4　旋转工作平面31

2.4.5　还原一个已定义的工作平面31

2.4.6　工作平面的高级用途32

2.5　 坐标系简介33

2.5.1　总体坐标系和局部坐标系34

2.5.2　显示坐标系36

2.5.3　节点坐标系36

2.5.4　单元坐标系37

2.5.5　结果坐标系38

2.6　使用布尔运算来修正几何模型38

2.6.1　布尔运算的设置38

2.6.2　布尔运算后的图元编号39

2.6.3　交运算39

2.6.4　两两相交40

2.6.5　相加40

2.6.6　相减41

2.6.7　利用工作平面做减运算42

2.6.8　搭接42

2.6.9　分割42

2.6.10　粘接(或合并)43

2.7　移动、复制和缩放几何模型43

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45

2.8　实例导航—导弹发动机药柱建模45

2.8.1　自底向上创建药柱模型45

2.8.2　布尔运算创建药柱模型53

2.8.3　导入SolidWorks中创建的药柱模型57

第3章　建模实例59

3.1　实例导航—几何模型的输入60

3.1.1　输入IGES单一实体60

3.1.2　输入SAT 单一实体62

3.1.3　输入Parasolid 单一实体65

3.2　实例导航—修改输入模型67

3.2.1　自顶向下建模实例71

3.2.2　自底向上建模实例82

第4章　网格划分95

4.1　有限元网格概述96

4.2　设定单元属性96

4.2.1　生成单元属性表96

4.2.2　在划分网格之前分配单元属性97

4.3　网格划分的控制98

4.3.1　Ansys网格划分工具(MeshTool)98

4.3.2　单元形状99

4.3.3　选择自由或映射网格划分100

4.3.4　控制单元边中节点的位置100

4.3.5　划分自由网格时的单元尺寸控制(SmartSizing)100

4.3.6　映射网格划分中单元的默认尺寸101

4.3.7　局部网格划分控制102

4.3.8　内部网格划分控制103

4.3.9　生成过渡棱锥单元105

4.3.10　将退化的四面体单元转化为非退化的形式105

4.3.11　执行层网格划分106

4.4　自由网格划分和映射网格划分控制106

4.4.1　自由网格划分106

4.4.2　映射网格划分107

4.5　给实体模型划分有限元网格112

4.5.1　用命令生成网格113

4.5.2　生成带方向节点的梁单元网格113

4.5.3　在分界线或分界面处生成单位厚度的界面单元115

4.6　延伸和扫掠生成有限元模型116

4.6.1　延伸生成网格116

4.6.2　扫掠生成网格118

4.7　修正有限元模型121

4.7.1　局部细化网格121

4.7.2　移动和复制节点和单元123

4.7.3　控制面、线和单元的法向124

4.7.4　修改单元属性125

4.8　直接通过节点和单元生成有限元模型126

4.8.1　节点126

4.8.2　单元128

4.9　编号控制130

4.9.1　合并重复项130

4.9.2　编号压缩131

4.9.3　设定起始编号132

4.9.4　编号偏差132

4.10　实例导航—导弹发动机药柱模型网格划分133

4.10.1　智能分网135

4.10.2　扫掠分网136

4.10.3　采用延伸分网142

第5章　施加载荷147

5.1　载荷概述148

5.1.1　什么是载荷148

5.1.2　载荷步、子步和平衡迭代149

5.1.3　时间参数149

5.1.4　阶跃载荷与坡道载荷150

5.2　载荷施加相关内容151

5.2.1　实体模型载荷与有限单元载荷151

5.2.2　施加载荷方法152

5.2.3　利用表格施加载荷157

5.2.4　轴对称载荷与反作用力159

5.2.5　利用函数施加载荷和边界条件160

5.3　设定载荷步选项162

5.3.1　通用选项162

5.3.2　非线性选项165

5.3.3　动态选项166

5.3.4　输出控制166

5.3.5　Biot-Savart选项167

5.3.6　谱分析选项168

5.3.7　创建多载荷步文件168

5.4　实例导航—导弹发动机药柱模型载荷施加169

5.4.1　单载荷步的施加170

5.4.2　多载荷步的施加173

5.4.3　表格及函数载荷的施加176

第6章　求解178

6.1　求解概述179

6.1.1　使用直接求解法179

6.1.2　使用稀疏矩阵直接求解法求解器180

6.1.3　使用雅克比共轭梯度法求解器180

6.1.4　使用不完全分解共轭梯度法求解器180

6.1.5　使用预条件共轭梯度法求解器181

6.1.6　使用自动迭代法选项181

6.1.7　获得解答182

6.2　利用特定的求解控制器来指定求解类型183

6.2.1　使用菜单选项183

6.2.2　使用对话框183

6.3　多载荷步求解185

6.3.1　多重求解法185

6.3.2　使用载荷步文件法185

6.3.3　使用数组参数法(矩阵参数法)186

6.4　重新启动分析188

6.4.1　重新启动一个分析188

6.4.2　多载荷步文件的重启动分析191

6.5　实例导航—导弹发动机药柱模型求解193

6.5.1　单载荷步求解193

6.5.2　多载荷步求解194

第7章　后处理195

7.1　后处理概述196

7.1.1　什么是后处理196

7.1.2　结果文件197

7.1.3　后处理可用的数据类型197

7.2　通用后处理器(POST1)198

7.2.1　将数据结果读入数据库198

7.2.2　列表显示结果204

7.2.3　图像显示结果210

7.2.4　映射结果到某一路径上218

7.2.5　表面操作222

7.2.6　将结果旋转到不同坐标系中显示226

7.3　时间历程后处理器(POST26)227

7.3.1　定义和储存POST26变量227

7.3.2　检查变量230

7.3.3　POST26后处理器的其他功能232

7.4　实例导航—导弹发动机药柱模型结果后处理233

7.4.1　通用后处理器233

7.4.2　时间历程后处理器244

第8章　静力分析247

8.1　静力分析概述248

8.1.1　结构静力分析简介248

8.1.2　静力分析的类型249

8.1.3　静力分析的基本步骤249

8.2　实例导航—悬臂梁的横向剪应力分析249

8.2.1　问题描述249

8.2.2　GUI模式250

8.2.3　命令流方式263

8.3　实例导航—内六角扳手的静力分析263

8.3.1　问题的描述263

8.3.2　建立模型263

8.3.3　定义边界条件并求解273

8.3.4　后处理278

8.3.5　命令流方式284

8.4　实例导航—钢桁架桥的静力分析284

8.4.1　问题描述284

8.4.2　GUI模式285

8.4.3　命令流实现301

8.5　实例导航—联轴体的静力分析301

8.5.1　问题描述301

8.5.2　建立模型302

8.5.3　定义边界条件并求解307

8.5.4　后处理311

8.5.5　命令流方式317

第9章　模态分析318

9.1　模态分析概述319

9.2　模态分析的基本步骤319

9.2.1　建立模型319

9.2.2　加载及求解319

9.2.3　扩展模态322

9.2.4　后处理324

9.3　实例导航—钢桁架桥模态分析325

9.3.1　问题描述325

9.3.2　GUI模式325

9.3.3　命令流方式330

9.4　实例导航—小型发电机转子模态分析330

9.4.1　问题描述330

9.4.2　建立模型330

9.4.3　进行模态分析设置、定义边界条件并求解335

9.4.4　后处理338

9.4.5　命令流方式338

9.5　实例导航—压电变换器自振频率分析338

9.5.1　问题描述338

9.5.2　GUI模式339

9.5.3　命令流方式354

第10章　谐响应分析355

10.1　谐响应分析概述356

10.2　谐响应分析的基本步骤357

10.2.1　建立模型(前处理)357

10.2.2　加载并求解357

10.2.3　后处理363

10.3　实例导航—弹簧质量系统的谐响应分析365

10.3.1　问题描述365

10.3.2　GUI模式366

10.3.3　命令流方式379

10.4　实例导航—悬臂梁谐响应分析379

10.4.1　问题描述379

10.4.2　建立模型380

10.4.3　后处理394

10.4.4　命令流方式396

第11章　瞬态动力学分析397

11.1　瞬态动力学概述398

11.1.1　“Full”法398

11.1.2　“Mode Superposition”法398

11.2　瞬态动力学分析的基本步骤399

11.2.1　前处理(建模和分网)399

11.2.2　建立初始条件399

11.2.3　设定求解控制器400

11.2.4　设定其他求解选项402

11.2.5　施加载荷402

11.2.6　设定多载荷步403

11.2.7　瞬态求解404

11.2.8　后处理404

11.3　实例导航—哥伦布阻尼的自由振动分析406

11.3.1　问题描述406

11.3.2　GUI模式407

11.3.3　命令流方式419

11.4　实例导航—瞬态动力学分析实例419

11.4.1　问题描述419

11.4.2　建立模型420

11.4.3　进行模态分析425

11.4.4　进行瞬态动力学分析设置、定义边界条件并求解427

11.4.5　后处理431

11.4.6　命令流方式434

第12章　谱分析435

12.1　谱分析概述436

12.1.1　响应谱分析436

12.1.2　动力设计分析方法(DDAM)436

12.1.3　功率谱密度(PSD)436

12.2　谱分析的基本步骤437

12.2.1　前处理437

12.2.2　模态分析437

12.2.3　谱分析437

12.2.4　扩展模态440

12.2.5　合并模态441

12.2.6　后处理443

12.3　实例导航—支撑平板的动力效果分析444

12.3.1　问题描述444

12.3.2　GUI模式445

12.3.3　命令流方式465

第13章　结构屈曲分析466

13.1　结构屈曲分析概述467

13.2　结构屈曲分析的基本步骤467

13.2.1　前处理467

13.2.2　获得静力解467

13.2.3　获得特征值屈曲解468

13.2.4　扩展解469

13.2.5　后处理470

13.3　实例导航—薄壁圆筒屈曲分析471

13.3.1　问题描述471

13.3.2　GUI 模式471

13.3.3　命令流方式478

第14章　非线性分析479

14.1　非线性分析概论480

14.1.1　非线性行为的原因480

14.1.2　非线性分析的基本信息481

14.1.3　几何非线性483

14.1.4　材料非线性484

14.1.5　其他非线性问题488

14.2　非线性分析的基本步骤488

14.2.1　前处理(建模和分网)488

14.2.2　设置求解控制器488

14.2.3　设定其他求解选项490

14.2.4　加载492

14.2.5　求解492

14.2.6　后处理492

14.3　实例导航—铆钉冲压变形分析494

14.3.1　问题描述494

14.3.2　建立模型495

14.3.3　定义边界条件并求解501

14.3.4　后处理503

14.3.5　命令流方式507

第15章　接触问题分析508

15.1　接触问题概述509

15.1.1　一般分类509

15.1.2　接触单元509

15.2　接触问题分析步骤510

15.2.1　建立模型并划分网格510

15.2.2　识别接触对511

15.2.3　定义刚性目标面511

15.2.4　定义柔性体的接触面512

15.2.5　设置实常数和单元关键点514

15.2.6　控制刚性目标的运动515

15.2.7　给变形体单元施加必要的边界条件516

15.2.8　定义求解和载荷步选项516

15.2.9　求解517

15.2.10　后处理517

15.3　实例导航—陶瓷套管的接触分析518

15.3.1　问题描述518

15.3.2　建立模型并划分网格519

15.3.3　定义边界条件并求解526

15.3.4　后处理530

15.3.5　命令流方式534

前　言

有限元法作为数值计算方法,自20世纪中叶以来,以其独有的计算优势在工程分析领域得到了广泛的应用,已出现了不同的有限元算法,并由此产生了一批非常成熟的通用和专业有限元商业软件。随着计算机技术的飞速发展,各种工程软件也得以广泛应用。Ansys软件以它的多物理场耦合分析功能而成为CAE软件的应用主流。

Ansys软件是美国Ansys公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件,能够进行包括结构、热、声、流体及电磁场等学科的研究,在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医药、轻工、地矿、水利、家电等领域有着广泛的应用。Ansys软件的功能强大,操作简单方便,已成为国际上流行的有限元分析软件,在历年FEA评比中都名列第一。目前,中国大多数科研院校采用Ansys软件进行有限元分析,或者作为标准教学软件。

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本书前7章为操作基础,详细介绍了Ansys分析的基本步骤和方法:第1章Ansys概述;第2章几何建模;第3章建模实例;第4章网格划分;第5章施加载荷;第6章求解;第7章后处理。后8章为专题实例,按不同的分析专题讲解了各种分析专题的参数设置方法与技巧:第8章静力分析;第9章模态分析;第10章谐响应分析;第11章瞬态动力学分析;第12章谱分析;第13章结构屈曲分析;第14章非线性分析;第15章接触问题分析。

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本书可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生及教师学习Ansys软件的培训教材,也可作为结构分析相关行业的工程技术人员使用Ansys软件的参考书。

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