ANSYS有限元分析从入门到精通

第一篇　ansys基础操作篇

第1章　有限元方法与ansys概述　2

1.1　有限单元法概述　2

1.2　线弹性力学的基本原理与最小势能原理　3

1.2.1　弹性力学的基本原理　3

1.2.2　最小势能原理　5

1.3　里兹法　5

1.4　有限单元法解题过程简介　6

1.5　ansys 11.0简介与基本使用　7

1.5.1　软件功能简介　7

1.5.2　前处理模块prep7　8

1.5.3　求解模块solution　8

1.5.4　后处理模块post1和post26　9

1.5.5　ansys 11.0新特征　10

第2章　ansys坐标系和工作平面　11

2.1　ansys坐标系简介　11

2.1.1　全局坐标系　11

2.1.2　局部坐标系　12

2.1.3　结果坐标系　13

2.2　ansys工作平面　13

.2.2.1　建立工作平面　14

2.2.2　移动工作平面　14

2.2.3　工作平面性能的增强　15

第3章　建模及模型导入　16

3.1　ansys建模　16

3.1.1　ansys的建模步骤　16

3.1.2　实体建模方法　17

3.1.3　自底向上的建模方法　17

3.1.4　自上向下的建模方法　25

3.1.5　模型的复制、移动与缩放　27

3.2　cad模型的导入　28

3.2.1　以iges格式导入cad模型　28

3.2.2　以x_t格式导入cad模型　29

3.2.3　以sat格式导入cad模型　30

3.2.4　应用实例　30

3.3　三维建模软件与ansys的接口　30

3.3.1　ansys与pro/e的无缝连接　31

3.3.2　ansys与solidworks间的数据交互　31

3.3.3　ansys与catia的数据交互　32

3.3.4　应用实例　32

第4章　模型的布尔运算　34

4.1　引言　34

4.2　布尔操作后图元的编号　34

4.3　交运算　34

4.4　两两相交　35

4.5　加运算　35

4.6　减运算　36

4.7　搭接运算　37

4.8　分割运算　38

4.9　粘接运算　38

4.10　布尔运算的替代　39

4.11　布尔运算后的更新　39

4.12　布尔运算失败时建议采取的一些措施　40

4.13　实例：轴承座的实体建模　40

第5章　网格划分　44

5.1　网格类型简介　44

5.2　定义单元属性　44

5.2.1　为模型分配单元属性　45

5.2.2　默认单元属性　46

5.2.3　常用单元属性简介　47

5.3　网格划分控制　47

5.3.1　ansys网格划分工具　47

5.3.2　单元形状　48

5.3.3　单元形状与计算结果的关系　49

5.3.4　控制中间节点的位置　50

5.3.5　局部网格划分控制　50

5.3.6　内部网格划分控制　51

5.3.7　生成过渡的金字塔单元　55

5.3.8　将退化的四面体单元转化为非退化形式　56

5.4　自由网格和映射网格控制　57

5.4.1　自由网格划分　57

5.4.2　映射网格划分　60

5.5　改变网格　62

5.5.1　对模型重新划分网格　63

5.5.2　利用网格accept/reject提示　63

5.5.3　清除网格　63

5.5.4　细化局部网格　63

5.5.5　改进网格(只针对四面体单元网格)　64

5.6　网格质量的评价　65

5.7　二维单元与三维单元划分实例　66

5.7.1　重力坝的网格划分　66

5.7.2　三维单元　68

第6章　加载和求解　70

6.1　载荷的概念　70

6.1.1　载荷的分类　70

6.1.2　关于载荷步和子步　71

6.2　载荷的施加　71

6.2.1　实体模型载荷与有限元模型载荷的优缺点　72

6.2.2　施加载荷　72

6.2.3　载荷步选项　76

6.2.4　创建多载荷步　80

6.3　耦合及约束方程　81

6.3.1　何谓耦合　81

6.3.2　如何生成耦合自由度集　82

6.3.3　耦合的其他条件　83

6.3.4　什么是约束方程　83

6.3.5　如何生成约束方程　83

6.3.6　约束方程的其他注意事项　85

6.4　求解　85

6.4.1　定义分析类型　86

6.4.2　求解控制　86

6.4.3　求解　　87

第7章　通用后处理　89

7.1　后处理简介　89

7.2　读入结果数据　89

7.3　图形显示　90

7.3.1　云图显示　90

7.3.2　矢量显示　92

7.3.3　反作用力显示　92

7.3.4　破碎图　93

7.4　单元表　93

7.4.1　填上按名字来识别变量的单元表　93

7.4.2　填充按序号识别变量的单元表　94

7.4.3　定义单元表的注释　94

7.5　列出结果　95

7.6　路径操作　96

7.6.1　定义路径　97

7.6.2　沿路径插值数据　97

7.6.3　映射路径数据　98

7.6.4　观察路径项　98

7.6.5　在路径项中执行算术运算　99

7.6.6　将路径数据从一文件中存档或恢复　99

7.6.7　删除路径　100

7.7　载荷工况　100

7.7.1　存储组合载荷工况　101

7.3.2　可求和数、不可求和数及常数　102

第8章　时间历程响应后处理　103

8.1　时间历程变量观察器　103

8.2　时间历程后处理器的使用　104

8.2.1　定义变量　105

8.2.2　处理变量并进行计算　107

8.3　变量的评价　107

8.3.1　图形显示结果　107

8.3.2　列表显示结果　108

8.3.3　数据的平滑　108

第二篇　高级操作篇

第9章　自适应网格划分　110

9.1　自适应网格简介　110

9.2　自适应网格的先决条件　110

9.3　支持自适应网格的单元类型　110

9.4　自适应网格划分的一般步骤　111

9.5　用户子程序定制adapt宏　112

9.5.1　生成用户网格划分子程序(adaptmsh.mac)　112

9.5.2　生成用户边界条件子程序(adaptbc.mac)　112

9.5.3　关于用户子程序的一些其他说明　113

9.6　自适应网格划分实例　113

第10章　子模型　116

10.1　子模型简介　116

10.2　子模型分析的一般步骤　117

10.2.1　第一步：生成并分析较粗糙的模型　117

10.2.2　第二步：生成子模型　117

10.2.3　第三步：生成切割边界插值　118

10.2.4　第四步：分析子模型　119

10.2.5　第五步：验证切割边界和应力集中位置的距离是否足够　121

10.3　子模型实例　122

第11章　单元死活　129

11.1　单元死活简介　129

11.2　支持单元死活单元类型　129

11.3　单元死活分析的一般步骤　130

11.3.1　建模　 130

11.3.2　施加载荷并求解　130

11.3.3　查看结果　132

11.4　单元死活模拟二维焊接实例　134

第12章　使用apdl、uidl进行二次开发　148

12.1　apdl概述　148

12.2　apdl基础　149

12.3　数组参数　151

12.4　宏基础　157

12.5　uidl概述　161

12.6　uidl实例　163

12.7　apdl实例　164

第13章　优化设计　167

13.1　目标优化　167

13.1.1　ansys优化设计基础　167

13.1.2　优化设计的一般步骤　170

13.2　拓扑优化设计　177

13.2.1　拓扑优化的主要步骤　177

13.2.2　拓扑优化问题的定义　178

13.2.3　控制优化进程　179

13.2.4　观察结果　180

13.3　优化分析实例　181

13.3.1　目标优化实例　181

13.3.2　拓扑优化实例　187

第三篇　结构分析篇

第14章　结构线性静力分析实例与分析　194

14.1　静力分析概述　194

14.2　结构线性静力分析实例　195

14.2.1　带圆孔矩形平板的拉伸　195

14.2.2　梁的自重分析　197

14.2.3　列管式换热器高压球底组件强度分析　200

14.2.4　独管塔的强度分析　203

14.3　实例分析　207

第15章　结构非线性静力分析实例与分析　208

15.1　结构非线性概述　208

15.1.1　状态变化(包括接触}　209

15.1.2　几何非线性　209

15.1.3　材料非线性　209

15.2　非线性分析的基本知识　209

15.2.1　方程求解　209

15.2.2　保守行为与非保守行为：过程依赖性　211

15.2.3　子步　 212

15.2.4　载荷和位移方向　212

15.2.5　非线性分析　212

15.3　结构非线性实例　220

15.3.1　压杆的屈曲分析　220

15.3.2　混凝土非线性计算实例——梁平面应力　224

15.3.3　双轴向载荷作用下平板的蠕变　229

15.4　实例分析　234

第16章　结构动力学实例与分析　235

16.1　结构动力学概述　235

16.1.1　动力学分析类型　235

16.1.2　基本概念和术语　236

16.2　模态分析实例　237

16.2.1　模态分析基础理论　237

16.2.2　弹簧——质量系统的固有频率　238

16.2.3　梁的模态分析　243

16.3　谐响应实例　246

16.3.1　谐响应分析介绍　246

16.3.2　弹簧——质量系统的谐响应分析实例　247

16.4　瞬态动力学实例　251

16.4.1　瞬态分析基础理论　251

16.4.2　球体撞击柔性平面　253

16.4.3　带集中质量梁的瞬态响应　258

16.5　结构动力学实例分析　262

第四篇　接触分析篇

第17章　疲劳分析　266

17.1　疲劳的定义　266

17.2　疲劳计算　267

17.2.1　进入post1和恢复数据库　267

17.2.2　建立疲劳计算的规模、材料疲劳性质和疲劳计算的位置　267

17.2.3　储存应力、指定事件循环次数和比例因子　269

17.2.4　激活疲劳计算　272

17.2.5　查看计算结果　273

17.2.6　其他记数方法　273

17.3　疲劳实例　273

第18章　接触分析　278

18.1　接触简介　278

18.1.1　点——点接触　278

18.1.2　点——面接触　279

18.1.3　面——面接触　279

18.2　接触分析的一般步骤　279

18.2.1　点——面接触分析的步骤　280

18.2.2　点——面接触分析的步骤　282

18.2.3　面——面接触分析的步骤　286

18.3　接触实例　295

第19章　弹塑性分析　304

19.1　塑性理论引言　304

19.2　塑性理论介绍　305

19.3　ansys中的塑性选型　306

19.4　使用塑性的一些原则　307

19.5　塑性分析实例　309

第五篇　cfd与热分析篇

第20章　计算流体动力学分析　318

20.1　flotran计算流体动力学(cfd)概述　318

20.2　flotran分析基础　319

20.2.1　flotran单元的特点　319

20.2.2　flotran分析的主要步骤　320

20.2.3　flotran边界条件　322

20.3　flotran不可压层流和湍流分析　323

20.3.1　层流分析　324

20.3.2　湍流分析　328

20.4　flotran热分析　330

第21章　热力学分析　335

21.1　热分析简介及基础知识　335

21.1.1　热分析简介　335

21.1.2　热分析基础知识　335

21.2　稳态传热分析　338

21.2.1　ansys稳态热分析的基本过程　338

21.2.2　后处理　342

21.2.3　稳态传热实例一　342

21.2.4　稳态传热实例二　345

21.3　瞬态传热分析　347

21.3.1　瞬态热分析中的单元及命令　347

21.3.2　ansys瞬态热分析的主要步骤　348

21.3.3　相变问题　351

21.3.4　瞬态传热实例一　351

21.3.5　瞬态传热分析实例二　357

第六篇　电磁与声学篇

第22章　ansys声学分析　360

22.1　ansys声学分析基础　360

22.1.1　声场流体基础　360

22.1.2　声场流体问题中矩阵的推导　361

22.1.3　声场吸声问题　362

22.1.4　声场声固耦合问题　363

22.2　壳单元耦合及实体单元声固耦合实例　364

22.3　消声器性能模拟　370

22.4　两种平面流体单元声学分析的比较　374

22.4.1　首先采用基于位移积分的流体单元fluid79　374

22.4.2　然后采用基于压力积分的流体单元fluid29　379

22.5　实例分析　380

第23章　ansys电磁场分析　382

23.1　电磁场有限元分析简介　382

23.2　二维静态磁场分析与实例　385

23.2.1　二维静态磁场分析中要用到的单元　386

23.2.2　静态磁场分析的步骤　387

23.2.3　二维静态磁场分析与实例　387

23.3　二维瞬态磁场分析与实例　391

23.3.1　瞬态磁场分析　391

23.3.2　二维瞬态磁场分析实例　392

23.4　三维静态磁场分析与实例　398

23.4.1　3d静态磁场分析中的单元(标量法)　398

23.4.2　3d静态磁标势分析的步骤　399

23.4.3　3d静态磁场分析(棱边单元方法)　 399

23.4.4　3d静态磁场分析实例　401

23.5　3d谐性与瞬态分析实例　407

23.5.1　3d谐性分析　407

23.5.2　3d瞬态磁场分析　411

第七篇　workbench篇

第24章　ansys-workbench仿真技术平台　416

24.1　ansys-workbench简介　416

24.2　designmodeler模块功能及实例　416

24.2.1　主要菜单的功能简介　417

24.2.2　workbench二维模型建立实例　420

24.2.3　workbench三维模型建立实例　420

24.3　simulation模块功能及实例　421

24.3.1　simulation界面和操作简介　421

24.3.2　simulation实例　422

24.4　实例分析　423

第八篇　常见疑难解答与经验技巧集萃

第25章　通用前处理常见错误提示与对应解决方法　426

第26章　通用后处理常见疑难解答与技巧集萃　428

第27章　高级操作常见疑难解答与技巧集萃　431

27.1　自适应网格划分　431

27.2　子模型技巧(壳到体子模型)　432

27.3　单元死活技巧(模拟浇筑过程中的温度分布)　433

27.4　使用apdl、uidl进行二次开发技巧　435

27.5　优化设计技巧　436

第28章　结构分析常见疑难解答及技巧集萃　437

28.1　结构线性静力分析技巧　437

28.1.1　beam188和189单元额外节点问题　437

28.1.2　如何考虑结构分析中的重力　437

28.1.3　如何实现壳单元的偏置　438

28.1.4　如何加快计算速度　439

28.1.5　如何定制beam188/189单元的用户化截面　439

28.1.6　面载荷转化为等效节点力施加的方法　440

28.1.7　静力分析时刚度矩阵奇异如何施加约束　440

28.2　结构非线性分析技巧　440

28.2.1　解决非线性分析不收敛的技巧　440

28.2.2　膜元shell41是否能作大变形分析　442

28.2.3　耦合及约束方程讲座一：耦合　442

28.2.4　耦合及约束方程讲座二：约束方程　443

28.2.5　在ansys中怎样给面施加一个非零的法向位移约束　445

28.2.6　solid65混凝土单元的使用技巧　 445

28.2.7　非线性计算过程中收敛曲线实时显示　446

28.2.8　在非线性分析中如何根据ansys的跟踪显示来判断收敛　446

28.3　结构动力学分析技巧　447

28.3.1　如何提取模态质量　447

28.3.2　如何使用用户定义用户自定义矩阵　 448

第29章　接触分析、电磁及热分析常见疑难解答与技巧集萃　449

29.1　接触分析技巧　449

29.1.1　ansys接触问题的计算方法　449

29.1.2　生成接触单元的几种方法　451

29.1.3　接触间隙解决方法　451

29.2　电磁分析技巧　451

29.3　热分析技巧　452

29.3.1　热分析前后处理中的常用命令流　452

29.3.2　初始温度、参考温度和均匀温度的区别　453

第30章　workbench常见疑难解答与技巧集萃　454