简介
本书通过理论结合实践的讲解方式，全面、系统地介绍了ANSYS Workbench 17.0在有限元分析领域内的具体应用，涵盖了绝大部分用户需要使用的功能。本书按照从简单到复杂、从单场到多场分析的逻辑编排，每章均采用实例描述，内容完整且各章相对独立，是一本详细的ANSYS Workbench参考书。全书共19章，详细介绍了创建几何模型、网格划分、结果后处理等基本操作，同时也结合工程案例详细讲解了线性静态结构分析、谐响应分析、响应谱分析、*振动分析、瞬态动力学分析、显式动力学分析、热分析、线性屈曲分析、结构非线性分析、接触问题分析、优化设计、流体动力学分析、电磁场分析及多物理场耦合分析等。本书工程实例丰富、讲解详尽，内容安排循序渐进、深入浅出，适合不同基础的读者。本书适合理工院校土木工程、机械工程、力学、电气工程等相关专业的本科生、研究生及教师使用，同时也可作为工程技术人员从事工程研究的参考书。
目录
目 录
第1章 初识ANSYSWorkbench 1
1.1ANSYS Workbench 17.0概述 1
1.1.1关于ANSYS Workbench 1
1.1.2多物理场分析模式 2
1.1.3项目级仿真参数管理 2
1.1.4Workbench应用模块 3
1.2Workbench 17.0的基本操作界面 3
1.2.1启动ANSYS Workbench 3
1.2.2ANSYS Workbench主界面 4
1.3Workbench项目管理 7
1.3.1复制及删除项目 7
1.3.2关联项目 7
1.3.3项目管理操作案例 8
1.3.4设置项属性 9
1.4Workbench文件管理 9
1.4.1文件目录结构 9
1.4.2快速生成压缩文件 10
1.5Workbench实例入门 11
1.5.1案例介绍 11
1.5.2启动Workbench并建立分析项目 11
1.5.3导入创建几何体 12
1.5.4添加材料库 13
1.5.5添加模型材料属性 14
1.5.6划分网格 15
1.5.7施加载荷与约束 16
1.5.8结果后处理 18
1.5.9保存与退出 19
1.6 本章小结 20
第2章 创建Workbench几何模型 21
2.1 认识DesignModeler21
2.1.1进入DesignModeler 21
2.1.2DesignModeler的操作界面 23
2.1.3DesignModeler的鼠标操作 24
2.1.4图形选取与控制 25
2.1.5DM几何体 25
2.2DesignModeler草图模式 26
2.2.1创建新平面 26
2.2.2创建新草图 26
2.2.3草图模式 27
2.2.4草图援引 28
2.3 创建3D几何体 28
2.3.1创建3D特征 28
2.3.2激活体和冻结体 29
2.3.3切片特征 30
2.3.4抑制体 30
2.3.5面印记 30
2.3.6填充与包围操作 32
2.3.7创建多体部件体 33
2.4 导入外部CAD文件 34
2.4.1非关联性导入文件 34
2.4.2关联性导入文件 35
2.4.3导入定位 35
2.4.4创建场域几何体 35
2.5 概念建模 35
2.5.1从点生成线体 36
2.5.2从草图生成线体 36
2.5.3从边生成线体 36
2.5.4定义横截面 36
2.5.5从线生成面体 39
2.5.6从草图生成面体 39
2.5.7从面生成面体 40
2.6 创建几何体的实例操作 40
2.6.1进入DM界面 40
2.6.2绘制零件底部圆盘 41
2.6.3创建零件肋柱 42
2.6.4生成线体 45
2.6.5生成面体 45
2.6.6保存文件并退出 46
2.7 概念建模实例操作 46
2.7.1从CAD进入DM界面 46
2.7.2创建线体 47
2.7.3生成面体 48
2.7.4创建横截面 49
2.7.5为线体添加横截面 50
2.7.6保存文件并退出 50
2.8 本章小结 50
第3章 Workbench网格划分 51
3.1 网格划分平台 51
3.1.1网格划分特点 51
3.1.2网格划分方法 52
3.1.3网格划分技巧 53
3.1.4网格划分流程 54
3.1.5网格尺寸策略 54
3.23D几何网格划分 54
3.2.1四面体网格的优缺点 55
3.2.2四面体网格划分时的常用参数 55
3.2.3四面体算法 55
3.2.4四面体膨胀 57
3.3 网格参数设置 57
3.3.1默认参数设置 59
3.3.2尺寸控制 59
3.3.3膨胀控制 62
3.3.4网格信息 64
3.4 扫掠网格划分 64
3.4.1扫掠划分方法 64
3.4.2扫掠网格控制 66
3.5 多区网格划分 66
3.5.1多区划分方法 66
3.5.2多区网格控制 67
3.6 网格划分案例 68
3.6.1自动网格划分案例 68
3.6.2网格划分控制案例 72
3.7 本章小结 79
第4章 Mechanical基础 80
4.1 关于Mechanical80
4.2Mechanical的基本操作 81
4.2.1启动Mechanical 81
4.2.2Mechanical操作界面 81
4.2.3鼠标控制 84
4.3 材料参数输入控制 85
4.3.1进入Engineering Data应用程序 85
4.3.2材料库 85
4.3.3添加材料 86
4.3.4添加材料属性 87
4.4Mechanical 前处理操作 88
4.4.1几何分支 88
4.4.2接触与点焊 89
4.4.3坐标系 91
4.4.4分析设置 92
4.5 施加载荷和约束 93
4.5.1施加载荷 94
4.5.2施加约束 96
4.6 模型求解 96
4.7 结果后处理 98
4.7.1结果显示 98
4.7.2变形显示 99
4.7.3应力和应变 99
4.7.4接触结果 100
4.7.5自定义结果显示 101
4.8 本章小结 102
第5章 线性静态结构分析 103
5.1 线性静态结构分析概述103
5.2 线性静态结构的分析流程104
5.2.1几何模型 104
5.2.2材料特性 105
5.2.3定义接触区域 105
5.2.4划分网格 105
5.2.5施加载荷和边界条件 105
5.2.6模型求解控制 106
5.2.7结果后处理 106
5.3 风力发电机叶片静态结构分析106
5.3.1问题描述 106
5.3.2启动Workbench并建立分析项目 106
5.3.3导入几何体 107
5.3.4添加材料库 108
5.3.5添加模型材料属性 111
5.3.6划分网格 113
5.3.7施加载荷与约束 114
5.3.8结果后处理（设置求解项） 116
5.3.9求解并显示求解结果 117
5.3.10更改材料观察分析结果 119
5.3.11保存与退出 122
5.4 本章小结 122
第6章 模态分析 123
6.1 模态分析概述 123
6.2Workbench模态分析流程 124
6.2.1几何体和质点 125
6.2.2接触区域 125
6.2.3分析类型 126
6.2.4载荷和约束 126
6.2.5求解模型 127
6.3 飞机机翼模态分析 127
6.3.1问题描述 127
6.3.2启动Workbench并建立分析项目 128
6.3.3导入几何体 129
6.3.4添加材料库 129
6.3.5修改模型材料属性 131
6.3.6划分网格 132
6.3.7施加固定约束 133
6.3.8结果后处理（设置求解项） 134
6.3.9求解并显示求解结果 135
6.3.10保存与退出 136
6.4 风力发电机叶片预应力模态分析 136
6.4.1打开结构静态分析 136
6.4.2创建预应力模态分析项目 137
6.4.3结果后处理 138
6.4.4求解并显示求解结果 139
6.4.5保存与退出 141
6.5 本章小结 141
第7章 谐响应分析 142
7.1 谐响应分析概述 142
7.2 谐响应分析流程 143
7.2.1施加简谐载荷 144
7.2.2求解方法 145
7.2.3查看结果 145
7.3 连接转轴的谐响应分析146
7.3.1问题描述 146
7.3.2Workbench基础操作 146
7.3.3创建多体部件体及抑制体 147
7.3.4网格参数设置 148
7.3.5施加载荷与约束 150
7.3.6设置求解选项 152
7.3.7求解并显示求解结果 152
7.3.8保存与退出 155
7.4 本章小结 155
第8章 响应谱分析 156
8.1 谱分析概述 156
8.2 响应谱分析流程 156
8.3 地震位移下的响应谱分析158
8.3.1问题描述 158
8.3.2启动Workbench进入DM界面 158
8.3.3创建模型 159
8.3.4添加材料 165
8.3.5为体添加材料 166
8.3.6划分网格 167
8.3.7施加固定约束 169
8.3.8提取模态参数设置 169
8.3.9查看模态分析结果 170
8.3.10添加响应谱位移 172
8.3.11提取响应谱分析结果 172
8.3.12查看分析结果 173
8.3.13保存与退出 174
8.4 本章小结 175
第9章 随机振动分析 176
9.1 随机振动分析概述 176
9.2 随机振动分析流程 177
9.3 梁板结构的随机振动分析178
9.3.1问题描述 178
9.3.2启动Workbench并建立分析项目 179
9.3.3修改模型 179
9.3.4生成多体部件体 183
9.3.5划分网格 183
9.3.6施加固定约束 185
9.3.7提取模态参数设置 186
9.3.8查看模态分析结果 187
9.3.9添加功率谱位移 188
9.3.10提取随机振动的分析结果 189
9.3.11查看随机振动的分析结果 190
9.3.12保存与退出 192
9.4 本章小结 192
第10章 瞬态动力学分析 193
10.1瞬态动力学分析概述 193
10.2瞬态动力学分析流程 193
10.2.1几何模型 194
10.2.2时间步长 195
10.2.3运动副 195
10.2.4弹簧 195
10.2.5阻尼 196
10.2.6载荷和约束 196
10.2.7后处理中查看结果 196
10.3汽车主轴的瞬态动力学分析 196
10.3.1问题描述 196
10.3.2Workbench基础操作 197
10.3.3为体添加材料特性 197
10.3.4创建坐标系 198
10.3.5划分网格 199
10.3.6施加载荷与约束 200
10.3.7设置求解选项 201
10.3.8求解并显示求解结果 204
10.3.9保存与退出 207
10.4本章小结 207
第11章 显式动力学分析 208
11.1显式动力学分析概述 208
11.1.1显式算法与隐式算法的区别 208
11.1.2ANSYS中的显式动力学模块 209
11.2显式动力学分析流程 209
11.3质量块冲击薄板的显式动力学分析 210
11.3.1问题描述 210
11.3.2启动Workbench并建立分析项目 210
11.3.3建立几何模型 211
11.3.4添加材料特性 214
11.3.5添加模型材料属性 216
11.3.6划分网格 218
11.3.7施加载荷与约束 220
11.3.8提取显式动力学分析结果 221
11.3.9求解并显示求解结果 222
11.3.10保存与退出 225
11.4本章小结 226
第12章 热分析 227
12.1传热概述 227
12.1.1传热方式 227
12.1.2热分析类型 228
12.1.3非线性热分析 229
12.1.4边界条件或初始条件 229
12.2热分析流程 229
12.2.1几何模型 230
12.2.2实体接触 230
12.2.3导热率 231
12.2.4施加载荷 232
12.2.5热边界条件 232
12.2.6热应力分析 232
12.2.7结果后处理 233
12.3散热器的热分析 234
12.3.1问题描述 234
12.3.2启动Workbench并建立分析项目 234
12.3.3导入几何体 235
12.3.4添加材料库 236
12.3.5添加模型材料属性 238
12.3.6划分网格 238
12.3.7施加载荷与约束 239
12.3.8结果后处理（设置求解项） 241
12.3.9求解并显示求解结果 242
12.3.10热应变分析 242
12.3.11保存文件 244
12.3.12更改材料进行求解 245
12.3.13保存并退出 246
12.4本章小结 246
第13章 特征值屈曲分析 247
13.1屈曲分析概述 247
13.1.1关于欧拉屈曲 247
13.1.2线性屈曲的计算 248
13.1.3线性屈曲分析的特点 249
13.2线性屈曲的分析过程 249
13.2.1几何体和材料属性 249
13.2.2接触区域 250
13.2.3载荷与约束 250
13.2.4屈曲设置 250
13.2.5模型求解 251
13.2.6结果检查 252
13.3桁架结构的抗屈曲分析 252
13.3.1问题描述252
13.3.2Workbench基础操作 253
13.3.3创建多体部件体 254
13.3.4网格参数设置 255
13.3.5施加载荷与约束 256
13.3.6设置求解选项 257
13.3.7求解并显示求解结果 258
13.3.8保存与退出 260
13.4本章小结 260
第14章 结构非线性分析 261
14.1结构非线性分析概述 261
14.2结构非线性分析流程 263
14.2.1超弹性材料 264
14.2.2塑性材料 266
14.3销轴的结构非线性分析 270
14.3.1问题描述 271
14.3.2启动Workbench并建立分析项目 271
14.3.3创建几何体 272
14.3.4添加模型材料属性 277
14.3.5划分网格 280
14.3.6求解载荷步数的设置 282
14.3.7施加载荷与约束 283
14.3.8结果后处理（设置求解项） 284
14.3.9求解并显示求解结果 286
14.3.10保存与退出 290
14.4本章小结 291
第15章 接触问题分析 292
15.1接触问题分析概述 292
15.1.1罚函数法和增强拉格朗日法 292
15.1.2拉格朗日乘数法 293
15.1.3多点约束法 293
15.2接触问题分析流程 294
15.2.1接触刚度与渗透 294
15.2.2接触类型 295
15.2.3对称/非对称行为 295
15.2.4施加摩擦接触 296
15.2.5检查接触结果 297
15.3轴承内外套的接触分析 297
15.3.1问题描述 297
15.3.2启动Workbench并建立分析项目 297
15.3.3创建几何体 298
15.3.4添加模型材料属性 306
15.3.5设置接触选项 308
15.3.6划分网格 309
15.3.7施加载荷与约束 311
15.3.8结果后处理（设置求解项） 313
15.3.9求解并显示求解结果 314
15.3.10保存与退出 316
15.4本章小结 316
第16章 Workbench优化设计 317
16.1Design Exploration概述 317
16.1.1参数定义 317
16.1.2设定优化方法 317
16.1.3Design Exploration选项 318
16.1.4Design Exploration特点 318
16.1.5Design Exploration操作界面 319
16.2Design Exploration优化设计基础 320
16.2.1参数设置 320
16.2.2响应曲面优化 321
16.2.3响应曲面 323
16.2.4实验设计 324
16.2.5六西格玛分析 326
16.3连接板的优化设计 327
16.3.1问题描述 328
16.3.2启动Workbench并建立分析项目 328
16.3.3导入几何体 328
16.3.4添加材料库 330
16.3.5添加模型材料属性 331
16.3.6划分网格 332
16.3.7施加约束与载荷 333
16.3.8结果后处理（设置求解项） 335
16.3.9求解并显示求解结果 336
16.3.10观察优化参数 336
16.3.11响应曲面 339
16.3.12观察新设计点的结果 342
16.3.13保存与退出 343
16.4本章小结 343
第17章 流体动力学分析 344
17.1流体动力学基础 344
17.1.1质量守恒方程 344
17.1.2动量守恒方程 344
17.1.3能量守恒方程 345
17.1.4湍流模型 345
17.2流体动力学的分析流程 346
17.3基于Fluent的导弹流体动力学分析 347
17.3.1案例介绍 347
17.3.2启动Workbench并建立分析项目 347
17.3.3导入几何体 348
17.3.4划分网格 350
17.3.5网格检查与处理 352
17.3.6设置物理模型和材料 354
17.3.7设置操作环境和边界条件 355
17.3.8设置求解方法和控制参数 356
17.3.9设置监视窗口和初始化 356
17.3.10求解和退出 359
17.3.11计算结果的后处理 360
17.3.12保存与退出 366
17.4本章小结 366
第18章 电磁场分析 367
18.1电磁场基本理论 367
18.1.1麦克斯韦方程组 367
18.1.2电磁场微分方程 368
18.1.3ANSYS Workbench平台电磁分析 369
18.1.4ANSYS Maxwell软件电磁分析 370
18.2导体磁场计算 371
18.2.1启动ANSYS Electronics Desktop 2016并建立分析项目 371
18.2.2建立几何模型 372
18.2.3设置求解域 372
18.2.4定义材料属性 372
18.2.5边界条件与激励 374
18.2.6求解计算 374
18.2.7图表显示 376
18.2.8加载Maxwell工程文件 377
18.2.9保存与退出 377
18.3电感计算 378
18.3.1启动Workbench并建立分析项目 378
18.3.2建立几何模型 378
18.3.3建立求解器及求解域 379
18.3.4添加材料 379
18.3.5网格划分 380
18.3.6求解计算 382
18.3.7保存与退出 383
18.4本章小结 383
第19章 多物理场耦合分析 384
19.1多物理场耦合分析概述 384
19.2电磁热耦合分析 385
19.2.1问题描述 385
19.2.2软件启动与保存 386
19.2.3建立电磁分析 386
19.2.4建立几何模型 388
19.2.5设置求解域 390
19.2.6赋予材料属性 390
19.2.7添加激励 391
19.2.8添加分析步 392
19.2.9模型检查与计算 392
19.2.10后处理 393
19.2.11创建数据共享 394
19.2.12设定材料 396
19.2.13划分网格 397
19.2.14添加边界条件与映射激励 398
19.2.15求解计算 399
19.2.16后处理 399
19.3本章小结 400
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