ANSYS结构及动力学分析

目 录
第1部分 基础篇
第1章 ANSYS操作基础 1
1.1 概述 1
1.2 操作界面 2
1.2.1 启动与设置 2
1.2.2 界面介绍 4
1.2.3 鼠标操作 6
1.3 ANSYS文件系统 6
1.3.1 文件类型 6
1.3.2 导入及导出其他兼容的数据
格式 7
1.3.3 保存数据库文件 7
1.3.4 读取数据库文件 8
1.4 ANSYS分析过程 8
1.4.1 有限元分析过程 8
1.4.2 ANSYS典型分析过程 10
第2章 几何建模 11
2.1 几何建模概述 11
2.2 坐标系 12
2.2.1 坐标系的类型 12
2.2.2 总体坐标系 12
2.2.3 局部坐标系 13
2.2.4 显示坐标系 14
2.2.5 节点坐标系 14
2.2.6 单元坐标系 15
2.2.7 结果坐标系 15
2.3 工作平面 16
2.3.1 工作平面概述 16
2.3.2 定义一个新的工作平面 16
2.3.3 控制工作平面的显示和样式 17
2.3.4 移动工作平面 17
2.3.5 旋转工作平面 18
2.4 布尔操作 18
2.4.1 布尔操作的设置 18
2.4.2 相交操作 18
2.4.3 两两相交操作 19
2.4.4 相加操作 20
2.4.5 相减操作 20
2.4.6 利用工作平面相减操作 21
2.4.7 粘接操作 22
2.4.8 搭接操作 22
2.4.9 分割操作 23
2.5 自底向上创建几何模型 23
2.5.1 关键点 23
2.5.2 硬点 25
2.5.3 线 26
2.5.4 面 29
2.5.5 体 31
2.6 自顶向下创建几何模型 32
2.6.1 创建面素 33
2.6.2 创建体素 34
2.7 移动、复制和缩放几何模型 35
2.7.1 复制图元 35
2.7.2 镜像图元 36
2.7.3 转换图元的坐标系 36
2.7.4 图元的缩放 37
2.8 将CAD几何模型导入ANSYS 37
2.8.1 从IGES文件中输入几何
模型 37
2.8.2 用IGES文件进行工作 37
2.8.3 把常用的CAD模型数据
导入ANSYS 38
2.9 综合实例 39
实例2-1 直齿圆柱齿轮建模 39
实例2-2 轴承座建模 53
实例2-3 导入显示器外壳 67
第3章 网格划分 70
3.1 有限元模型概述 70
3.2 设置单元属性 71
3.2.1 生成单元属性表 71
3.2.2 网格划分前分配单元属性 72
3.3 网格划分控制 73
3.3.1 网格划分工具 74
3.3.2 尺寸控制 75
3.3.3 网格划分器选项 76
3.3.4 单元形状控制 76
3.4 自由网格划分和映射网格划分 77
3.4.1 自由网格划分 77
3.4.2 映射网格划分 77
3.5 直接生成有限元模型 78
3.5.1 节点 78
3.5.2 单元 81
3.6 编号控制 84
3.6.1 合并重复项 84
3.6.2 压缩编号 85
3.6.3 设置起始编号 85
3.6.4 设置编号偏差 86
3.7 工程实例 86
实例3-1 轴的建模及网格划分 86
实例3-2 叶轮的建模及网格划分 93
实例3-3 飞轮的建模及网格划分 102
第4章 施加载荷 115
4.1 载荷概述 115
4.1.1 载荷类型 115
4.1.2 载荷步、子步和平衡迭代 116
4.1.3 时间的作用 116
4.1.4 加载方式 117
4.1.5 实体模型载荷与有限元模型
载荷 118
4.2 施加载荷 118
4.2.1 自由度约束 119
4.2.2 集中载荷 119
4.2.3 表面载荷 120
4.2.4 体载荷 121
4.2.5 惯性载荷 122
4.2.6 耦合场载荷 122
第5章 求解过程 123
5.1 求解概述 123
5.2 求解器 123
5.2.1 波前直接法 125
5.2.2 稀疏矩阵直接法 125
5.2.3 雅可比共轭梯度法 125
5.2.4 不完全分解共轭梯度法 125
5.2.5 预条件共轭梯度法 125
5.2.6 自动迭代法 126
5.3 求解方式 126
5.3.1 一般求解 126
5.3.2 多载荷步求解 127
5.3.3 重新启动分析 128
5.4 ANSYS求解前的预估计 129
5.4.1 估计求解时间 129
5.4.2 估计文件大小 130
5.4.3 估计内存需求 130
5.5 求解时需要注意的事项 131
第6章 结果后处理 132
6.1 后处理概述 132
6.1.1 什么是后处理 132
6.1.2 结果文件 133
6.1.3 后处理可用的数据类型 133
6.2 通用后处理 133
6.2.1 读入结果文件 133
6.2.2 显示结构变形图 134
6.2.3 显示等值线分布图 134
6.2.4 绘制矢量图 134
6.2.5 绘制粒子轨迹图 136
6.2.6 结果的列表显示 136
6.2.7 单元数据列表 136
6.2.8 映射结果到指定路径 136
6.2.9 显示动画 137
6.3 时间历程后处理器 137
6.3.1 定义和存储变量 137
6.3.2 变量的操作 138
6.3.3 设置变量 139
6.3.4 查看变量 139
第7章 ANSYS参数化设计语言 141
7.1 APDL概述 141
7.2 使用参数 142
7.2.1 参数的命名规则 142
7.2.2 变量参数 142
7.2.3 数组参数 143
7.2.4 参数的列表显示 144
7.3 APDL的流程控制语句 145
7.3.1 *GO无条件分支语句 145
7.3.2 *IF…*IFELSE…*ELSE…
*ENDIF条件分支语句 145
7.3.3 *DO…*ENDDO循环语句 146
7.3.4 *DOWHILE循环语句 146
7.3.5 *REPEAT重复语句 147
7.4 APDL宏文件 147
7.4.1 使用“*CREATE”命令创建
宏文件 148
7.4.2 使用“*CFOPEN、*CFWRITE
和*CFCLOS”命令创建宏
文件 148
7.4.3 使用“/TEE”命令创建
宏文件 149
7.4.4 使用GUI方式创建宏文件 149
7.4.5 运行宏文件 150
7.5 运算符、函数和函数编辑器 151
7.5.1 运算符 151
7.5.2 函数 151
7.5.3 函数编辑器 152
7.6 工程实例 153
实例7-1 圆盘的静力分析 153

第2部分 高级篇

第8章 静力学分析 155
8.1 静力学分析概述 155
8.2 静力学分析的步骤 156
8.2.1 建立模型 156
8.2.2 加载求解 156
8.2.3 结果后处理 157
8.3 工程实例 158
实例8-1 三角形桁架的静力分析 158
实例8-2 工字梁的静力分析 169
实例8-3 方形壳的静力分析 182
实例8-4 管线的静力分析 196
实例8-5 飞轮的静力分析 210
第9章 非线性分析 225
9.1 非线性分析概述 225
9.1.1 引起非线性的原因 225
9.1.2 非线性分析的相关概念 226
9.2 非线性分析的步骤 227
9.2.1 建立模型 227
9.2.2 设置求解控制选项 227
9.2.3 设置其他求解控制选项 230
9.2.4 加载求解 232
9.2.5 结果后处理 232
9.3 工程实例 232
实例9-1 细长杆的非线性屈曲
分析 232
实例9-2 圆盘的非线性分析 252
实例9-3 铆钉的非线性分析 262
第10章 模态分析 274
10.1 模态分析概述 274
10.1.1 Block Lanczos（分块
兰索斯）法 275
10.1.2 Subspace（子空间）法 275
10.1.3 PCG Lanczos（预条件
共轭梯度兰索斯）法 275
10.1.4 Reduced（缩减）法 275
10.1.5 Unsymmetric（非对称）法 276
10.1.6 Damped（阻尼）法 276
10.1.7 QR Damped（QR
阻尼）法 276
10.2 模态分析的步骤 276
10.2.1 建立模型 276
10.2.2 加载求解 277
10.2.3 扩展模态 281
10.2.4 结果后处理 283
10.3 工程实例 284
实例10-1 悬臂梁的模态分析 284
实例10-2 齿轮的模态分析 295
实例10-3 显示器外壳的模态
分析 307
实例10-4 圆盘的模态分析 318
第11章 谐响应分析 334
11.1 谐响应分析概述 334
11.1.1 Full（完全）法 335
11.1.2 Reduced（缩减）法 335
11.1.3 Mode Superpos’n（模态
叠加）法 335
11.2 谐响应分析的步骤 335
11.2.1 建立模型 336
11.2.2 设置分析类型和选项 336
11.2.3 加载求解 338
11.2.4 结果后处理 340
11.3 工程实例 341
实例11-1 弹簧质量系统的谐响应
分析 341
实例11-2 琴弦的谐响应分析 355
实例11-3 工作台的谐响应分析 368
第12章 瞬态动力学分析 385
12.1 瞬态动力学分析概述 385
12.1.1 Full（完全）法 385
12.1.2 Reduced（缩减）法 386
12.1.3 Mode Superpos’n（模态
叠加）法 386
12.2 瞬态动力学分析的步骤 386
12.2.1 建立模型 387
12.2.2 设置初始条件 387
12.2.3 设置求解控制选项 388
12.2.4 设置其他求解控制选项 389
12.2.5 施加载荷 390
12.2.6 定义多步载荷 392
12.2.7 求解 392
12.2.8 结果后处理 392
12.3 工程实例 394
实例12-1 弹簧质量系统的瞬态
动力学分析 394
实例12-2 钟摆摆动的瞬态动力学
分析 405
第13章 谱分析 415
13.1 谱分析概述 415
13.1.1 响应谱 415
13.1.2 动力设计分析方法 416
13.1.3 功率谱密度 416
13.2 谱分析的步骤 416
13.2.1 建立模型 416
13.2.2 模态分析 416
13.2.3 谱分析 417
13.2.4 扩展模态 419
13.2.5 合并模态 420
13.2.6 结果后处理 422
13.3 工程实例 422
实例13-1 梁板结构在振动位移
谱下的响应 422
第14章 屈曲分析 444
14.1 屈曲分析概述 444
14.2 屈曲分析的步骤 444
14.2.1 建立模型 445
14.2.2 静力学分析 445
14.2.3 特征值屈曲分析 445
14.2.4 扩展解 447
14.2.5 结果后处理 449
14.3 工程实例 449
实例14-1 圆柱壳的屈曲分析 449
参考文献 468