ANSYS Workbench 14有限元分析自学手册

目　录

第1章 ANSYS Workbench 14基础　1
1.1　ANSYS Workbench概述　2
1.1.1　ANSYS Workbench的特点　2
1.1.2　ANSYS Workbench应用分类　3
1.1.3　ANSYS Workbench系统要求和启动　4
1.2　ANSYS Workbench分析的基本过程　5
1.2.1　前处理　6
1.2.2　加载并求解　6
1.2.3　后处理　7
1.3　ANSYS 14的界面　7
1.3.1　工具箱　7
1.3.2　Workbench选项窗口　9
1.4　项目概图　10
1.4.1　系统和单元格　10
1.4.2　单元格的类型　11
1.4.3　了解单元格状态　12
1.4.4　项目概图中的链接　12
1.4.5　创建项目概图实例　13
1.5　Workbench文档管理　15
1.5.1　目录结构　16
1.5.2　显示文件明细　16
1.5.3　打包文件　17
1.6　材料特性应用程序　17
1.6.1　材料库　18
1.6.2　添加库中的材料　19
1.6.3　添加新材料　19
1.7　一个简单的分析实例　20
1.7.1　问题描述　21
1.7.2　项目概图　21
1.7.3　前处理　22
1.7.4　求解　25
1.7.5　结果　25
1.7.6　报告　26

第2章 建立模型　28
2.1　Design Modeler简介　29
2.1.1　进入Design Modeler　29
2.1.2　操作界面介绍　31
2.1.3　Design Modeler和CAD类文件交互　35
2.1.4　Design Modeler中几何体的分类　36
2.1.5　帮助文档　37
2.2　Design Modeler的操作　37
2.2.1　图形控制　38
2.2.2　光标模式　38
2.2.3　选择过滤器　38
2.2.4　右键弹出菜单　41
2.3　绘制草图　43
2.3.1　长度单位制　43
2.3.2　创建新平面　44
2.3.3　创建新草图　45
2.3.4　工具箱　46
2.3.5　草绘附件　51
2.3.6　草图绘制实例——曲柄　51
2.4　特性建模　58
2.4.1　拉伸　59
2.4.2　旋转　63
2.4.3　扫掠　64
2.4.4　放样　64
2.4.5　抽壳　65
2.4.6　倒圆　66
2.4.7　倒角　67
2.4.8　特征建模实例1——底座　68
2.5　体操作　75
2.5.1　镜像　75
2.5.2　移动　76
2.5.3　缝合　76
2.5.4　阵列特征　77
2.5.5　布尔操作　78
2.5.6　直接创建几何体　79
2.5.7　特征建模实例2——链轮　79
2.6　概念建模　85
2.6.1　概念建模工具　86
2.6.2　定义横截面　88
2.6.3　面操作　91
2.6.4　概念建模实例　93

第3章 一般网格控制　99
3.1　网格划分平台　100
3.1.1　网格划分概述　100
3.1.2　网格划分流程　100
3.1.3　分析类型　101
3.2　网格划分方法　102
3.2.1　自动划分方法　102
3.2.2　四面体　103
3.2.3　扫掠　105
3.2.4　多区域　106
3.3　全局网格控制　107
3.3.1　相关性和关联中心　108
3.3.2　全局单元尺寸　109
3.3.3　初始尺寸种子　109
3.3.4　平滑和过渡　110
3.3.5　跨度中心角　110
3.3.6　高级尺寸功能　111
3.4　局部网格控制　113
3.4.1　局部尺寸　114
3.4.2　接触尺寸　117
3.4.3　细化　118
3.4.4　映射面划分　118
3.4.5　匹配控制　119
3.4.6　收缩控制　120
3.4.7　膨胀　121
3.5　网格工具　122
3.5.1　生成网格　122
3.5.2　截面位面　123
3.5.3　命名选项　124
3.6　网格划分实例——四通管网格划分　124
3.6.1　定义几何　125
3.6.2　Mechanical默认与CFD网格　126
3.6.3　截面位面　127
3.6.4　使用面尺寸　129
3.6.5　局部网格划分　130

第4章 Mechanical基础　133
4.1　Mechanical概述　134
4.2　Mechanical界面　135
4.2.1　Mechanical菜单栏　135
4.2.2　工具栏　136
4.2.3　树形目录　138
4.2.4　属性窗格　139
4.2.5　绘图区域　139
4.3　基本分析步骤　140

第5章 线性静态结构分析　142
5.1　几何模型　143
5.1.1　质量点　143
5.1.2　材料特性　144
5.2　分析设置　144
5.3　载荷和约束　146
5.3.1　加速度和重力加速度　146
5.3.2　集中力和压力　147
5.3.3　约束　148
5.4　求解模型　149
5.5　后处理　149
5.6　静力结构学分析1——托架基体强度校核　152
5.6.1　问题描述　153
5.6.2　建立分析项目　153
5.6.3　前处理　155
5.6.4　求解　160
5.6.5　结果　160
5.7　静力结构分析实例2——联轴器变形和应力校核　161
5.7.1　问题描述　162
5.7.2　项目概图　162
5.7.3　前处理　163
5.7.4　求解　166
5.7.5　结果　166
5.7.6　报告　167

第6章 模态分析　169
6.1　模态分析方法　170
6.2　模态系统分析步骤　170
6.2.1　几何体和质点　171
6.2.2　接触区域　171
6.2.3　分析类型　171
6.2.4　载荷和约束　173
6.2.5　求解　173
6.2.6　检查结果　173
6.3　模态分析实例1——轴装配体　173
6.3.1　问题描述　174
6.3.2　项目概图　174
6.3.3　前处理　176
6.3.4　求解　177
6.3.5　结果　177
6.4　模态分析实例2——支架壳体强度校核　180
6.4.1　问题描述　180
6.4.2　项目概图　180
6.4.3　前处理　182
6.4.4　求解　184
6.4.5　结果　184
6.5　模态分析实例3——机翼　187
6.5.1　问题描述　187
6.5.2　项目概图　187
6.5.3　前处理　190
6.5.4　求解　192
6.5.5　模态分析　193

第7章 谐响应分析　196
7.1　谐响应分析简介　197
7.2　谐响应分析步骤　197
7.2.1　建立谐响应分析项　198
7.2.2　加载谐响应载荷　198
7.2.3　求解方法　199
7.2.4　后处理中查看结果　199
7.3　谐响应分析实例——固定梁　200
7.3.1　问题描述　201
7.3.2　项目概图　201
7.3.3　前处理　203
7.3.4　模态分析求解　204
7.3.5　谐响应分析预处理　207
7.3.6　谐响应分析设置并求解　208
7.3.7　谐响应分析后处理　209

第8章 响应谱分析　212
8.1　响应谱分析简介　213
8.1.1　响应谱分析过程　214
8.1.2　在Workbench 14中进行响应谱分析　214
8.2　响应谱分析实例——三层框架结构地震响应分析　215
8.2.1　问题描述　216
8.2.2　项目概图　216
8.2.3　前处理　218
8.2.4　模态分析求解　220
8.2.5　响应谱分析设置并求解　222
8.2.6　查看分析结果　224

第9章 随机振动分析　225
9.1　随机振动分析简介　226
9.1.1　机振动分析过程　226
9.1.2　Workbench 14中进行随机振动分析　226
9.2　振动分析实例——桥梁模型随机振动分析　228
9.2.1　问题描述　228
9.2.2　项目概图　229
9.2.3　前处理　231
9.2.4　模态分析求解　233
9.2.5　随机振动分析设置并求解　235
9.2.6　查看分析结果　237

第10章 热分析　239
10.1　热分析基础　240
10.2　热传递的方式　240
10.3　热分析流程　242
10.3.1　几何模型　243
10.3.2　材料属性　243
10.3.3　实体接触　244
10.3.4　导热率　245
10.3.5　施加热载荷　245
10.3.6　热边界条件　246
10.3.7　求解选项　246
10.3.8　结果和后处理　247
10.4　热分析实例1——传动装配体基座　249
10.4.1　问题描述　249
10.4.2　项目概图　250
10.4.3　前处理　251
10.4.4　求解　256
10.4.5　结果　256
10.5　热分析实例2——变速箱上箱盖　258
10.5.1　问题描述　258
10.5.2　项目概图　258
10.5.3　前处理　260
10.5.4　求解　265
10.5.5　结果　265

第11章 线性屈曲分析　268
11.1　屈曲概述　269
11.2　屈曲分析步骤　269
11.2.1　几何体和材料属性　270
11.2.2　接触区域　270
11.2.3　载荷与约束　271
11.2.4　设置屈曲　271
11.2.5　求解模型　272
11.2.6　检查结果　272
11.3　线性屈曲分析实例1——挺杆　273
11.3.1　问题描述　273
11.3.2　项目概图　274
11.3.3　创建草图　276
11.3.4　Mechanical前处理　277
11.3.5　求解　279
11.3.6　结果　279
11.4　线性屈曲分析实例2——升降架　281
11.4.1　问题描述　281
11.4.2　项目概图　281
11.4.3　Mechanical前处理　283
11.4.4　求解　285
11.4.5　结果　286

第12章 结构非线性分析　287
12.1　非线性分析概论　288
12.1.1　非线性行为的原因　288
12.1.2　非线性分析的基本信息　289
12.2　结构非线性一般过程　292
12.2.1　建立模型　292
12.2.2　分析设置　292
12.2.3　查看结果　295
12.3　接触非线性结构　295
12.3.1　接触基本概念　295
12.3.2　接触类型　296
12.3.3　刚度及渗透　296
12.3.4　Pinball区域　297
12.3.5　对称/非对称行为　298
12.3.6　接触结果　299
12.4　结构非线性实例1——刚性接触　300
12.4.1　问题描述　301
12.4.2　项目概图　301
12.4.3　绘制草图　302
12.4.4　创建面体　302
12.4.5　更改模型类型　304
12.4.6　修改几何体属性　304
12.4.7　添加接触　306
12.4.8　划分网格　308
12.4.9　分析设置　310
12.4.10　求解　313
12.4.11　查看求解结果　315
12.5　结构非线性实例2——O形圈　317
12.5.1　问题描述　318
12.5.2　项目概图　318
12.5.3　绘制草图　319
12.5.4　创建面体　321
12.5.5　添加材料　322
12.5.6　修改几何体属性　324
12.5.7　添加接触　326
12.5.8　划分网格　328
12.5.9　分析设置　330
12.5.10　求解　333
12.5.11　查看求解结果　334

第13章 优化设计　336
13.1　优化设计概论　337
13.1.1　ANSYS优化方法　337
13.1.2　Design Explorer优化特点　338
13.1.3　Design Explorer优化类型　338
13.1.4　参数定义　339
13.2　优化设计界面　339
13.2.1　Design Explorer用户界面　339
13.2.2　Design Explorer数据参数界面　340
13.2.3　读入APDL文件　341
13.3　Design Exploration优化设计使用基础　341
13.3.1　参数的设置　342
13.3.2　目标驱动优化(GDO)　344
13.3.3　响应曲面(Response Surface)　345
13.3.4　六西格玛设计　346
13.4　优化设计实例——连杆六西格玛优化设计　348
13.4.1　问题描述　348
13.4.2　项目概图　349
13.4.3　Mechanical前处理　349
13.4.4　设置求解　352
13.4.5　六西格玛设计　354

附录A ANSYS Workbench中的菜单栏命令　363
A.1　Workbench菜单栏　364
A.2　Design Modeler菜单栏　365
A.3　Mechanical菜单栏　366
附录B 有限元知识架构　368
附录C ANSYS Workbench帮助文件说明　370 显示全部信息