ANSYSWorkbench结构分析理论详解与高级应用尚晓江孟志华水利水电

作者将ANSYS Workbench结构分析用户常见的各种疑难问题，结合ANSYS官方资料和长期从事ANSYS技术支持工作的经验，归纳为十余个技术专题，形成本书。本书基于ANSYS 2019R2及以上版本。内容包括结构分析的理论背景、仿真几何模型的准备、部件的装配与连接、网格划分与网格编辑、外部模型的装配、载荷和边界条件、应力奇异和应力解答的精度问题、高级接触选项、非线性分析的监控与故障诊断、结构动力学分析专题、流固耦合分析、多体动力学分析与动力子结构方法、热传导与热应力计算、APDL Command对象使用、结构优化设计、Workbench建模选项对应的ANSYS单元与选项说明等。

本书的特色是结合算例对相关问题进行分析和讲解，可以帮助读者有效地提升理论水平和软件应用水平，在使用ANSYS进行结构分析过程中做到概念清晰、心中有数。

本书适合作为机械、车辆、航空、土木、力学等相关工科专业研究生或高年级本科生学习有限元分析及ANSYS软件应用课程的参考书，也适合从事结构分析的工程技术人员和ANSYS软件用户作为自学教材使用。

前言

章 href="#_Toc41310039">ANSYS Workbench结构分析的理论背景 1

href="#_Toc41310040">1.1 ANSYS结构静力学有限元分析的理论
背景 1

href="#_Toc41310041">1.1.1 有限单元法概述 1

href="#_Toc41310042">1.1.2 单元分析与结构分析 5

href="#_Toc41310043">1.1.3 等参变换与数值积分 8

href="#_Toc41310044">1.1.4 克服网格锁定的单元技术 18

href="#_Toc41310045">1.1.5 应变和应力的计算与后处理 23

href="#_Toc41310046">1.2 ANSYS结构动力有限元分析的理论背景 32

href="#_Toc41310047">1.2.1 结构动力学的基本概念与方程 32

href="#_Toc41310048">1.2.2 模态分析 34

href="#_Toc41310049">1.2.3 谐响应分析 36

href="#_Toc41310050">1.2.4 瞬态分析 38

href="#_Toc41310051">1.2.5 响应谱分析 40

href="#_Toc41310052">1.2.6振动分析 48

href="#_Toc41310053">1.3 ANSYS热分析及热应力计算的理论背景 49

href="#_Toc41310054">1.3.1 热传导问题的基本方程 49

href="#_Toc41310055">1.3.2 热传导有限元分析 52

href="#_Toc41310056">1.3.3 热应力计算 54

href="#_Toc41310057">1.4 ANSYS结构屈曲分析的理论背景 55

href="#_Toc41310058">1.5 ANSYS结构非线性分析的概念和理论
背景 56

href="#_Toc41310059">1.5.1 非线性问题的基本概念和分类 56

href="#_Toc41310060">1.5.2 结构塑性分析的理论基础 57

href="#_Toc41310061">1.5.3 几何非线性分析的理论基础 60

href="#_Toc41310062">1.5.4 接触分析算法简介 63

href="#_Toc41310063">1.5.5 非线性问题的求解方法 69

href="#_Toc41310064">1.6 ANSYS流体-结构耦合分析的理论背景 71

第2章 href="#_Toc41310065">ANSYS 2019R2-R3结构分析新环境
概览 73

href="#_Toc41310066">2.1 Mechanical结构分析新环境概述 73

href="#_Toc41310067">2.2 Mechanical界面的核心操作逻辑 82

href="#_Toc41310068">2.3 其他辅助性界面功能区 85

第3章 href="#_Toc41310069">ANSYS Workbench结构分析建模思想
与方法 91

href="#_Toc41310070">3.1 ANSYS结构分析建模思想与单元选择 91

href="#_Toc41310071">3.1.1 ANSYS结构分析建模的二次映射
思想 91

href="#_Toc41310072">3.1.2 根据工程结构分类选用ANSYS
单元 92

href="#_Toc41310073">3.2 关于结构分析的几何模型 94

href="#_Toc41310074">3.2.1 ANSYS Workbench的分析系统和Geometry组件 94

href="#_Toc41310075">3.2.2 几何模型的准备 97

href="#_Toc41310076">3.2.3 Mechanical中的Geometry分支 103

href="#_Toc41310077">3.3 定义连接关系 111

href="#_Toc41310078">3.3.1 定义接触及基本接触选项 111

href="#_Toc41310079">3.3.2 Joint连接及相关选项 117

href="#_Toc41310080">3.3.3 其他连接方式 121

href="#_Toc41310081">3.4 Mesh、Mesh Edit及Mesh Numbering 125

href="#_Toc41310082">3.5 Named Selection的应用 129

href="#_Toc41310083">3.6 Remote Point技术及其应用 133

href="#_Toc41310084">3.7 External Model和Mechanical Model的
定义和装配 135

第4章 href="#_Toc41310085">结构分析的边界条件与载荷 139

href="#_Toc41310086">4.1 求解过程组织与载荷步设置 139

href="#_Toc41310087">4.2 边界条件及载荷类型的解释说明 143

href="#_Toc41310088">4.3 实用加载方法与例题 154

href="#_Toc41310089">4.3.1 施加于SHELL单元上的静水压力
例题 154

href="#_Toc41310090">4.3.2 通过位置函数方式加载例题 160

href="#_Toc41310091">4.3.3 Nodal Orientation在加载中的应用 165

第5章 href="#_Toc41310092">与应力解答有关的问题 176

href="#_Toc41310093">5.1 应力奇异问题及对策 176

href="#_Toc41310094">5.1.1 应力奇异问题的表现形式与实质 176

href="#_Toc41310095">5.1.2 解决应力奇异问题的若干对策 176

href="#_Toc41310096">5.2 如何提高应力解答的精度 177

href="#_Toc41310097">5.2.1 单元选择与网格划分的相关考虑 177

href="#_Toc41310098">5.2.2 应用子模型技术计算局部应
力解 177

href="#_Toc41310099">5.2.3 应用Convergence工具计算
应力解 179

href="#_Toc41310100">5.3 基于子模型及收敛性技术的应力计算
实例 179

href="#_Toc41310101">5.3.1 应用子模型计算实体结构的局部
应力 179

href="#_Toc41310102">5.3.2 应用收敛工具计算实体结构局部
应力 188

href="#_Toc41310103">5.3.3 应用子模型计算拱壳开孔附近的
应力 190

第6章 href="#_Toc41310104">非线性分析专题 198

href="#_Toc41310105">6.1 非线性分析材料参数及前处理注意事项 198

href="#_Toc41310106">6.1.1 非线性材料参数的定义方法与注意
事项 198

href="#_Toc41310107">6.1.2 非线性分析的单元与网格控制选项 200

href="#_Toc41310108">6.1.3 模型几何缺陷的引入 201

href="#_Toc41310109">6.2 高级接触选项设置 204

href="#_Toc41310110">6.3 非线性分析的求解选项设置 210

href="#_Toc41310111">6.4 非线性分析求解监控与问题诊断 215

href="#_Toc41310112">6.5 非线性分析例题 221

href="#_Toc41310113">6.5.1 接触分析例题：接触界面调整 221

href="#_Toc41310114">6.5.2 接触分析例题：插销过盈装配与
拔拉分析 233

href="#_Toc41310115">6.5.3 非线性屈曲分析例题：悬臂钢板 238

第7章 href="#_Toc41310116">结构动力学分析及应用 252

href="#_Toc41310117">7.1 模态分析要点 252

href="#_Toc41310118">7.2 谐响应分析要点 256

href="#_Toc41310119">7.2.1 谐响应分析的两种求解方法 256

href="#_Toc41310120">7.2.2 谐响应分析的载荷与求解选项 257

href="#_Toc41310121">7.2.3 谐响应分析的结果后处理 260

href="#_Toc41310122">7.3 瞬态分析要点 263

href="#_Toc41310123">7.4 响应谱分析及其在抗震工程中的应用 268

href="#_Toc41310124">7.5 振动分析要点 270

href="#_Toc41310125">7.6 结构动力学分析例题 273

href="#_Toc41310126">7.6.1 烟囱结构的抗震分析 273

href="#_Toc41310127">7.6.2 设备支架的谐响应及振动分析 282

href="#_Toc41310128">7.6.3 平台结构在多种激励下的瞬态振动
分析 312

第8章 href="#_Toc41310129">流固耦合动力分析 328

href="#_Toc41310130">8.1 流固耦合实现方法与过程 328

href="#_Toc41310131">8.2 流固耦合分析例题: 双立板在流体的
摆动模拟 329

href="#_Toc41310132">8.2.1 问题描述 329

href="#_Toc41310133">8.2.2 建立分析流程 329

href="#_Toc41310134">8.2.3 瞬态结构分析前处理 330

href="#_Toc41310135">8.2.4 流体域分析前处理 335

href="#_Toc41310136">8.2.5 系统耦合设置及求解 338

href="#_Toc41310137">8.2.6 结果后处理 340

href="#_Toc41310138">第9章机构运动及多体动力分析 347

href="#_Toc41310139">9.1 刚体动力学分析 347

href="#_Toc41310140">9.2 刚柔混合多体分析 349

href="#_Toc41310141">9.2.1 一般瞬态分析方法 349

href="#_Toc41310142">9.2.2 部件模态综合方法（CMS方法） 350

href="#_Toc41310143">9.3 连杆滑块系统的多体动力学分析实例 351

href="#_Toc41310144">9.3.1 连杆滑块系统的刚体运动分析 351

href="#_Toc41310145">9.3.2 刚柔混合多体动力学分析：一般
瞬态分析方法 361

href="#_Toc41310146">9.3.3 刚柔混合多体动力学分析：CMS
方法 365

0章 href="#_Toc41310147">热分析及热应力计算的技术要点 368

href="#_Toc41310148">10.1 结构热分析实现要点 368

href="#_Toc41310149">10.2 热应力计算方法 370

href="#_Toc41310150">10.3 热分析及热应力计算例题：换热片 371

href="#_Toc41310151">10.3.1 问题描述 371

href="#_Toc41310152">10.3.2 换热片的散热分析 372

href="#_Toc41310153">10.3.3 热应力计算 377

1章 href="#_Toc41310154">在Mechanical中应用APDL Command
对象 380

href="#_Toc41310155">11.1 APDL命令的背景知识 380

href="#_Toc41310156">11.2 APDL命令对象在Mechanical组件
中的应用 382

href="#_Toc41310157">11.3 Command对象应用举例：梁结构的
内力图 387

2章 href="#_Toc41310158">DesignXplorer结构优化方法与应用 395

href="#_Toc41310159">12.1 结构优化问题的数学表述 395

href="#_Toc41310160">12.2 ANSYS DX优化技术及实现要点 396

href="#_Toc41310161">12.2.1 ANSYS Workbench的参数管理与
设计点的概念 396

href="#_Toc41310162">12.2.2 参数相关性、DOE与响应面技术 399

href="#_Toc41310163">12.2.3 目标驱动优化 405

href="#_Toc41310164">12.3 DX优化分析实例 409

href="#_Toc41310165">附录A Workbench采用的ANSYS单元类型
说明 417

附录B href="#_Toc41310168">Engineering Data自定义材料及
材料库 422

href="#_Toc41310171">附录C 高级几何处理工具ANSYS SCDM
简介 425

href="#_Toc41310185">参考文献 460

• ANSYS软件资深技术支持专家全新力作
• 内容系统全面，涵盖结构分析各个领域
• 理论实践相结合，讲解深入浅出
• 适用ANSYSWorkbench 2019R2及以上版本