ANSYS Workbench有限元分析完全自學手冊

目　錄
CONTENTS
第 1篇 基礎(chǔ)知識篇
第 1章　ANSYS Workbench2021 R1基礎(chǔ)　3
1.1 有限元法簡介　 4
1.1.1 有限元法的基本思想　 4
1.1.2 有限元法的特點　 4
1.2 ANSYS簡介　 5
1.2.1 ANSYS的發(fā)展　 5
1.2.2 ANSYS的功能　 6
1.3 ANSYS Workbench概述　 7
1.3.1 ANSYS Workbench 的特點　 7
1.3.2 ANSYS Workbench的應用　 8
1.4 ANSYS Workbench分析的基本過程　 9
1.4.1 前處理　10
1.4.2 加載并求解　10
1.4.3 后處理　10
1.5 ANSYS Workbench 2021 R1的設計流程　11
1.6 ANSYS Workbench 2021 R1的系統(tǒng)要求和啟動　11
1.6.1 系統(tǒng)要求　11
1.6.2 啟動　12
1.6.3 設置ANSYS Workbench 2021 R1的中文界面　13
第 2章　項目管理　15
2.1 工具箱　16
2.2 項目原理圖　17
2.2.1 系統(tǒng)和模塊　17
2.2.2 模塊的介紹　18
2.2.3 模塊的狀態(tài)　18
2.2.4 項目原理圖中的鏈接　19
2.3 Workbench選項窗口　20
2.4 Workbench 文檔管理　20
2.4.1 目錄結(jié)構(gòu)　20
2.4.2 顯示文件明細　21
2.4.3 存檔文件　21
2.5 創(chuàng)建項目原理圖實例　22
第3章　DesignModeler圖形用戶界面　25
3.1 啟動DesignModeler　26
3.2 圖形用戶界面　27
3.2.1 界面介紹　27
3.2.2 DesignModeler窗格定制　29
3.2.3 DesignModeler主菜單　30
3.2.4 DesignModeler工具欄　31
3.2.5 詳細信息視圖窗格　31
3.2.6 DesignModeler與CAD類文件交互　31
3.3 選擇操作　32
3.3.1 基本鼠標功能　33
3.3.2 選擇過濾器　33
3.4 視圖操作　35
3.4.1 圖形控制　35
3.4.2 鼠標指針狀態(tài)　36
3.5 右鍵快捷菜單　36
3.5.1 插入特征　36
3.5.2 隱藏/顯示目標　37
3.5.3 部件或體抑制　38
3.5.4 轉(zhuǎn)到特征　38
3.6 幫助文檔　39
第4章　草圖模式　40
4.1 DesignModeler中幾何體的分類　41
4.2 繪制草圖　41
4.2.1 長度單位　41
4.2.2 創(chuàng)建新平面　41
4.2.3 創(chuàng)建新草圖　42
4.2.4 草圖的隱藏與顯示　43
4.3 工具箱　43
4.3.1 繪制工具箱　44
4.3.2 修改工具箱　44
4.3.3 維度工具箱　46
4.3.4 約束工具箱　47
4.3.5 設置工具箱　48
4.4 附屬工具　49
4.4.1 標尺工具　49
4.4.2 正視于工具　49
4.4.3 撤銷工具　49
4.5 實例—墊片草圖　49
第5章　三維特征　54
5.1 建模特性　55
5.1.1 擠出　55
5.1.2 旋轉(zhuǎn)　58
5.1.3 掃掠　58
5.1.4 蒙皮/放樣　59
5.1.5 薄/表面　59
5.2 修改特征　60
5.2.1 固定半徑混合　60
5.2.2 變量半徑混合　61
5.2.3 頂點倒圓　61
5.2.4 倒角　61
5.3 幾何體操作　62
5.3.1 縫補　62
5.3.2 簡化　63
5.3.3 切割材料　63
5.3.4 壓印面　63
5.4 幾何體轉(zhuǎn)換　64
5.4.1 移動　64
5.4.2 平移　65
5.4.3 旋轉(zhuǎn)　65
5.4.4 鏡像　65
5.4.5 比例　65
5.5 高級體操作　66
5.5.1 陣列特征　66
5.5.2 布爾操作　67
5.5.3 直接創(chuàng)建幾何體　67
5.6 實例1——聯(lián)軸器　68
5.6.1 新建模型　68
5.6.2 擠出模型　69
5.6.3 擠出底面　70
5.6.4 擠出大圓孔　71
5.6.5 擠出生成鍵槽　72
5.6.6 擠出小圓孔　73
5.7 實例2——機蓋　74
5.7.1 新建模型　74
5.7.2 旋轉(zhuǎn)模型　74
5.7.3 陣列筋　76
5.7.4 創(chuàng)建底面　78
第6章　高級三維建?！?1
6.1 建模工具　82
6.1.1 凍結(jié)和解凍　82
6.1.2 抑制幾何體　82
6.1.3 多體零件　83
6.2 高級工具　83
6.2.1 命名的選擇　83
6.2.2 中間表面　84
6.2.3 外殼　86
6.2.4 對稱特征　86
6.2.5 填充　87
6.2.6 切片　88
6.2.7 面刪除　89
6.3 實例——鑄管　90
6.3.1 導入模型　90
6.3.2 填充特征　91
6.3.3 簡化模型　91
第7章　概念建?！?3
7.1 概念建模工具　94
7.1.1 來自點的線　94
7.1.2 草圖線　94
7.1.3 分割邊　95
7.1.4 邊線　95
7.2 橫截面　96
7.2.1 橫截面樹形目錄　96
7.2.2 橫截面編輯　96
7.3 面操作　99
7.3.1 邊表面　99
7.3.2 草圖表面　99
7.3.3 面修補　100
7.3.4 邊接頭　100
7.4 實例——框架結(jié)構(gòu)　101
7.4.1 新建模型　101
7.4.2 創(chuàng)建草圖　101
7.4.3 創(chuàng)建線體　103
7.4.4 創(chuàng)建橫截面　103
7.4.5 創(chuàng)建梁之間的面　104
7.4.6 生成多體零件　104
第8章　一般網(wǎng)格控制　106
8.1 網(wǎng)格劃分概述　107
8.1.1 ANSYS網(wǎng)格劃分應用程序概述　107
8.1.2 網(wǎng)格劃分步驟　107
8.1.3 分析類型　107
8.2 全局網(wǎng)格控制　109
8.2.1 全局單元尺寸　109
8.2.2 全局尺寸調(diào)整　109
8.2.3 質(zhì)量　111
8.2.4 高級尺寸功能　112
8.3 局部網(wǎng)格控制　113
8.3.1 尺寸調(diào)整　113
8.3.2 接觸尺寸　116
8.3.3 加密　117
8.3.4 面網(wǎng)格剖分　118
8.3.5 匹配控制　119
8.3.6 收縮　120
8.3.7 膨脹　120
8.4 網(wǎng)格工具　121
8.4.1 生成網(wǎng)格　121
8.4.2 截面　122
8.4.3 創(chuàng)建命名選擇　123
8.5 網(wǎng)格劃分方法　123
8.5.1 自動劃分方法　124
8.5.2 四面體　124
8.5.3 掃掠　126
8.5.4 多區(qū)域　126
8.6 實例1——兩管容器網(wǎng)格劃分　128
8.6.1 定義幾何結(jié)構(gòu)　128
8.6.2 初始化網(wǎng)格　129
8.6.3 命名選擇　130
8.6.4 膨脹　131
8.6.5 截面　132
8.7 實例2——四通管網(wǎng)格劃分　132
8.7.1 定義幾何結(jié)構(gòu)　133
8.7.2 CFD網(wǎng)格　134
8.7.3 截面　134
8.7.4 使用面尺寸　136
8.7.5 局部網(wǎng)格劃分　137
第9章　Mechanical簡介　140
9.1 啟動Mechanical　141
9.2 Mechanical圖形用戶界面　141
9.2.1 Mechanical功能區(qū)　142
9.2.2 圖形工具欄　143
9.2.3 樹形目錄　143
9.2.4 詳細信息窗格　143
9.2.5 視圖區(qū)域　144
9.2.6 應用向?qū)А?45
9.3 基本分析步驟　145
9.4 實例——非標鋁合金彎管頭　146
9.4.1 問題描述　146
9.4.2 項目原理圖　147
9.4.3 前處理　148
9.4.4 求解　151
9.4.5 結(jié)果　151
第 2篇 專題實例篇
第 10章　靜力結(jié)構(gòu)分析　155
10.1 幾何模型　156
10.1.1 質(zhì)點　156
10.1.2 材料特性　157
10.2 分析設置　157
10.3 載荷和約束　158
10.3.1 加速度　159
10.3.2 集中力　159
10.3.3 約束　160
10.4 求解模型　161
10.5 后處理　162
10.6 實例1——連桿基體強度校核　164
10.6.1 問題描述　164
10.6.2 項目原理圖　165
10.6.3 前處理　165
10.6.4 求解　169
10.6.5 結(jié)果　169
10.7 實例2——聯(lián)軸器變形和應力校核　171
10.7.1 問題描述　171
10.7.2 項目原理圖　171
10.7.3 前處理　172
10.7.4 求解　174
10.7.5 結(jié)果　175
10.8 實例3——基座基體強度校核　176
10.8.1 問題描述　176
10.8.2 項目原理圖　176
10.8.3 前處理　178
10.8.4 求解　181
10.8.5 結(jié)果　181
第 11章　模態(tài)分析　183
11.1 模態(tài)分析方法　184
11.2 模態(tài)分析步驟　184
11.2.1 幾何體和質(zhì)點　184
11.2.2 接觸區(qū)域　184
11.2.3 分析類型　185
11.2.4 載荷和約束　186
11.2.5 求解　186
11.2.6 檢查結(jié)果　186
11.3 實例1——機蓋殼體強度校核　186
11.3.1 問題描述　186
11.3.2 項目原理圖　186
11.3.3 前處理　188
11.3.4 求解　189
11.3.5 結(jié)果　190
11.4 實例2——長鉚釘預應力　191
11.4.1 問題描述　192
11.4.2 項目原理圖　192
11.4.3 前處理　193
11.4.4 求解　195
11.4.5 結(jié)果　195
11.5 實例3——機翼　197
11.5.1 問題描述　198
11.5.2 項目原理圖　198
11.5.3 前處理　199
11.5.4 求解　201
11.5.5 結(jié)果　202
第 12章　響應譜分析　205
12.1 響應譜分析簡介　206
12.1.1 響應譜分析步驟　206
12.1.2 在ANSYS Workbench2021 R1中進行響應譜分析　207
12.2 實例——兩跨三層框架結(jié)構(gòu)地震響應分析　208
12.2.1 問題描述　208
12.2.2 項目原理圖　209
12.2.3 前處理　210
12.2.4 模態(tài)分析求解　212
12.2.5 響應譜分析設置并求解　214
12.2.6 查看分析結(jié)果　215
第 13章　諧響應分析　217
13.1 諧響應分析簡介　218
13.2 諧響應分析步驟　218
13.2.1 建立諧響應分析　218
13.2.2 加載諧響應載荷　219
13.2.3 求解方法　219
13.2.4 查看結(jié)果　219
13.3 實例——固定梁　220
13.3.1 問題描述　220
13.3.2 項目原理圖　220
13.3.3 前處理　223
13.3.4 模態(tài)分析求解　223
13.3.5 諧響應分析預處理　225
13.3.6 諧響應分析設置并求解　226
13.3.7 諧響應分析后處理　227
第 14章　隨機振動分析　230
14.1 隨機振動分析簡介　231
14.1.1 隨機振動分析步驟　231
14.1.2 在ANSYS Workbench2021 R1中進行隨機振動分析　231
14.2 實例——橋梁模型隨機振動分析　232
14.2.1 問題描述　232
14.2.2 項目原理圖　233
14.2.3 前處理　234
14.2.4 模態(tài)分析求解　237
14.2.5 隨機振動分析設置并求解　239
14.2.6 查看分析結(jié)果　240
第 15章　線性屈曲分析　242
15.1 線性屈曲概述　243
15.2 線性屈曲分析步驟　243
15.2.1 幾何體和材料屬性　244
15.2.2 接觸區(qū)域　244
15.2.3 載荷與約束　244
15.2.4 設置屈曲　244
15.2.5 求解模型　244
15.2.6 檢查結(jié)果　245
15.3 實例1——空心管　246
15.3.1 問題描述　246
15.3.2 項目原理圖　247
15.3.3 創(chuàng)建草圖　248
15.3.4 前處理　249
15.3.5 求解　250
15.3.6 結(jié)果　251
15.4 實例2——升降架　252
15.4.1 問題描述　252
15.4.2 項目原理圖　252
15.4.3 前處理　253
15.4.4 求解　255
15.4.5 結(jié)果　256
第 16章　結(jié)構(gòu)非線性分析　257
16.1 結(jié)構(gòu)非線性分析概論　258
16.1.1 引起結(jié)構(gòu)非線性的原因　258
16.1.2 結(jié)構(gòu)非線性分析的基本信息　259
16.2 結(jié)構(gòu)非線性分析的一般過程　261
16.2.1 建立模型　261
16.2.2 分析設置　262
16.2.3 查看結(jié)果　264
16.3 接觸非線性結(jié)構(gòu)　264
16.3.1 接觸基本概念　264
16.3.2 接觸類型　265
16.3.3 剛度及滲透　265
16.3.4 搜索區(qū)域　266
16.3.5 對稱/非對稱接觸行為　266
16.3.6 接觸結(jié)果　268
16.4 實例1——剛性接觸　268
16.4.1 問題描述　268
16.4.2 項目原理圖　269
16.4.3 繪制草圖　269
16.4.4 創(chuàng)建面體　270
16.4.5 更改模型分析類型　271
16.4.6 修改幾何體屬性　271
16.4.7 添加接觸　272
16.4.8 劃分網(wǎng)格　274
16.4.9 分析設置　275
16.4.10 求解　277
16.4.11 查看求解結(jié)果　279
16.4.12 接觸結(jié)果后處理　280
16.5 實例2——“O”形密封圈　282
16.5.1 問題描述　282
16.5.2 項目原理圖　282
16.5.3 繪制草圖　283
16.5.4 創(chuàng)建面體　285
16.5.5 添加材料　285
16.5.6 修改幾何體屬性　287
16.5.7 添加接觸　289
16.5.8 劃分網(wǎng)格　290
16.5.9 分析設置　292
16.5.10 求解　293
16.5.11 查看求解結(jié)果　294
第 17章　熱分析　296
17.1 熱分析模型　297
17.1.1 幾何模型　297
17.1.2 材料屬性　297
17.2 裝配體　297
17.2.1 實體接觸　297
17.2.2 導熱率　298
17.2.3 點焊　299
17.3 熱環(huán)境功能區(qū)　299
17.3.1 熱載荷　299
17.3.2 熱邊界條件　299
17.4 求解選項　300
17.5 結(jié)果和后處理　301
17.5.1 溫度　301
17.5.2 熱通量　302
17.6 實例1——變速器上箱蓋　302
17.6.1 問題描述　303
17.6.2 項目原理圖　303
17.6.3 前處理　303
17.6.4 求解　307
17.6.5 結(jié)果　307
17.7 實例2——齒輪泵基座　308
17.7.1 問題描述　309
17.7.2 項目原理圖　309
17.7.3 前處理　310
17.7.4 求解　313
17.7.5 結(jié)果　314
第 18章　優(yōu)化設計　315
18.1 優(yōu)化設計概論　316
18.1.1 ANSYS優(yōu)化方法　316
18.1.2 定義參數(shù)　316
18.2 優(yōu)化工具　317
18.2.1 拓撲優(yōu)化設計　317
18.2.2 設計探索優(yōu)化　318
18.3 實例——板材拓撲優(yōu)化設計　319
18.3.1 問題描述　319
18.3.2 項目原理圖　319
18.3.3 創(chuàng)建模型 　321
18.3.4 前處理　322
18.3.5 求解　325
18.3.6 結(jié)果　326