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第一篇 ANSYS基础操作篇2

第1章　有限元方法与ANSYS概述2

1.1　有限单元法概述2

1.2 线弹性力学的基本原理与最小势能原理3

1.2.1 弹性力学的基本原理3

1.2.2　最小势能原理5

1.3 里兹法5

1.4 有限单元法解题过程简介6

1.5 ANSYS 11.0简介与基本使用7

1.5.1 软件功能简介7

1.5.2 前处理模块PREP78

1.5.3 求解模块SOLUTION8

1.5.4　后处理模块POST1和POST269

1.5.5　ANSYS 11.0新特征10

第2章　ANSYS坐标系和工作平面11

2.1 ANSYS坐标系简介11

2.1.1　全局坐标系11

2.1.2　局部坐标系12

2.1.3 结果坐标系13

2.2　ANSYS工作平面13

2.2.1 建立工作平面14

2.2.2　移动工作平面14

2.2.3　工作平面性能的增强15

第3章　建模及模型导入16

3.1 ANSYS建模16

3.1.1　ANSYS的建模步骤16

3.1.2　实体建模方法17

3.1.3 自底向上的建模方法17

3.1.4 自上向下的建模方法25

3.1.5　模型的复制、移动与缩放27

3.2 CAD模型的导入28

3.2.1 以IGES格式导入CAD模型28

3.2.2 以x_t格式导入CAD模型29

3.2.3　以sat格式导入CAD模型30

3.2.4 应用实例30

3.3 三维建模软件与ANSYS的接口30

3.3.1　ANSYS与PRO/E的无缝连接31

3.3.2　ANSYS与SOLIDWORKS间的数据交互31

3.3.3　ANSYS与CATIA的数据交互32

3.3.4 应用实例32

第4章　模型的布尔运算34

4.1 引言34

4.2　布尔操作后图元的编号34

4.3　交运算34

4.4　两两相交35

4.5　加运算35

4.6　减运算36

4.7　搭接运算37

4.8　分割运算38

4.9 粘接运算38

4.10　布尔运算的替代39

4.11 布尔运算后的更新39

4.12　布尔运算失败时建议采取的一些措施40

4.13　实例：轴承座的实体建模40

第5章　网格划分44

5.1 网格类型简介44

5.2　定义单元属性44

5.2.1 为模型分配单元属性45

5.2.2　默认单元属性46

5.2.3 常用单元属性简介47

5.3 网格划分控制47

5.3.1　ANSYS网格划分工具47

5.3.2　单元形状48

5.3.3　单元形状与计算结果的关系49

5.3.4 控制中间节点的位置50

5.3.5　局部网格划分控制50

5.3.6 内部网格划分控制51

5.3.7　生成过渡的金字塔单元55

5.3.8 将退化的四面体单元转化为非退化形式56

5.4 自由网格和映射网格控制57

5.4.1 自由网格划分57

5.4.2　映射网格划分60

5.5 改变网格62

5.5.1　对模型重新划分网格63

5.5.2　利用网格Accept/Reject提示63

5.5.3　清除网格63

5.5.4 细化局部网格63

5.5.5　改进网格（只针对四面体单元网格）64

5.6 网格质量的评价65

5.7　二维单元与三维单元划分实例66

5.7.1 重力坝的网格划分66

5.7.2　三维单元68

第6章　加载和求解70

6.1 载荷的概念70

6.1.1　载荷的分类70

6.1.2　关于载荷步和子步71

6.2　载荷的施加71

6.2.1 实体模型载荷与有限元模型载荷的优缺点72

6.2.2　施加载荷72

6.2.3　载荷步选项76

6.2.4　创建多载荷步80

6.3　耦合及约束方程81

6.3.1　何谓耦合81

6.3.2　如何生成耦合自由度集82

6.3.3　耦合的其他条件83

6.3.4　什么是约束方程83

6.3.5　如何生成约束方程83

6.3.6　约束方程的其他注意事项85

6.4　求解85

6.4.1　定义分析类型86

6.4.2　求解控制86

6.4.3　求解87

第7章　通用后处理89

7.1 后处理简介89

7.2　读入结果数据89

7.3 图形显示90

7.3.1 云图显示90

7.3.2　矢量显示92

7.3.3　反作用力显示92

7.3.4　破碎图93

7.4　单元表93

7.4.1 填上按名字来识别变量的单元表93

7.4.2　填充按序号识别变量的单元表94

7.4.3　定义单元表的注释94

7.5 列出结果95

7.6　路径操作96

7.6.1 定义路径97

7.6.2　沿路径插值数据97

7.6.3　映射路径数据98

7.6.4　观察路径项98

7.6.5 在路径项中执行算术运算99

7.6.6 将路径数据从一文件中存档或恢复99

7.6.7　删除路径100

7.7　载荷工况100

7.7.1　存储组合载荷工况101

7.3.2 可求和数、不可求和数及常数102

第8章　时间历程响应后处理103

8.1 时间历程变量观察器103

8.2 时间历程后处理器的使用104

8.2.1 定义变量105

8.2.2　处理变量并进行计算107

8.3 变量的评价107

8.3.1　图形显示结果107

8.3.2　列表显示结果108

8.3.3　数据的平滑108

第二篇　高级操作篇110

第9章　自适应网格划分110

9.1 自适应网格简介110

9.2 自适应网格的先决条件110

9.3　支持自适应网格的单元类型110

9.4 自适应网格划分的一般步骤111

9.5 用户子程序定制ADAPT宏112

9.5.1 生成用户网格划分子程序（ADAPTMSH.MAC）112

9.5.2 生成用户边界条件子程序（ADAPTBC.MAC）112

9.5.3　关于用户子程序的一些其他说明113

9.6 自适应网格划分实例113

第10章　子模型116

10.1 子模型简介116

10.2　子模型分析的一般步骤117

10.2.1　第一步：生成并分析较粗糙的模型117

10.2.2　第二步：生成子模型117

10.2.3　第三步：生成切割边界插值118

10.2.4　第四步：分析子模型119

10.2.5　第五步：验证切割边界和应力集中位置的距离是否足够121

10.3　子模型实例122

第11章　单元死活129

11.1 单元死活简介129

11.2 支持单元死活单元类型129

11.3 单元死活分析的一般步骤130

11.3.1　建模130

11.3.2　施加载荷并求解130

11.3.3　查看结果132

11.4 单元死活模拟二维焊接实例134

第12章　使用APDL、UIDL进行二次开发148

12.1 APDL概述148

12.2 APDL基础149

12.3 数组参数151

12.4　宏基础157

12.5 UIDL概述161

12.6 UIDL实例163

12.7 APDL实例164

第13章　优化设计167

13.1 目标优化167

13.1.1　ANSYS优化设计基础167

13.1.2　优化设计的一般步骤170

13.2　拓扑优化设计177

13.2.1 拓扑优化的主要步骤177

13.2.2　拓扑优化问题的定义178

13.2.3　控制优化进程179

13.2.4　观察结果180

13.3　优化分析实例181

13.3.1 目标优化实例181

13.3.2　拓扑优化实例187

第三篇　结构分析篇194

第14章　结构线性静力分析实例与分析194

14.1　静力分析概述194

14.2　结构线性静力分析实例195

14.2.1 带圆孔矩形平板的拉伸195

14.2.2　梁的自重分析197

14.2.3 列管式换热器高压球底组件强度分析200

14.2.4　独管塔的强度分析203

14.3 实例分析207

第15章　结构非线性静力分析实例与分析208

15.1 结构非线性概述208

15.1.1　状态变化（包括接触）209

15.1.2　几何非线性209

15.1.3　材料非线性209

15.2　非线性分析的基本知识209

15.2.1 方程求解209

15.2.2　保守行为与非保守行为：过程依赖性211

15.2.3　子步212

15.2.4　载荷和位移方向212

15.2.5　非线性分析212

15.3　结构非线性实例220

15.3.1　压杆的屈曲分析220

15.3.2　混凝土非线性计算实例——梁平面应力224

15.3.3　双轴向载荷作用下平板的蠕变229

15.4　实例分析234

第16章　结构动力学实例与分析235

16.1 结构动力学概述235

16.1.1　动力学分析类型235

16.1.2　基本概念和术语236

16.2　模态分析实例237

16.2.1　模态分析基础理论237

16.2.2　弹簧—质量系统的固有频率238

16.2.3　梁的模态分析243

16.3 谐响应实例246

16.3.1　谐响应分析介绍246

16.3.2 弹簧—质量系统的谐响应分析实例247

16.4　瞬态动力学实例251

16.4.1 瞬态分析基础理论251

16.4.2　球体撞击柔性平面253

16.4.3　带集中质量梁的瞬态响应258

16.5 结构动力学实例分析262

第四篇　接触分析篇266

第17章　疲劳分析266

17.1　疲劳的定义266

17.2　疲劳计算267

17.2.1 进入POST1和恢复数据库267

17.2.2　建立疲劳计算的规模、材料疲劳性质和疲劳计算的位置267

17.2.3　储存应力、指定事件循环次数和比例因子269

17.2.4　激活疲劳计算272

17.2.5　查看计算结果273

17.2.6　其他记数方法273

17.3 疲劳实例273

第18章　接触分析278

18.1 接触简介278

18.1.1　点——点接触278

18.1.2　点——面接触279

18.1.3　面——面接触279

18.2　接触分析的一般步骤279

18.2.1 点——面接触分析的步骤280

18.2.2　点——面接触分析的步骤282

18.2.3 面——面接触分析的步骤286

18.3 接触实例295

第19章　弹塑性分析304

19.1　塑性理论引言304

19.2　塑性理论介绍305

19.3 ANSYS中的塑性选型306

19.4　使用塑性的一些原则307

19.5 塑性分析实例309

第五篇　CFD与热分析篇318

第20章　计算流体动力学分析318

20.1 FLOTRAN计算流体动力学（CFD）概述318

20.2 FLOTRAN分析基础319

20.2.1　FLOTRAN单元的特点319

20.2.2　FLOTRAN分析的主要步骤320

20.2.3　FLOTRAN边界条件322

20.3 FLOTRAN不可压层流和湍流分析323

20.3.1　层流分析324

20.3.2 湍流分析328

20.4 FLOTRAN热分析330

第21章　热力学分析335

21.1 热分析简介及基础知识335

21.1.1　热分析简介335

21.1.2　热分析基础知识335

21.2　稳态传热分析338

21.2.1 ANSYS稳态热分析的基本过程338

21.2.2　后处理342

21.2.3　稳态传热实例一342

21.2.4　稳态传热实例二345

21.3 瞬态传热分析347

21.3.1 瞬态热分析中的单元及命令347

21.3.2　ANSYS瞬态热分析的主要步骤348

21.3.3　相变问题351

21.3.4　瞬态传热实例一351

21.3.5　瞬态传热分析实例二357

第六篇　电磁与声学篇360

第22章 ANSYS声学分析360

22.1 ANSYS声学分析基础360

22.1.1　声场流体基础360

22.1.2　声场流体问题中矩阵的推导361

22.1.3　声场吸声问题362

22.1.4　声场声固耦合问题363

22.2 壳单元耦合及实体单元声固耦合实例364

22.3 消声器性能模拟370

22.4　两种平面流体单元声学分析的比较374

22.4.1 首先采用基于位移积分的流体单元FLUID79374

22.4.2　然后采用基于压力积分的流体单元FLUID29379

22.5　实例分析380

第23章　ANSYS电磁场分析382

23.1 电磁场有限元分析简介382

23.2　二维静态磁场分析与实例385

23.2.1　二维静态磁场分析中要用到的单元386

23.2.2　静态磁场分析的步骤387

23.2.3　二维静态磁场分析与实例387

23.3 二维瞬态磁场分析与实例391

23.3.1　瞬态磁场分析391

23.3.2　二维瞬态磁场分析实例392

23.4 三维静态磁场分析与实例398

23.4.1 3D静态磁场分析中的单元（标量法）398

23.4.2　3D静态磁标势分析的步骤399

23.4.3　3D静态磁场分析（棱边单元方法）399

23.4.4 3D静态磁场分析实例401

23.5 3D谐性与瞬态分析实例407

23.5.1 3D谐性分析407

23.5.2　3D瞬态磁场分析411

第七篇 Workbench篇416

第24章 ANSYS-Workbench仿真技术平台416

24.1 ANSYS-Workbench简介416

24.2 DesignModeler模块功能及实例416

24.2.1 主要菜单的功能简介417

24.2.2　Workbench二维模型建立实例420

24.2.3　Workbench三维模型建立实例420

24.3 Simulation模块功能及实例421

24.3.1 Simulation界面和操作简介421

24.3.2　Simulation实例422

24.4 实例分析423

第八篇　常见疑难解答与经验技巧集萃426

第25章　通用前处理常见错误提示与对应解决方法426

第26章　通用后处理常见疑难解答与技巧集萃428

第27章　高级操作常见疑难解答与技巧集萃431

27.1 自适应网格划分431

27.2　子模型技巧（壳到体子模型）432

27.3 单元死活技巧（模拟浇筑过程中的温度分布）433

27.4 使用APDL、UIDL进行二次开发技巧435

27.5　优化设计技巧436

第28章　结构分析常见疑难解答及技巧集萃437

28.1 结构线性静力分析技巧437

28.1.1　BEAM188和189单元额外节点问题437

28.1.2　如何考虑结构分析中的重力437

28.1.3 如何实现壳单元的偏置438

28.1.4　如何加快计算速度439

28.1.5　如何定制Beam188/189单元的用户化截面439

28.1.6　面载荷转化为等效节点力施加的方法440

28.1.7　静力分析时刚度矩阵奇异如何施加约束440

28.2　结构非线性分析技巧440

28.2.1 解决非线性分析不收敛的技巧440

28.2.2　膜元Shell41是否能作大变形分析442

28.2.3　耦合及约束方程讲座一：耦合442

28.2.4　耦合及约束方程讲座二：约束方程443

28.2.5　在ANSYS中怎样给面施加一个非零的法向位移约束445

28.2.6　SOLID65混凝土单元的使用技巧445

28.2.7　非线性计算过程中收敛曲线实时显示446

28.2.8 在非线性分析中如何根据ANSYS的跟踪显示来判断收敛446

28.3 结构动力学分析技巧447

28.3.1　如何提取模态质量447

28.3.2　如何使用用户定义用户自定义矩阵448

第29章　接触分析、电磁及热分析常见疑难解答与技巧集萃449

29.1 接触分析技巧449

29.1.1 ANSYS接触问题的计算方法449

29.1.2　生成接触单元的几种方法451

29.1.3　接触间隙解决方法451

29.2 电磁分析技巧451

29.3　热分析技巧452

29.3.1 热分析前后处理中的常用命令流452

29.3.2　初始温度、参考温度和均匀温度的区别453

第30章　Workbench常见疑难解答与技巧集萃454