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第1章 有限元基本理论1

1.1 有限元法发展综述1

1.1.1 有限元法的孕育过程及诞生和发展2

1.1.2 有限元法的基本思想2

1.1.3 有限元的应用及其发展趋势4

1.2 有限元分析基本理论6

1.2.1 有限元分析的基本概念和计算步骤6

1.2.2 基于最小势能原理的有限元法14

1.2.3 杆系结构的非线性分析理论19

1.2.4 稳定计算理论30

1.3 本章小结32

第2章 ANSYS Workbench 14.5概述33

2.1 ANSYS Workbench 14.5平台及模块33

2.1.1 Workbench平台界面34

2.1.2 菜单栏34

2.1.3 工具栏41

2.1.4 工具箱41

2.2 DesignModeler14.5几何建模45

2.2.1 DesignModeler几何建模平台45

2.2.2 菜单栏46

2.2.3 工具栏54

2.2.4 常用命令栏56

2.2.5 Tree Outline（模型树）56

2.2.6 DesignModeler几何建模实例——连接板59

2.3 ANSYS SpaceClaim Direct Modeler几何建模67

2.3.1 SpaceClaim几何建模平台68

2.3.2 菜单选项卡69

2.3 ANSYS SpaceClaim Direct Modeler几何建模实例71

2.4 ANSYS Meshing 14.5网格划分平台76

2.4.1 Meshing网格划分适用领域76

2.4.2 Meshing网格划分方法76

2.4.3 Meshing网格默认设置79

2.4.4 Meshing网格尺寸设置80

2.4.5 Meshing网格膨胀层设置84

2.4.6 Meshing网格Patch Conforming选项85

2.4.7 Meshing网格高级选项86

2.4.8 Meshing网格损伤设置86

2.4.9 Meshing网格评估统计87

2.5 ANSYS Meshing 14.5网格划分实例93

2.5.1 应用实例1——网格尺寸控制93

2.5.2 应用实例2——扫掠网格划分102

2.5.3 外部网格导入实例1——CDB网格导入109

2.5.4 外部网格导入实例2——CDB网格导入113

2.6 ANSYS Mechanical 14.5后处理116

2.6.1 查看结果116

2.6.2 结果显示120

2.6.3 变形显示120

2.6.4 应力和应变121

2.6.5 接触结果122

2.6.6 自定义结果显示123

2.7 本章小结124

第3章 结构静力学分析案例详解125

3.1 线性静力分析简介125

3.1.1 线性静力分析125

3.1.2 线性静力分析流程126

3.1.3 线性静力分析基础127

3.2 静力学分析实例1——实体静力分析127

3.2.1 问题描述127

3.2.2 启动Workbench并建立分析项目127

3.2.3 导入创建几何体128

3.2.4 添加材料库129

3.2.5 添加模型材料属性130

3.2.6 划分网格131

3.2.7 施加载荷与约束132

3.2.8 结果后处理134

3.2.9 保存与退出136

3.2.10 读者演练136

3.3 静力学分析实例2——梁单元线性静力分析137

3.3.1 问题描述137

3.3.2 启动Workbench并建立分析项目137

3.3.3 创建几何体138

3.3.4 添加材料库142

3.3.5 添加模型材料属性143

3.3.6 划分网格145

3.3.7 施加载荷与约束146

3.3.8 结果后处理147

3.3.9 保存与退出150

3.3.10 读者演练150

3.4 静力学分析实例3——板单元静力分析151

3.4.1 问题描述151

3.4.2 启动Workbench并建立分析项目151

3.4.3 导入创建几何体151

3.4.4 添加材料库152

3.4.5 添加模型材料属性153

3.4.6 划分网格154

3.4.7 施加载荷与约束155

3.4.8 结果后处理156

3.4.9 保存与退出157

3.4.10 读者演练158

3.5 静力学分析实例4——子模型静力分析158

3.5.1 问题描述158

3.5.2 启动Workbench并建立分析项目158

3.5.3 导入创建几何体159

3.5.4 添加材料库160

3.5.5 添加模型材料属性162

3.5.6 划分网格163

3.5.7 施加载荷与约束163

3.5.8 结果后处理165

3.5.9 子模型分析167

3.5.10 保存并退出171

3.6 本章小结171

第4章 模态分析案例详解172

4.1 结构动力学分析简介172

4.1.1 结构动力学分析172

4.1.2 结构动力学分析的阻尼173

4.2 模态分析简介173

4.2.1 模态分析174

4.2.2 模态分析基础174

4.2.3 预应力模态分析175

4.3 模态分析实例1——模态分析175

4.3.1 问题描述175

4.3.2 启动Workbench并建立分析项目175

4.3.3 创建几何体176

4.3.4 添加材料库176

4.3.5 添加模型材料属性178

4.3.6 划分网格179

4.3.7 施加载荷与约束179

4.3.8 结果后处理181

4.3.9 保存与退出183

4.4 模态分析实例2——有预应力模态分析184

4.4.1 问题描述184

4.4.2 启动Workbench并建立分析项目184

4.4.3 创建几何体185

4.4.4 添加材料库185

4.4.5 添加模型材料属性187

4.4.6 划分网格188

4.4.7 施加载荷与约束188

4.4.8 模态分析190

4.4.9 后处理190

4.4.10 保存与退出192

4.5 模态分析实例3——有预应力模态分析192

4.5.1 问题描述193

4.5.2 修改外载荷数据193

4.5.3 模态分析193

4.5.4 后处理194

4.5.5 保存与退出195

4.5.6 结论195

4.6 本章小结196

第5章 谐响应分析案例详解197

5.1 谐响应分析简介197

5.1.1 谐响应分析197

5.1.2 谐响应分析的载荷与输出198

5.1.3 谐响应分析通用方程198

5.2 谐响应分析实例1——梁单元谐响应分析198

5.2.1 问题描述199

5.2.2 启动Workbench并建立分析项目199

5.2.3 创建模态分析项目200

5.2.4 材料选择200

5.2.5 施加载荷与约束201

5.2.6 模态分析203

5.2.7 后处理203

5.2.8 创建谐响应分析项目205

5.2.9 施加载荷与约束205

5.2.10 谐响应计算206

5.2.11 结果后处理207

5.2.12 保存与退出209

5.3 谐响应分析实例2——实体模型谐响应分析209

5.3.1 问题描述210

5.3.2 启动Workbench并建立分析项目210

5.3.3 材料选择211

5.3.4 施加载荷与约束211

5.3.5 模态分析213

5.3.6 后处理213

5.3.7 谐响应分析215

5.3.8 谐响应计算216

5.3.9 结果后处理216

5.3.10 保存与退出218

5.4 本章小结219

第6章 响应谱分析案例详解220

6.1 响应谱分析简介220

6.1.1 频谱的定义220

6.1.2 响应谱分析的基本概念221

6.2 响应谱分析实例1——简单桥梁响应谱分析223

6.2.1 问题描述223

6.2.2 启动Workbench并建立分析项目224

6.2.3 导入几何体模型224

6.2.4 静态力学分析225

6.2.5 添加材料库225

6.2.6 划分网格226

6.2.7 施加约束227

6.2.8 模态分析229

6.2.9 结果后处理229

6.2.10 响应谱分析230

6.2.11 添加加速度谱230

6.2.12 后处理231

6.2.13 保存与退出233

6.3 响应谱分析实例2——建筑物框架响应谱分析233

6.3.1 问题描述233

6.3.2 启动Workbench并建立分析项目234

6.3.3 导入几何体模型235

6.3.4 静态力学分析235

6.3.5 添加材料库236

6.3.6 划分网格236

6.3.7 施加约束237

6.3.8 模态分析238

6.3.9 结果后处理238

6.3.10 响应谱分析240

6.3.11 添加加速度谱240

6.3.12 后处理242

6.3.13 保存与退出242

6.4 本章小结243

第7章 随机振动分析案例详解244

7.1 随机振动分析简介244

7.2 随机振动分析实例1——简单桥梁随机振动分析245

7.2.1 问题描述245

7.2.2 启动Workbench并建立分析项目246

7.2.3 导入几何体模型246

7.2.4 静态力学分析247

7.2.5 添加材料库248

7.2.6 划分网格248

7.2.7 施加约束249

7.2.8 模态分析251

7.2.9 结果后处理251

7.2.10 随机振动分析253

7.2.11 添加加速度谱253

7.2.12 后处理254

7.2.13 保存与退出255

7.3 随机振动分析实例2——建筑物框架随机振动分析256

7.3.1 问题描述256

7.3.2 启动Workbench并建立分析项目256

7.3.3 导入几何体模型257

7.3.4 静态力学分析258

7.3.5 添加材料库258

7.3.6 划分网格258

7.3.7 施加约束259

7.3.8 模态分析261

7.3.9 结果后处理261

7.3.10 随机振动分析262

7.3.11 添加加速度谱263

7.3.12 后处理264

7.3.13 保存与退出265

7.4 本章小结265

第8章 瞬态动力学分析案例详解266

8.1 瞬态动力学分析简介266

8.1.1 瞬态动力学分析266

8.1.2 瞬态动力学分析基本公式266

8.2 瞬态动力学分析实例1——蜗轮蜗杆传动分析267

8.2.1 问题描述267

8.2.2 启动Workbench并建立分析项目267

8.2.3 导入几何体模型267

8.2.4 瞬态动力学分析268

8.2.5 添加材料库270

8.2.6 划分网格270

8.2.7 施加约束271

8.2.8 结果后处理272

8.2.9 保存与退出274

8.3 瞬态动力学分析实例2——活塞运动分析274

8.3.1 问题描述274

8.3.2 启动Workbench并建立分析项目274

8.3.3 导入几何体模型275

8.3.4 瞬态动力学分析276

8.3.5 添加材料库279

8.3.6 划分网格279

8.3.7 施加约束280

8.3.8 结果后处理281

8.3.9 保存与退出283

8.4 活塞运动优化分析283

8.5 本章小结287

第9章 接触分析案例详解288

9.1 接触分析简介288

9.2 静态接触分析实例——铝合金板孔受力分析290

9.2.1 问题描述290

9.2.2 启动Workbench并建立分析项目291

9.2.3 建立几何体模型291

9.2.4 添加材料库292

9.2.5 添加模型材料属性292

9.2.6 创建接触293

9.2.7 划分网格293

9.2.8 施加载荷与约束295

9.2.9 结果后处理296

9.2.10 保存与退出298

9.3 本章小结299

第10章 显示动力学分析案例详解300

10.1 显示动力学分析简介300

10.2 显示动力学分析实例1——钢球撞击金属网分析302

10.2.1 问题描述302

10.2.2 启动Workbench并建立分析项目302

10.2.3 启动WorkbenchLS-DYNA建立项目303

10.2.4 材料选择与赋予304

10.2.5 建立项目分析304

10.2.6 分析前处理305

10.2.7 施加载荷306

10.2.8 结果后处理308

10.2.9 保存与退出310

10.3 显示动力学分析实例2——金属块穿透钢板分析310

10.3.1 问题描述310

10.3.2 启动Workbench并建立分析项目310

10.3.3 绘制几何模型311

10.3.4 材料选择314

10.3.5 显示动力学分析前处理315

10.3.6 施加约束316

10.3.7 结果后处理318

10.3.8 启动AUTODYN软件319

10.3.9 LS-DYNA计算322

10.3.10 保存与退出324

10.4 本章小结324

第11章 复合材料分析案例详解325

11.1 复合材料概论325

11.2 ANSYS ACP模块功能概述326

11.3 复合材料静力学分析实例——复合板受力分析329

11.3.1 问题描述329

11.3.2 启动Workbench软件329

11.3.3 静力分析项目330

11.3.4 定义复合材料数据331

11.3.5 数据更新333

11.3.6 ACP复合材料定义334

11.3.7 有限元计算342

11.3.8 后处理342

11.3.9 ACP专业后处理工具343

11.3.10 保存与退出345

11.4 本章小结345

第12章 疲劳分析案例详解346

12.1 疲劳分析简介346

12.2 疲劳分析实例——轴疲劳分析348

12.2.1 问题描述348

12.2.2 启动Workbench并建立分析项目349

12.2.3 导入几何模型349

12.2.4 添加材料库350

12.2.5 添加模型材料属性350

12.2.6 划分网格350

12.2.7 施加载荷与约束351

12.2.8 结果后处理353

12.2.9 保存文件354

12.2.10 启动nCode程序354

12.2.11 疲劳分析356

12.2.12 保存与退出357

12.3 本章小结357

第13章 多体动力学分析案例详解358

13.1 多体动力学分析简介358

13.2 多体动力学分析实例——挖掘机臂运动分析359

13.2.1 问题描述359

13.2.2 启动Workbench并建立分析项目359

13.2.3 导入几何模型360

13.2.4 多体动力学分析360

13.2.5 添加材料库363

13.2.6 划分网格363

13.2.7 施加约束363

13.2.8 结果后处理365

13.2.9 保存与退出367

13.3 本章小结368

第14章 稳态热力学分析案例详解369

14.1 热力学分析简介369

14.1.1 热力学分析目的369

14.1.2 热力学分析369

14.1.3 基本传热方式370

14.2 稳态热力学分析实例1——热传递分析371

14.2.1 问题描述371

14.2.2 启动Workbench并建立分析项目371

14.2.3 导入几何模型371

14.2.4 创建分析项目372

14.2.5 添加材料库372

14.2.6 添加模型材料属性374

14.2.7 划分网格375

14.2.8 施加载荷与约束375

14.2.9 结果后处理377

14.2.10 保存与退出379

14.3 稳态热力学分析实例2——热对流分析379

14.3.1 问题描述379

14.3.2 启动Workbench并建立分析项目379

14.3.3 导入几何模型380

14.3.4 创建分析项目381

14.3.5 添加材料库381

14.3.6 添加模型材料属性382

14.3.7 划分网格383

14.3.8 施加载荷与约束384

14.3.9 结果后处理385

14.3.10 保存与退出386

14.3.11 读者演练386

14.4 稳态热力学分析实例3——热辐射分析387

14.4.1 案例介绍387

14.4.2 启动Workbench并建立分析项目387

14.4.3 定义材料参数387

14.4.4 导入模型388

14.4.5 划分网格388

14.4.6 定义荷载390

14.4.7 后处理391

14.4.8 保存并退出393

14.5 本章小结393

第15章 瞬态热力学分析案例详解394

15.1 热力学分析简介394

15.1.1 瞬态热力学分析目的394

15.1.2 瞬态热力学分析394

15.2 瞬态热力学分析实例1——散热片瞬态热学分析394

15.2.1 问题描述395

15.2.2 启动Workbench并建立分析项目395

15.2.3 创建瞬态热分析395

15.2.4 施加载荷与约束396

15.2.5 后处理396

15.2.6 保存与退出397

15.3 瞬态热力学分析实例2——高温钢球瞬态热学分析398

15.3.1 问题描述398

15.3.2 启动Workbench并建立分析项目398

15.3.3 创建瞬态热分析398

15.3.4 施加载荷与约束400

15.3.5 后处理401

15.3.6 保存与退出402

15.4 本章小结402

第16章 流体动力学分析案例详解403

16.1 流体动力学分析简介403

16.1.1 流体动力学分析403

16.1.2 CFD基础406

16.2 流体动力学实例1——CFX内流场分析414

16.2.1 问题描述414

16.2.2 启动Workbench并建立分析项目414

16.2.3 创建几何模型415

16.2.4 网格划分415

16.2.5 流体动力学前处理417

16.2.6 流体计算419

16.2.7 结果后处理420

16.3 流体动力学实例2——Fluent流场分析422

16.3.1 问题描述422

16.3.2 软件启动与保存423

16.3.3 导入几何数据文件423

16.3.4 网格设置424

16.3.5 进入Fluent平台426

16.3.6 材料选择428

16.3.7 设置几何属性428

16.3.8 流体边界条件429

16.3.9 求解器设置430

16.3.10 结果后处理431

16.3.11 Post后处理434

16.4 流体动力学实例3——Icepak流场分析436

16.4.1 问题描述438

16.4.2 软件启动与保存438

16.4.3 导入几何数据文件438

16.4.4 添加Icepak模块439

16.4.5 求解分析443

16.4.6 Post后处理445

16.4.7 静态力学分析446

16.5 本章小结448

第17章 电场分析案例详解449

17.1 电磁场基本理论449

17.1.1 麦克斯韦方程449

17.1.2 一般形式的电磁场微分方程451

17.1.3 电磁场中常见边界条件452

17.1.4 ANSYS Workbench平台电磁分析452

17.1.5 ANSOFT软件电磁分析452

17.2 Maxwell静态电场分析实例——同轴电缆电场计算453

17.2.1 启动Maxwell 16.0并建立分析项目454

17.2.2 建立几何模型454

17.2.3 建立求解器及求解域456

17.2.4 添加材料456

17.2.5 边界条件设置458

17.2.6 求解计算459

17.2.7 图表显示461

17.2.8 Workbench平台中加载Maxwell工程文件463

17.2.9 保存与退出463

17.3 Maxwell直流传导分析实例——焊接位置的电场分析464

17.3.1 启动Workbench并建立分析项目464

17.3.2 几何模型导入465

17.3.3 建立求解器465

17.3.4 添加材料465

17.3.5 边界条件设置466

17.3.6 求解计算467

17.3.7 网格划分468

17.3.8 后处理469

17.3.9 保存与退出470

17.4 本章小结470

第18章 磁场分析案例详解471

18.1 ANSOFT软件磁场分析471

18.2 Maxwell静态磁场分析实例——磁场力计算472

18.2.1 启动Workbench并建立分析项目472

18.2.2 建立几何模型473

18.2.3 建立求解器及求解域479

18.2.4 添加材料479

18.2.5 边界条件设置480

18.2.6 求解计算481

18.2.7 参数化扫描483

18.2.8 保存与退出486

18.3 Maxwell涡流磁场分析实例——金属块涡流损耗486

18.3.1 启动Workbench并建立分析项目486

18.3.2 几何模型的导入487

18.3.3 建立求解器488

18.3.4 添加材料488

18.3.5 边界条件设置489

18.3.6 求解计算490

18.3.7 损耗计算492

18.3.8 保存与退出493

18.4 Maxwell瞬态磁场分析实例——金属块涡流损耗493

18.4.1 启动Workbench并建立分析项目493

18.4.2 建立求解器494

18.4.3 建立几何模型494

18.4.4 添加材料496

18.4.5 边界条件设置496

18.4.6 网格划分498

18.4.7 求解计算499

18.4.8 图表显示502

18.4.9 3D图表显示503

18.4.10 保存与退出505

18.5 本章小结505

第19章 多物理场耦合分析案例详解506

19.1 多物理场耦合分析简介506

19.1.1 多物理场耦合分析506

19.1.2 多物理场应用场合507

19.2 耦合实例1——Maxwell和Mechanical线圈电磁结构瞬态耦合508

19.2.1 问题描述508

19.2.2 软件启动与保存509

19.2.3 导入几何数据文件509

19.2.4 求解器与求解域的设置510

19.2.5 赋予材料属性510

19.2.6 添加激励511

19.2.7 模型检查与计算513

19.2.8 后处理514

19.2.9 创建电磁分析环境516

19.2.10 创建力学分析和数据共享517

19.2.11 材料设置519

19.2.12 网格划分520

19.2.13 添加边界条件与映射激励520

19.2.14 求解计算522

19.2.15 后处理522

19.2.16 关闭Workbench平台523

19.3 耦合实例2——FLUENT和Mechanical流体结构耦合分析524

19.3.1 载入工程文件524

19.3.2 结构力学计算524

19.3.3 材料设置525

19.3.4 网格划分527

19.3.5 添加边界条件与映射激励527

19.3.6 求解计算529

19.3.7 后处理529

19.3.8 读者演练530

19.4 耦合实例3——Maxwell和Mechanical线圈电磁结构瞬态耦合530

19.4.1 问题描述530

19.4.2 软件启动与保存530

19.4.3 导入几何数据文件531

19.4.4 求解器与求解域的设置532

19.4.5 赋予材料属性532

19.4.6 添加激励533

19.4.7 模型检查与计算535

19.4.8 后处理536

19.4.9 创建力学分析和数据共享540

19.4.10 材料设置541

19.4.11 网格划分542

19.4.12 添加边界条件与映射激励542

19.4.13 求解计算545

19.4.14 后处理545

19.4.15 关闭Workbench平台546

19.5 耦合实例4——Maxwell和Icepak电磁热流耦合546

19.5.1 问题描述546

19.5.2 软件启动与保存547

19.5.3 建立电磁分析547

19.5.4 几何模型的建立548

19.5.5 求解域的设置552

19.5.6 赋予材料属性552

19.5.7 添加激励553

19.5.8 分析步创建554

19.5.9 模型检查与计算554

19.5.10 后处理555

19.5.11 创建几何数据共享556

19.5.12 添加Icepak模块557

19.5.13 求解分析561

19.5.14 Post后处理563

19.6 本章小结565

附录A Maxwell Circuit Editor电路编辑器566

附录B ANSYS Workbench平台ACT模块570

参考文献573