ANSYS10.0结构分析从入门到精通

第0章 绪论 1

0.1 ANSYS公司简介 1

0.2 ANSYS系列产品简介 1

0.2.1 结构分析体系 2

0.2.2 电磁场分析体系 2

0.2.3 流体力学分析体系 2

0.2.4 行业化定制模块 3

0.2.5 仿真模型建造系统 3

0.2.6 设计人员快捷分析工具箱 4

0.2.7 多目标快速优化工具 4

0.2.8 客户化开发平台（ANSYS

Workbench SDK） 4

0.3 ANSYS理论基础（有限元法）简介 5

0.3.1 有限元法的基本思想 5

0.3.2 有限元法的特点 6

0.4 ANSYS分析的基本过程 6

0.4.1 前处理 7

0.4.2 加载并求解 7

0.4.3 后处理 8

第1部分 基 础 知 识

第1章 几何建模 10

1.1 几何建模概论 10

1.1.1 自底向上创建几何模型 10

1.1.2 自顶向下创建几何模型 11

1.1.3 布尔运算建模 11

1.1.4 拖拉和旋转建模 11

1.1.5 移动和复制建模 11

1.1.6 模型的修改（清除和删除）

原则 12

1.1.7 从IGES文件中将几何模型导入

到ANSYS 12

1.2 坐标系简介 13

1.2.1 总体和局部坐标系 13

1.2.2 显示坐标系 16

1.2.3 节点坐标系 16

1.2.4 单元坐标系 17

1.2.5 结果坐标系 17

1.3 工作平面的使用 18

1.3.1 定义一个新的工作平面 18

1.3.2 控制工作平面的显示和样式 19

1.3.3 移动工作平面 19

1.3.4 旋转工作平面 20

1.3.5 还原一个已定义的工作平面 20

1.3.6 工作平面的高级用途 20

1.4 自底向上创建几何模型 22

1.4.1 关键点 23

1.4.2 硬点 24

1.4.3 线 25

1.4.4 面 28

1.4.5 体 30

1.5 自顶向下创建几何模型（体素） 31

1.5.1 创建面体素 31

1.5.2 创建实体体素 32

1.6 使用布尔操作修正几何模型 34

1.6.1 布尔运算的设置 34

1.6.2 布尔运算之后的图元编号 35

1.6.3 交运算 35

1.6.4 两两相交 36

1.6.5 相加 36

1.6.6 相减 37

1.6.7 利用工作平面作减运算 38

1.6.8 搭接 39

1.6.9 分割 39

1.6.10 粘接（或合并） 40

1.7 移动、复制和缩放几何模型 40

1.7.1 按照样本生成图元 41

1.7.2 由对称映像生成图元 41

1.7.3 转换样本图元的坐标系 41

1.7.4 实体模型图元的缩放 42

1.8 从IGES文件中将几何模型导入

到ANSYS 43

1.8.1 使用SMOOTH选项 44

1.8.2 使用FACETED选项 44

1.9 本章小结 45

第2章 划分网格 46

2.1 有限元网格概论 46

2.2 设定单元属性 47

2.2.1 生成单元属性表 47

2.2.2 在划分网格之前分配

单元属性 48

2.3 网格划分的控制 50

2.3.1 ANSYS网格划分工具

（MeshTool） 50

2.3.2 单元形状 50

2.3.3 选择网格划分类型 51

2.3.4 控制单元边中点的位置 52

2.3.5 划分自由网格时的单元尺寸

控制（SmartSizing） 52

2.3.6 映射网格划分中单元的

默认尺寸 53

2.3.7 局部网格划分控制 54

2.3.8 内部网格划分控制 54

2.3.9 生成过渡棱锥单元 56

2.3.10 将退化的四面体单元转化为

非退化的形式 57

2.3.11 执行层网格划分 57

2.4 自由网格划分和映射网格

划分控制 58

2.4.1 自由网格划分 58

2.4.2 映射网格划分 59

2.5 给实体模型划分有限元网格 64

2.5.1 用xMESH命令生成网格 64

2.5.2 生成带方向节点的梁单元

网格 65

2.5.3 在分界线或者分界面处生成

单位厚度的界面单元 67

2.6 延伸和扫掠生成有限元模型 68

2.6.1 延伸生成网格 68

2.6.2 扫掠生成网格 71

2.7 修正有限元模型 73

2.7.1 局部细化网格 73

2.7.2 移动和复制节点和单元 76

2.7.3 控制面、线和单元的法向 77

2.7.4 修改单元属性 79

2.8 直接通过节点和单元生成

有限元模型 80

2.8.1 节点 80

2.8.2 单元 82

2.9 编号控制 85

2.9.1 合并重复项 85

2.9.2 编号压缩 86

2.9.3 设定起始编号 86

2.9.4 编号偏差 87

2.10 本章小结 88

第3章 施加载荷 89

3.1 载荷概论 89

3.1.1 什么是载荷 89

3.1.2 载荷步、子步和平衡迭代 90

3.1.3 时间参数 91

3.1.4 阶跃载荷与倾斜载荷 92

3.2 施加载荷 93

3.2.1 实体模型载荷与有限单元

载荷 93

3.2.2 施加载荷 94

3.2.3 轴对称载荷与反作用力 100

3.2.4 利用表格来施加载荷 101

3.2.5 利用函数来施加载荷和

边界条件 103

3.3 设定载荷步选项 105

3.3.1 通用选项 106

3.3.2 动力学分析选项 109

3.3.3 非线性选项 110

3.3.4 输出控制 111

3.3.5 Biot-Savart选项 112

3.3.6 谱分析选项 112

3.3.7 创建多载荷步文件 113

3.4 本章小结 114

第4章 求解 115

4.1 求解概论 115

4.1.1 使用直接求解法 116

4.1.2 使用稀疏矩阵直接解法

求解器 116

4.1.3 使用雅克比共轭梯度法

求解器 117

4.1.4 使用不完全分解共轭梯度法

求解器 117

4.1.5 使用预条件共轭梯度法

求解器 117

4.1.6 使用自动迭代解法选项 118

4.1.7 获得解答 119

4.2 利用特定的求解控制器来指定

求解类型 119

4.2.1 使用Abridged Solution菜单

选项 120

4.2.2 使用求解控制对话框 120

4.3 多载荷步求解 121

4.3.1 多重求解法 122

4.3.2 载荷步文件法 122

4.3.3 数组参数法（矩阵参数法） 123

4.4 重新启动分析 124

4.4.1 重新启动一个分析 125

4.4.2 多载荷步文件的重启动分析 129

4.5 预测求解时间和估计文件大小 131

4.5.1 估计运算时间 131

4.5.2 估计文件的大小 131

4.5.3 估计内存需求 132

4.6 本章小结 132

第5章 后处理 133

5.1 后处理概述 133

5.1.1 什么是后处理 133

5.1.2 结果文件 134

5.1.3 后处理可用的数据类型 134

5.2 通用后处理器（POST1） 135

5.2.1 将数据结果读入数据库 135

5.2.2 图像显示结果 142

5.2.3 列表显示结果 149

5.2.4 表面操作 155

5.2.5 将结果映射到某一路径上 159

5.2.6 将结果旋转到不同坐标系中

显示 165

5.3 时间历程后处理器（POST26） 166

5.3.1 定义和储存POST26变量 167

5.3.2 检查变量 169

5.3.3 POST26后处理器的其他

功能 171

5.4 本章小结 172

第2部分 专 题

第6章 结构静力学分析 174

6.1 结构静力学概论 174

6.2 结构静力学分析的基本步骤 174

6.2.1 建立模型 175

6.2.2 设置求解控制选项 175

6.2.3 设置其他求解选项 179

6.2.4 施加载荷 182

6.2.5 求解 184

6.2.6 检查结果 185

6.3 实例：悬臂梁的横向剪切应力

分析 186

6.3.1 问题的描述 186

6.3.2 GUI路径模式 187

6.3.3 命令流模式 197

6.4 本章小结 198

第7章 模态分析 199

7.1 模态分析概论 199

7.2 模态分析的基本步骤 199

7.2.1 建模 200

7.2.2 加载及求解 200

7.2.3 扩展模态 203

7.2.4 观察结果和后处理 205

7.3 实例：压电变换器的自振频率

分析 206

7.3.1 问题描述 206

7.3.2 GUI模式 207

7.3.3 命令流模式 219

7.4 本章小结 221

第8章 谐响应分析 222

8.1 谐响应分析概论 222

8.1.1 完全法（Full Method） 223

8.1.2 减缩法（Reduced Method） 223

8.1.3 模态叠加法（Mode

Superposition Method） 223

8.1.4 3种方法的共同局限性 224

8.2 谐响应分析的基本步骤 224

8.2.1 建立模型（前处理） 224

8.2.2 加载和求解 225

8.2.3 观察模型（后处理） 231

8.3 实例：弹簧质子系统的谐响应

分析 233

8.3.1 问题描述 233

8.3.2 GUI模式 234

8.3.3 命令流模式 245

8.4 本章小结 246

第9章 瞬态动力学分析 247

9.1 瞬态动力学概论 247

9.1.1 完全法（Full Method） 247

9.1.2 模态叠加法（Mode

Superposition Method） 248

9.1.3 减缩法（Reduced Method） 248

9.2 瞬态动力学分析的基本步骤 249

9.2.1 前处理 249

9.2.2 建立初始条件 249

9.2.3 设定求解控制器 250

9.2.4 设定其他求解选项 252

9.2.5 施加载荷 253

9.2.6 设定多载荷步 254

9.2.7 瞬态求解 255

9.2.8 后处理 255

9.3 实例：哥伦布阻尼的自由振动

分析 257

9.3.1 问题描述 258

9.3.2 GUI模式 258

9.3.3 命令流模式 271

9.4 本章小结 272

第10章 谱分析 273

10.1 谱分析概论 273

10.1.1 响应谱 273

10.1.2 动力设计分析方法

（DDAM） 274

10.1.3 功率谱密度（PSD） 274

10.2 谱分析的基本步骤 274

10.2.1 前处理 274

10.2.2 模态分析 275

10.2.3 谱分析 275

10.2.4 扩展模态 278

10.2.5 合并模态 279

10.2.6 后处理 281

10.3 实例：支撑平板的动力效果分析 282

10.3.1 问题描述 282

10.3.2 GUI模式 283

10.3.3 命令流模式 307

10.4 本章小结 309

第11章 非线性分析 310

11.1 非线性分析概论 310

11.1.1 非线性行为的原因 310

11.1.2 非线性分析的基本信息 311

11.1.3 几何非线性 314

11.1.4 材料非线性 315

11.1.5 其他非线性问题 319

11.2 非线性分析的基本步骤 320

11.2.1 前处理（建模和分网） 320

11.2.2 设置求解控制器 320

11.2.3 设定其他求解选项 322

11.2.4 加载 324

11.2.5 求解 325

11.2.6 后处理 325

11.3 实例：螺栓的蠕变分析 327

11.3.1 问题描述 327

11.3.2 GUI模式 327

11.3.3 命令流模式 335

11.4 本章小结 335

第12章 结构屈曲分析 336

12.1 结构屈曲概论 336

12.2 结构屈曲分析的基本步骤 336

12.2.1 前处理 337

12.2.2 获得静力解 337

12.2.3 获得特征值屈曲解 338

12.2.4 扩展解 339

12.2.5 后处理（观察结果） 341

12.3 实例：框架结构的屈曲分析 342

12.3.1 问题描述 342

12.3.2 GUI模式 342

12.3.3 命令流模式 357

12.4 本章小结 360

第13章 接触问题分析 361

13.1 接触问题概论 361

13.1.1 一般分类 361

13.1.2 接触单元 361

13.2 接触分析的步骤 363

13.2.1 建立模型，并划分网格 363

13.2.2 识别接触对 363

13.2.3 定义刚性目标面 364

13.2.4 定义柔性接触面 365

13.2.5 设置实常数和单元关键点 367

13.2.6 控制刚性目标面的运动 368

13.2.7 给变形体单元施加必要的

边界条件 369

13.2.8 定义求解选项和载荷步 369

13.2.9 求解 370

13.2.10 查看结果 370

13.3 实例：陶瓷套管的接触分析 372

13.3.1 问题描述 372

13.3.2 GUI模式 373

13.3.3 命令流模式 386

13.4 本章小结 391

第14章 结构优化设计 392

14.1 结构优化设计概论 392

14.2 优化设计的基本步骤 394

14.2.1 生成分析文件 395

14.2.2 建立优化过程中的参数 398

14.2.3 进入OPT处理器指定分析

文件 399

14.2.4 指定优化变量 399

14.2.5 选择优化工具或优化方法 400

14.2.6 指定优化循环控制方式 401

14.2.7 进行优化分析 402

14.2.8 查看设计序列结果 403

14.3 实例：框架结构的优化设计 404

14.3.1 问题描述 404

14.3.2 GUI模式 404

14.3.3 命令流模式 417

14.4 本章小结 422