ANSYS机械工程实战应用30例

目 录

0 绪论 1

0.1 ANSYS简介 1

0.1.1 ANSYS的主要功能 1

0.1.2 ANSYS的特点 2

0.1.3 ANSYS产品简介 2

0.1.4 处理器 3

0.2 ANSYS软件的使用 4

0.2.1 ANSYS软件解决问题的步骤 4

0.2.2 命令输入方法 5

0.2.3 图形用户界面（GUI） 5

0.2.4 对话框及其组成控件 6

0.2.5 ANSYS的菜单系统 9

第一篇 前处理

第1例 关键点和线的创建实例—正弦曲线 12

1.1 实体建模概述 12

1.1.1 关键点的创建 13

1.1.2 线的创建 14

1.2 正弦曲线创建原理 15

1.3 创建步骤 16

1.4 命令流 19

1.5 高级应用 20

第2例 工作平面及实体创建的应用实例—相交圆柱体 23

2.1 面的创建 23

2.2 体的创建 26

2.3 工作平面 27

2.3.1 工作平面的设置 28

2.3.2 工作平面的偏移和旋转 28

2.4 相交圆柱体的剖面图 30

2.5 创建步骤 30

2.6 命令流 33

2.7 高级应用 33

第3例 复杂形状实体的创建实例—螺栓 35

3.1 高级建模技术 35

3.1.1 布尔运算 35

3.1.2 挤出 39

3.1.3 有关实体建模的其他操作 41

3.2 螺栓的视图 43

3.3 创建步骤 43

3.4 命令流 46

3.5 高级应用 47

第4例 几何模型的单元划分实例—面 51

4.1 有限元模型创建概述 51

4.1.1 几何模型单元划分的步骤 51

4.1.2 单元类型 51

4.1.3 定义实常数 52

4.1.4 材料属性 52

4.1.5 截面 54

4.1.6 分配单元属性 57

4.1.7 单元形状及划分方法选择 58

4.1.8 单元尺寸控制 58

4.1.9 划分单元命令 61

4.1.10 MeshTool对话框 61

4.1.11 单元形状检查 61

4.1.12 修改网格 62

4.2 问题描述 63

4.3 创建步骤 64

4.4 命令流 67

4.5 高级应用—常见形状几何实体的单元划分 68

第二篇 结构静力学分析

第5例 杆系结构的静力学分析实例—平面桁架 70

5.1 结构静力学分析概述 70

5.1.1 建立有限元模型 70

5.1.2 加载并求解 71

5.1.3 查看结果 71

5.2 桁架结构 72

5.3 问题描述及解析解 72

5.4 分析步骤 72

5.5 命令流 76

5.6 高级应用 77

第6例 杆系结构的静力学分析实例—悬臂梁 79

6.1 梁结构概述 79

6.2 问题描述及解析解 79

6.3 分析步骤 80

6.4 命令流 84

6.5 高级应用 85

第7例 平面问题的求解实例—厚壁圆筒问题 89

7.1 平面问题 89

7.2 对称性 89

7.3 ANSYS平面单元 90

7.4 问题描述及解析解 90

7.5 分析步骤 90

7.6 命令流 95

7.7 高级应用 96

第8例 空间结构问题的求解实例—扳手的受力分析 98

8.1 空间结构 98

8.2 问题描述 98

8.3 分析步骤 98

8.4 命令流 103

8.5 高级应用 104

第9例 各种坐标系的应用实例—圆轴扭转 111

9.1 实体选择、组件和部件 111

9.1.1 实体选择 111

9.1.2 实体选择命令 112

9.1.3 组件和部件 117

9.2 坐标系 118

9.2.1 坐标系和工作平面概述 118

9.2.2 有关坐标系的操作 120

9.3 问题描述 123

9.4 分析步骤 123

9.5 命令流 129

第三篇 结构动力学分析

第10例 模态分析实例—均匀直杆的固有频率分析 131

10.1 结构动力学概述 131

10.2 模态分析 131

10.2.1 模态分析的求解方法 131

10.2.2 模态分析步骤 132

10.2.3 模态分析选项 133

10.3 问题描述及解析解 135

10.4 分析步骤 135

10.5 命令流 139

10.6 高级应用 140

第11例 模态分析实例—斜齿圆柱齿轮的固有频率分析 143

11.1 问题描述及解析解 143

11.2 分析步骤 143

11.3 命令流 149

第12例 有预应力模态分析实例—弦的横向振动 151

12.1 概述 151

12.2 问题描述及解析解 151

12.3 分析步骤 152

12.4 命令流 157

第13例 谐响应分析实例—单自由度系统的受迫振动 159

13.1 谐响应分析 159

13.1.1 概述 159

13.1.2 谐响应分析的步骤 160

13.1.3 谐响应分析操作 162

13.2 问题描述及解析解 163

13.3 分析步骤 164

13.4 命令流 169

13.5 高级应用 169

第14例 瞬态动力学分析实例—凸轮从动件运动分析 172

14.1 瞬态动力学分析 172

14.1.1 概述 172

14.1.2 完全法瞬态动力学分析的步骤 173

14.1.3 模态叠加法瞬态动力学分析的步骤 174

14.1.4 瞬态动力学分析操作 176

14.1.5 积分时间步长的确定 179

14.2 问题描述及解析解 179

14.3 分析步骤 180

14.4 命令流 188

14.5 高级应用 190

第15例 连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构 193

15.1 概述 193

15.2 问题描述及解析解 193

15.3 分析步骤 194

15.4 命令流 202

第四篇 非线性分析

第16例 结构非线性分析—盘形弹簧载荷和变形关系分析 205

16.1 非线性分析的基本概念 205

16.1.1 概述 205

16.1.2 非线性有限元方程的求解方法 206

16.1.3 非线性分析的特性 207

16.2 非线性分析的基本过程 208

16.2.1 非线性分析的步骤 208

16.2.2 非线性分析的操作 209

16.3 几何非线性分析 212

16.3.1 几何非线性概述 212

16.3.2 应力和应变 212

16.3.3 几何非线性分析的注意事项 213

16.4 问题描述 213

16.5 分析步骤 213

16.6 命令流 220

第17例 稳定性问题分析实例—屈曲分析 222

17.1 概述 222

17.1.1 屈曲分析的定义 222

17.1.2 特征值屈曲分析过程 222

17.2 问题描述及解析解 223

17.3 分析步骤 224

17.4 命令流 228

第18例 非线性屈曲分析实例—悬臂梁 230

18.1 非线性屈曲分析过程 230

18.2 问题描述及解析解 230

18.3 分析步骤 231

18.4 命令流 239

第19例 弹塑性分析实例—自增强厚壁圆筒承载能力研究 241

19.1 材料非线性分析 241

19.1.1 材料非线性概述 241

19.1.2 塑性力学的基本法则 242

19.1.3 输入材料数据 243

19.2 问题描述及解析解 244

19.3 分析步骤 245

19.4 命令流 253

第20例 材料蠕变分析实例—受拉平板 255

20.1 蠕变简介 255

20.2 问题描述 255

20.3 分析步骤 256

20.4 命令流 261

第21例 接触分析实例—平行圆柱体承受法向载荷时的接触应力分析 263

21.1 接触概述 263

21.1.1 接触问题的基本知识 263

21.1.2 面-面接触 266

21.2 问题描述和解析解 269

21.3 分析步骤 269

21.4 命令流 277

21.5 高级应用 279

第22例 单元生死技术应用—厚壁圆筒自增强后精加工 286

22.1 单元生死技术 286

22.1.1 概述 286

22.1.2 单元生死的实现和应用 286

22.1.3 使用ANSYS结果控制单元生死 288

22.1.4 单元生死有关操作 288

22.2 问题描述 289

22.3 分析步骤 289

22.4 命令流 295

第五篇 热分析及热应力计算

第23例 瞬态热分析实例—水箱 297

23.1 耦合场分析概述 297

23.1.1 耦合场分析的定义 297

23.1.2 耦合场分析的类型 297

23.2 热应力计算 300

23.2.1 ANSYS热分析简介 300

23.2.2 稳态热分析步骤 302

23.2.3 瞬态热分析步骤 302

23.3 问题描述 303

23.4 分析步骤 304

23.5 命令流 310

第24例 热辐射分析实例—平行平板间辐射 311

24.1 热辐射 311

24.1.1 固体热辐射 311

24.1.2 物体间的辐射传热 312

24.2 问题描述及解析解 313

24.3 分析步骤 313

24.4 命令流 318

第25例 热应力分析（使用耦合单元）实例—液体管路 319

25.1 问题描述 319

25.2 分析步骤 319

25.3 命令流 323

25.4 高级应用 324

第26例 热应力分析（间接法）实例—液体管路 326

26.1 概述 326

26.1.1 热分析 326

26.1.2 结构分析 327

26.2 问题描述 327

26.3 分析步骤 328

26.4 命令流 333

第六篇 综合应用

第27例 模型力学特性计算实例—液体容器倾翻特性的研究 335

27.1 问题描述 335

27.2 分析步骤 336

27.3 命令流 340

第28例 载荷工况组合实例—简支梁 342

28.1 概述 342

28.2 问题描述及解析解 342

28.3 分析步骤 343

28.4 命令流 349

第29例 利用MPC技术对SOLID-SHELL单元进行连接实例—简支梁 351

29.1 概述 351

29.1.1 使用约束方程 351

29.1.2 MPC法 351

29.2 问题描述 352

29.3 分析步骤 352

29.4 说明 359

29.5 命令流 359

29.6 结构模型全部采用SOLID单元的分析命令流 361

第30例 带预紧力的螺栓联接的有限元分析 364

30.1 螺栓联接的受力分析 364

30.2 分析方法简介 364

30.2.1 预紧单元PRETS179 364

30.2.2 PSMESH命令 365

30.2.3 SLOAD命令 365

30.3 单个螺栓联接的分析实例 365

30.4 螺栓组联接的分析实例 368

30.5 简化模型方法 371

30.6 用温度收缩法模拟预紧力 375

30.7 说明 377

附录 378

参考文献 381