《ANSYS 2020 有限元分析从入门到精通》- 正版书

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《ANSYS 2020 有限元分析从入门到精通》

一、内容简介：

本书对ANSYS2020有限元分析的基本思路、操作步骤、应用技巧进行了详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述了ANSYS的具体应用方法。本书前7章为操作基础，详细介绍了ANSYS分析的基本步骤和方法：第1章ANSYS概述；第2章几何建模；第3章建模实例；第4章网格划分；第5章施加载荷；第6章求解；第7章后处理。后8章为专题实例，按不同的分析专题讲解了各种分析专题的参数设置方法与技巧：第8章静力分析；第9章模态分析；第10章谐响应分析；第11章瞬态动力学分析；第12章谱分析；第13章结构屈曲分析；第14章非线性分析；第15章接触问题分析。本书可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生及教师学习ANSYS软件的培训教材，也可作为结构分析相关行业的工程技术人员使用ANSYS软件的参考书。有限元法作为数值计算方法，自20世纪中叶以来，以其独有的计算优势在工程分析领域得到了广泛的应用，已出现了不同的有限元算法，并由此产生了一批非常成熟的通用和专业有限元商业软件。随着计算机技术的飞速发展，各种工程软件也得以广泛应用。ANSYS软件以它的多物理场耦合分析功能而成为CAE软件的应用主流。ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件，能够进行包括结构、热、声、流体及电磁场等学科的研究，在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医药、轻工、地矿、水利、家电等领域有着广泛的应用。ANSYS软件的功能强大，操作简单方便，现在它已成为国际上流行的有限元分析软件，在历年FEA评比中都名列第一。目前，中国大多数科研院校采用ANSYS软件进行有限元分析，或者作为标准教学软件。

二、课程目录：

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前言
第1章 ANSYS概述  1
1.1 CAE软件简介  2
1.2 有限元法简介 4
1.2.1 有限元法的基本思想  4
1.2.2 有限元法的特点  4
1.2.3 有限元模型  6
1.2.4 自由度  6
1.2.5 节点和单元  7
1.3 ANSYS简介 7
1.3.1 ANSYS的功能  8
1.3.2 ANSYS的发展  9
1.3.3 ANSYS 2020的启动  9
1.3.4 ANSYS 2020运行环境配置 9
1.4 程序结构 11
1.4.1 处理器  11
1.4.2 文件格式  12
1.4.3 输入方式  12
1.4.4 输出文件类型  12
1.5 ANSYS分析求解过程 13
1.5.1 前处理  14
1.5.2 加载并求解  14
1.5.3 后处理  14
1.5.4 实例导航——导弹发动机药柱承受温度和内压载荷数值模拟 15
第2章 几何建模  17
2.1 几何建模概述 18
2.1.1 自底向上创建几何模型  18
2.1.2 自顶向下创建几何模型  18
2.1.3 布尔运算操作  19
2.1.4 拖拉和旋转  20
2.1.5 移动和复制  20
2.1.6 修改模型（清除和删除）  20
2.1.7 从IGES文件几何模型导入到ANSYS. 21
2.2 自顶向下创建几何模型（体素） 21
2.2.1 创建面体素  21
2.2.2 创建实体体素  22
2.3 自底向上创建几何模型 24
2.3.1 关键点  24
2.3.2 硬点  26
2.3.3 线  27
2.3.4 面  30
2.3.5 体  31
2.4 工作平面的使用 33
2.4.1 定义一个新的工作平面  33
2.4.2 控制工作平面的显示和样式  34
2.4.3 移动工作平面  34
2.4.4 旋转工作平面  34
2.4.5 还原一个已定义的工作平面  35
2.4.6 工作平面的 用途  35
2.5 坐标系简介 37
2.5.1 总体坐标系和局部坐标系  37
2.5.2 显示坐标系  40
2.5.3 节点坐标系  40
2.5.4 单元坐标系  41
2.5.5 结果坐标系  42
2.6 使用布尔运算来修正几何模型 42
2.6.1 布尔运算的设置  42
2.6.2 布尔运算后的图元编号  43
2.6.3 交运算  43
2.6.4 两两相交  44
2.6.5 相加  45
2.6.6 相减  45
2.6.7 利用工作平面做减运算  47
2.6.8 搭接  47
2.6.9 分割  48
2.6.10 粘接（或合并）  48
2.7 移动、复制和缩放几何模型 48
2.7.1 按照样本生成图元  49
2.7.2 由对称映像生成图元  49
2.7.3 将样本图元转换坐标系  50
2.7.4 实体模型图元的缩放  50
2.8 实例导航——导弹发动机药柱建模 51
2.8.1 自底向上创建药柱模型  51
2.8.2 布尔运算创建药柱模型  59
2.8.3 导入SolidWorks中创建的药柱模型 62
第3章 建模实例  65
3.1 实例导航——几何模型的输入 66
3.1.1 输入IGES单一实体  66
3.1.2 输入SAT 单一实体  68
3.1.3 输入Parasolid 单一实体 71
3.2 实例导航——修改输入模型 73
3.2.1 自顶向下建模实例  77
3.2.2 自底向上建模实例  88
第4章 网格划分  102
4.1 有限元网格概述 103
4.2 设定单元属性 103
4.2.1 生成单元属性表  104
4.2.2 在划分网格之前分配单元属性  104
4.3 网格划分的控制 105
4.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool）  106
4.3.2 单元形状  106
4.3.3 选择自由或映射网格划分  107
4.3.4 控制单元边中节点的位置  107
4.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing） 108
4.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸  108
4.3.7 局部网格划分控制  110
4.3.8 内部网格划分控制  111
4.3.9 生成过渡棱锥单元  112
4.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式 113
4.3.11 执行层网格划分  114
4.4 自由网格划分和映射网格划分控制 114
4.4.1 自由网格划分  114
4.4.2 映射网格划分  116
4.5 给实体模型划分有限元网格 121
4.5.1 用命令生成网格  121
4.5.2 生成带方向节点的梁单元网格  122
4.5.3 在分界线或分界面处生成单位厚度的界面单元 124
4.6 延伸和扫掠生成有限元模型 125
4.6.1 延伸生成网格  125
4.6.2 扫掠生成网格  127
4.7 修正有限元模型 130
4.7.1 局部细化网格  130
4.7.2 移动和复制节点和单元  133
4.7.3 控制面、线和单元的法向  134
4.7.4 修改单元属性  136
4.8 直接通过节点和单元生成有限元模型 136
4.8.1 节点  136
4.8.2 单元  138
4.9 编号控制 141
4.9.1 合并重复项  141
4.9.2 编号压缩  142
4.9.3 设定起始编号  143
4.9.4 编号偏差  144
4.10 实例导航——导弹发动机药柱模型网格划分  144
4.10.1 智能分网  146
4.10.2 扫掠分网  147
4.10.3 采用延伸分网  153
第5章 施加载荷  158
5.1 载荷概述 159
5.1.1 什么是载荷  159
5.1.2 载荷步、子步和平衡迭代  160
5.1.3 时间参数  161
5.1.4 阶跃载荷与坡道载荷  162
5.2 施加载荷 162
5.2.1 实体模型载荷与有限单元载荷  163
5.2.2 施加载荷  163
5.2.3 利用表格施加载荷  170
5.2.4 轴对称载荷与反作用力  172
5.2.5 利用函数施加载荷和边界条件  173
5.3 设定载荷步选项 175
5.3.1 通用选项  175
5.3.2 非线性选项  179
5.3.3 动态选项  179
5.3.4 输出控制  180
5.3.5 Biot-Savart选项 181
5.3.6 谱分析选项  182
5.3.7 创建多载荷步文件  182
5.4 实例导航——导弹发动机药柱模型载荷施加. 183
5.4.1 单载荷步的施加  184
5.4.2 多载荷步的施加  187
5.4.3 表格及函数载荷的施加  190
第6章 求解  192
6.1 求解概述 193
6.1.1 使用直接求解法  194
6.1.2 使用稀疏矩阵直接求解法求解器  194
6.1.3 使用雅克比共轭梯度法求解器  194
6.1.4 使用不 分解共轭梯度法求解器 195
6.1.5 使用预条件共轭梯度法求解器  195
6.1.6 使用自动迭代法选项  196
6.1.7 获得解答  196
6.2 利用特定的求解控制器来 求解类型 197
6.2.1 使用菜单选项  197
6.2.2 使用对话框  198
6.3 多载荷步求解 199
6.3.1 多重求解法  199
6.3.2 使用载荷步文件法  200
6.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法）  201
6.4 重新启动分析 202
6.4.1重新启动一个分析 203
6.4.2 多载荷步文件的重启动分析  206
6.5 实例导航——导弹发动机药柱模型求解 208
6.5.1 单载荷步求解  209
6.5.2 多载荷步求解  209
第7章 后处理  210
7.1 后处理概述 211
7.1.1 什么是后处理  211
7.1.2 结果文件  212
7.1.3 后处理可用的数据类型  212
7.2 通用后处理器（POST1）  213
7.2.1 将数据结果读入数据库  213
7.2.2 列表显示结果  220
7.2.3 图像显示结果  227
7.2.4 映射结果到某一路径上  234
7.2.5表面操作 239
7.2.6 将结果旋转到不同坐标系中显示  242
7.3 时间历程后处理器（POST26）  244
7.3.1 定义和储存POST26变量 244
7.3.2 检查变量  246
7.3.3 POST26后处理器的其他功能 249
7.4 实例导航——导弹发动机药柱模型结果后处理. 250
7.4.1 通用后处理器  250
7.4.2 时间历程后处理器  259
第8章 静力分析  263
8.1 静力分析概述 264
8.1.1 结构静力分析简介  264
8.1.2 静力分析的类型  265
8.1.3 静力分析的基本步骤  265
8.2 实例导航——悬臂梁的横向剪切应力分析 266
8.2.1 问题描述  266
8.2.2 GUI模式  266
8.2.3 命令流方式  279
8.3 实例导航——内六角扳手的静态分析 279
8.3.1 问题的描述  279
8.3.2 建立模型  280
8.3.3 定义边界条件并求解  289
8.3.4 后处理  294
8.3.5 命令流方式  300
8.4 实例导航——钢桁架桥的静力分析 300
8.4.1 问题描述  300
8.4.2 GUI模式 301
8.4.3 命令流实现  317
8.5 实例导航——联轴体的静力分析 317
8.5.1 问题描述  317
8.5.2 建立模型  317
8.5.3 定义边界条件并求解  323
8.5.4 后处理  327
8.4.5 命令流方式  332
第9章 模态分析  333
9.1 模态分析概述 334
9.2 模态分析的基本步骤 334
9.2.1 建立模型  334
9.2.2 加载及求解  335
9.2.3 扩展模态  338
9.2.4后处理 340
9.3 实例导航——钢桁架桥模态分析 340
9.3.1 问题描述  340
9.3.2 GUI模式  341
9.3.3 命令流方式  345
9.4 实例导航——小型发电机转子模态分析 345
9.4.1 问题描述  345
9.4.2 建立模型  346
9.4.3 进行模态分析设置、定义边界条件并求解 351
9.4.4 后处理  354
9.4.5 命令流方式  354
9.5 实例导航——压电变换器自振频率分析 354
9.5.1 问题描述  354
9.5.2 GUI模式 355
9.5.3 命令流方式  371
第10章 谐响应分析  372
10.1 谐响应分析概述 373
10.2 谐响应分析的基本步骤 374
10.2.1 建立模型（前处理）  374
10.2.2 加载并求解  374
10.2.3后处理 381
10.3 实例导航——弹簧质量系统的谐响应分析. 382
10.3.1 问题描述  383
10.3.2 GUI模式 383
10.3.3 命令流方式  396
10.4 实例导航——悬臂梁谐响应分析 396
10.4.1 问题描述  396
10.4.2 建立模型  397
10.4.3 后处理  410
10.4.4 命令流方式  413
第11章 瞬态动力学分析  414
11.1 瞬态动力学概述 415
11.1.1 法  415
11.1.2 模态叠加法  415
11.1.3 减缩法  416
11.2 瞬态动力学分析的基本步骤. 416
11.2.1 前处理（建模和分网） 416
11.2.2 建立初始条件 417
11.2.3 设定求解控制器 418
11.2.4 设定其他求解选项 420
11.2.5 施加载荷  420
11.2.6 设定多载荷步 422
11.2.7 瞬态求解  423
11.2.8 后处理  423
11.3 实例导航——哥伦布阻尼的自由振动分析  425
11.3.1 问题描述  425
11.3.2 GUI模式  426
11.3.3命令流方式 439
11.4 实例导航——瞬态动力学分析实例  439
11.4.1 问题描述  439
11.4.2 建立模型  440
11.4.3 进行模态分析 445
11.4.4 进行瞬态动力学分析设置、定义边界条件并求解 446
11.4.5 后处理  451
11.4.5 命令流方式  453
第12章 谱分析  454
12.1 谱分析概述 455
12.1.1 响应谱分析  455
12.1.2 动力设计分析方法（DDAM）  455
12.1.3 功率谱密度（PSD） 456
12.2 谱分析的基本步骤 456
12.2.1 前处理  456
12.2.2 模态分析  456
12.2.3 谱分析  457
12.2.4 扩展模态  459
12.2.5 合并模态  461
12.2.6 后处理  462
12.3 实例导航——支撑平板的动力效果分析. 464
12.3.1 问题描述  464
12.3.2 GUI模式  464
12.3.3 命令流方式  487
第13章 结构屈曲分析  488
13.1 结构屈曲分析概述 489
13.2 结构屈曲分析的基本步骤 489
13.2.1 前处理  489
13.2.2 获得静力解  489
13.2.3 获得特征值屈曲解  490
13.2.4 扩展解  492
13.2.5 后处理  493
13.3实例导航——薄壁圆筒屈曲分析  494
13.3.1 问题描述  494
13.3.2 GUI 模式  494
13.3.3 命令流方式  503
第14章 非线性分析  504
14.1 非线性分析概论 505
14.1.1 非线性行为的原因  505
14.1.2 非线性分析的基本信息  506
14.1.3 几何非线性  508
14.1.4 材料非线性  509
14.1.5 其他非线性问题  513
14.2 非线性分析的基本步骤 513
14.2.1 前处理（建模和分网）  514
14.2.2 设置求解控制器  514
14.2.3 设定其他求解选项  516
14.2.4 加载  518
14.2.5 求解  518
14.2.6 后处理  518
14.3 实例导航——铆钉冲压变形分析 520
14.3.1 问题描述  520
14.3.2 建立模型  521
14.3.3 定义边界条件并求解  527
14.3.4 后处理  530
14.3.5 命令流方式  534
第15章 接触问题分析  535
15.1 接触问题概述 536
15.1.1 一般分类  536
15.1.2 接触单元  536
15.2 接触问题分析步骤 537
15.2.1 建立模型并划分网格  538
15.2.2 识别接触对  538
15.2.3 定义刚性目标面  538
15.2.4 定义柔性体的接触面  540
15.2.5 设置实常数和单元关键点  542
15.2.6 控制刚性目标的运动  543
15.2.7 给变形体单元施加必要的边界条件  543
15.2.8 定义求解和载荷步选项  543
15.2.9 求解  545
15.2.10 后处理  545
15.3 实例导航——陶瓷套管的接触分析 546
15.3.1 问题描述  546
15.3.2 建立模型并划分网格  547
15.3.3 定义边界条件并求解  555
15.3.4 后处理  560
15.3.5 命令流方式  565

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