ANSYS 18.0機械與結(jié)構(gòu)有限元分析實例教程

第1章　有限元及ANSYS簡介 / 1
　1.1　有限元法簡介 / 1
　　1.1.1　有限元方法的基本思想 / 1
　　1.1.2　有限元模型的基本構(gòu)成 / 2
　　1.1.3　有限元分析的基本步驟 / 3
　　1.1.4　有限元分析解題步驟實例——梯形板 / 3
　1.2　ANSYS18.0簡介 / 13
　　1.2.1　ANSYS軟件的基本功能 / 13
　　1.2.2　ANSYS18.0的新功能 / 14
　　1.2.3　ANSYS18.0的基本操作 / 17
　1.3　ANSYS18.0的解題步驟實例——梯形板 / 20
　　1.3.1　分析問題 / 20
　　1.3.2　定義參數(shù) / 20
　　1.3.3　創(chuàng)建幾何模型 / 25
　　1.3.4　劃分網(wǎng)格 / 26
　　1.3.5　施加載荷 / 27
　　1.3.6　求解 / 28
　　1.3.7　結(jié)果分析 / 29
　　1.3.8　結(jié)果比較 / 30
　本章小結(jié) / 32
　練習(xí)題 / 32

第2章　實體建模 / 33
　2.1　ANSYS建模基本方法 / 33
　　2.1.1　實體建模方法 / 33
　　2.1.2　直接生成法建模 / 35
　　2.1.3　從CAD圖形中導(dǎo)入實體模型 / 35
　　2.1.4　三種建模方法的優(yōu)缺點 / 35
　2.2　坐標系及其操作 / 36
　　2.2.1　總體坐標系及其操作 / 36
　　2.2.2　局部坐標系及其操作 / 37
　　2.2.3　顯示坐標系及其操作 / 39
　　2.2.4　節(jié)點坐標系及其操作 / 41
　　2.2.5　單元坐標系及其操作 / 42
　　2.2.6　結(jié)果坐標系及其操作 / 43
　2.3　工作平面及使用 / 43
　　2.3.1　顯示和設(shè)置工作平面 / 43
　　2.3.2　定義工作平面 / 45
　　2.3.3　旋轉(zhuǎn)和平移工作平面 / 46
　2.4　自底向上建模 / 47
　　2.4.1　定義及操作關(guān)鍵點 / 47
　　2.4.2　選擇、查看和刪除關(guān)鍵點 / 49
　　2.4.3　定義及操作線 / 50
　　2.4.4　選擇、查看和刪除線 / 53
　　2.4.5　定義及操作面 / 53
　　2.4.6　選擇、查看和刪除面 / 55
　　2.4.7　定義體 / 56
　　2.4.8　選擇、查看和刪除體 / 56
　2.5　自頂向下建模 / 57
　　2.5.1　建立矩形面原始對象 / 58
　　2.5.2　建立圓或環(huán)形面原始對象 / 58
　　2.5.3　建立正多邊形面原始對象 / 60
　　2.5.4　建立長方體原始對象 / 61
　　2.5.5　建立柱體原始對象 / 61
　　2.5.6　建立多棱柱原始對象 / 62
　　2.5.7　建立球體或部分球體原始對象 / 63
　　2.5.8　建立錐體或圓臺原始對象 / 63
　　2.5.9　建立環(huán)體或部分環(huán)體原始對象 / 64
　2.6　布爾運算 / 64
　　2.6.1　交運算 / 65
　　2.6.2　加運算 / 69
　　2.6.3　減運算 / 70
　　2.6.4　切割運算 / 71
　　2.6.5　搭接運算 / 75
　　2.6.6　分割運算 / 76
　　2.6.7　黏結(jié)運算 / 77
　2.7　模型修改 / 77
　　2.7.1　移動圖元 / 77
　　2.7.2　復(fù)制圖元 / 78
　　2.7.3　鏡像圖元 / 79
　　2.7.4　縮放圖元 / 79
　　2.7.5　轉(zhuǎn)換圖元坐標系 / 80
　2.8　運用組件 / 81
　　2.8.1　組件和部件的操作 / 81
　　2.8.2　通過組件和部件選擇實體 / 82
　2.9　自頂向下實體建模實例1——軸承座實體建模 / 82
　2.10　自底向上實體建模實例2——汽車連桿實體建模 / 88
　本章小結(jié) / 94
　練習(xí)題 / 94

第3章　網(wǎng)格劃分 / 96
　3.1　定義單元屬性 / 96
　　3.1.1　定義單元類型 / 96
　　3.1.2　定義實常數(shù) / 98
　　3.1.3　定義材料參數(shù) / 99
　　3.1.4　分配單元屬性 / 102
　3.2　網(wǎng)格劃分控制 / 103
　　3.2.1　網(wǎng)格劃分工具 / 104
　　3.2.2　Smart Size網(wǎng)格劃分控制 / 105
　　3.2.3　尺寸控制 / 107
　　3.2.4　單元形狀控制 / 110
　　3.2.5　網(wǎng)格劃分器選擇 / 110
　3.3　實體模型網(wǎng)格劃分 / 114
　　3.3.1　關(guān)鍵點網(wǎng)格劃分 / 115
　　3.3.2　線網(wǎng)格劃分 / 115
　　3.3.3　面網(wǎng)格劃分 / 115
　　3.3.4　體網(wǎng)格劃分 / 116
　　3.3.5　網(wǎng)格修改 / 118
　3.4　網(wǎng)格檢查 / 120
　　3.4.1　設(shè)置形狀檢查選項 / 120
　　3.4.2　設(shè)置形狀限制參數(shù) / 121
　　3.4.3　確定網(wǎng)格質(zhì)量 / 121
　3.5　直接法生成有限元模型 / 122
　　3.5.1　節(jié)點定義 / 122
　　3.5.2　單元定義 / 127
　3.6　網(wǎng)格劃分基本原則 / 131
　　3.6.1　網(wǎng)格數(shù)量 / 131
　　3.6.2　網(wǎng)格疏密 / 131
　　3.6.3　單元階次 / 133
　　3.6.4　網(wǎng)格質(zhì)量 / 134
　3.7　自由網(wǎng)格劃分實例1——軸承座 / 134
　3.8　映射網(wǎng)格劃分實例2——二維飛輪 / 136
　3.9　掃掠網(wǎng)格劃分實例3——汽車連桿 / 142
　3.10　混合網(wǎng)格劃分實例4——三維帶孔飛輪 / 147
　本章小結(jié) / 153
　練習(xí)題 / 154

第4章　施加載荷及求解 / 155
　4.1　加載概述 / 155
　　4.1.1　載荷類型 / 155
　　4.1.2　載荷施加方式 / 156
　　4.1.3　載荷步、子步和平衡迭代 / 157
　　4.1.4　載荷步選項 / 158
　　4.1.5　載荷的顯示 / 159
　4.2　載荷的定義 / 159
　　4.2.1　自由度約束 / 159
　　4.2.2　集中載荷 / 163
　　4.2.3　表面載荷 / 166
　　4.2.4　體載荷 / 174
　　4.2.5　特殊載荷 / 176
　4.3　求解 / 177
　　4.3.1　選擇合適的求解器 / 177
　　4.3.2　求解多步載荷 / 179
　　4.3.3　求解 / 181
　4.4　綜合實例1——軸承座模型載荷施加及求解 / 182
　4.5　綜合實例2——汽車連桿模型載荷施加及求解 / 185
　本章小結(jié) / 186
　練習(xí)題 / 187

第5章　通用后處理器 / 188
　5.1　通用后處理器概述 / 188
　　5.1.1　通用后處理器處理的結(jié)果文件 / 188
　　5.1.2　結(jié)果文件讀入通用后處理器 / 189
　　5.1.3　瀏覽結(jié)果數(shù)據(jù)集信息 / 190
　　5.1.4　讀取結(jié)果數(shù)據(jù)集 / 190
　　5.1.5　設(shè)置結(jié)果輸出方式與圖形顯示方式 / 193
　5.2　圖形顯示計算結(jié)果 / 193
　　5.2.1　繪制變形圖 / 193
　　5.2.2　繪制等值線圖 / 195
　　5.2.3　繪制矢量圖 / 197
　　5.2.4　繪制粒子軌跡圖 / 198
　　5.2.5　繪制破碎圖和壓碎圖 / 199
　5.3　路徑操作 / 200
　　5.3.1　定義路徑 / 200
　　5.3.2　觀察沿路徑的結(jié)果 / 202
　　5.3.3　進行沿路徑的數(shù)學(xué)運算 / 203
　5.4　單元表 / 204
　　5.4.1　創(chuàng)建和修改單元表 / 204
　　5.4.2　基于單元表的數(shù)學(xué)運算 / 205
　　5.4.3　根據(jù)單元表繪制結(jié)果圖形 / 206
　5.5　載荷組合及其運算 / 207
　　5.5.1　創(chuàng)建載荷工況 / 208
　　5.5.2　載荷工況的讀寫 / 208
　　5.5.3　載荷工況數(shù)學(xué)運算 / 209
　5.6　綜合實例1——桁架計算 / 209
　5.7　綜合實例2——軸承座及汽車連桿后處理分析 / 215
　　5.7.1　軸承座后處理分析 / 215
　　5.7.2　汽車連桿后處理分析 / 216
　本章小結(jié) / 217
　練習(xí)題 / 217

第6章　時間歷程后處理器 / 218
　6.1　定義和存儲變量 / 219
　　6.1.1　變量定義 / 219
　　6.1.2　變量存儲 / 220
　　6.1.3　變量的導(dǎo)入 / 222
　6.2　變量的操作 / 222
　　6.2.1　數(shù)學(xué)運算 / 222
　　6.2.2　變量與數(shù)組相互賦值 / 223
　　6.2.3　數(shù)據(jù)平滑 / 225
　　6.2.4　生成響應(yīng)頻譜 / 226
　6.3　查看變量 / 227
　　6.3.1　圖形顯示 / 227
　　6.3.2　列表顯示 / 229
　6.4　動畫技術(shù) / 231
　　6.4.1　直接生成動畫 / 231
　　6.4.2　通過動畫幀顯示動畫 / 231
　　6.4.3　動畫播放 / 233
　6.5　綜合實例——鋼球淬火溫度計算 / 233
　　6.5.1　問題描述 / 233
　　6.5.2　GUI 操作步驟 / 234
　本章小結(jié) / 240
　練習(xí)題 / 240

第7章　結(jié)構(gòu)靜力分析 / 241
　7.1　結(jié)構(gòu)分析概述 / 241
　　7.1.1　結(jié)構(gòu)分析定義 / 241
　　7.1.2　結(jié)構(gòu)分析的類型 / 241
　　7.1.3　結(jié)構(gòu)分析所使用的單元 / 242
　　7.1.4　材料模式界面 / 242
　　7.1.5　求解方法 / 243
　7.2　結(jié)構(gòu)靜力分析 / 243
　　7.2.1　結(jié)構(gòu)靜力分析的定義 / 243
　　7.2.2　結(jié)構(gòu)靜力分析類型 / 243
　　7.2.3　結(jié)構(gòu)靜力分析的求解步驟 / 243
　7.3　平面問題靜力分析實例——鋼支架 / 244
　　7.3.1　問題提出 / 245
　　7.3.2　建立模型 / 245
　　7.3.3　施加載荷 / 250
　　7.3.4　求解 / 250
　　7.3.5　查看結(jié)果 / 251
　7.4　軸對稱結(jié)構(gòu)靜力分析實例——二維飛輪 / 251
　　7.4.1　問題提出 / 251
　　7.4.2　調(diào)出模型 / 252
　　7.4.3　施加載荷 / 252
　　7.4.4　求解 / 253
　　7.4.5　查看結(jié)果 / 253
　7.5　周期對稱結(jié)構(gòu)靜力分析實例——三維帶孔飛輪 / 258
　　7.5.1　問題提出 / 258
　　7.5.2　調(diào)出模型 / 259
　　7.5.3　施加載荷 / 259
　　7.5.4　求解 / 260
　　7.5.5　查看結(jié)果 / 260
　7.6　任意三維結(jié)構(gòu)靜力分析實例——六角扳手 / 265
　　7.6.1　問題提出 / 265
　　7.6.2　建立模型 / 265
　　7.6.3　施加載荷 / 273
　　7.6.4　求解 / 277
　　7.6.5　查看結(jié)果 / 277
　本章小結(jié) / 280
　練習(xí)題 / 280

第8章　非線性分析 / 282
　8.1　非線性分析簡介 / 282
　　8.1.1　結(jié)構(gòu)非線性的定義 / 282
　　8.1.2　結(jié)構(gòu)非線性的類型 / 282
　　8.1.3　結(jié)構(gòu)非線性的基本步驟 / 283
　8.2　幾何非線性分析實例——懸臂梁 / 283
　　8.2.1　問題提出 / 283
　　8.2.2　建立模型 / 284
　　8.2.3　施加載荷 / 285
　　8.2.4　求解 / 286
　　8.2.5　查看結(jié)果 / 286
　8.3　材料非線性分析實例——鉚釘 / 288
　　8.3.1　問題提出 / 289
　　8.3.2　建立模型 / 289
　　8.3.3　施加載荷 / 292
　　8.3.4　求解 / 293
　　8.3.5　查看結(jié)果 / 294
　8.4　狀態(tài)非線性分析實例——齒輪接觸分析 / 297
　　8.4.1　問題提出 / 297
　　8.4.2　建立模型 / 297
　　8.4.3　施加載荷 / 304
　　8.4.4　求解 / 305
　　8.4.5　查看結(jié)果 / 306
　8.5　非線性蠕變分析實例——螺栓 / 308
　　8.5.1　問題提出 / 308
　　8.5.2　建立模型 / 308
　　8.5.3　施加載荷 / 311
　　8.5.4　求解 / 312
　　8.5.5　查看結(jié)果 / 313
　本章小結(jié) / 315

第9章　動力學(xué)分析 / 316
　9.1　動力學(xué)分析概述 / 316
　　9.1.1　動力學(xué)分析簡介 / 316
　　9.1.2　動力學(xué)分析類型 / 316
　9.2　模態(tài)分析 / 317
　　9.2.1　模態(tài)分析簡介 / 317
　　9.2.2　模態(tài)分析步驟 / 317
　　9.2.3　模態(tài)分析實例——飛機機翼 / 320
　9.3　諧波響應(yīng)分析 / 325
　　9.3.1　諧波響應(yīng)分析簡介 / 325
　　9.3.2　諧波響應(yīng)分析步驟 / 325
　　9.3.3　諧波響應(yīng)分析實例——電動機工作臺系統(tǒng) / 326
　9.4　瞬態(tài)動力分析 / 341
　　9.4.1　瞬態(tài)動力分析簡介 / 341
　　9.4.2　瞬態(tài)動力分析步驟 / 341
　　9.4.3　瞬態(tài)動力分析實例——電動機工作臺系統(tǒng) / 343
　9.5　譜分析 / 349
　　9.5.1　譜分析簡介 / 349
　　9.5.2　譜分析步驟 / 350
　　9.5.3　譜分析實例——簡支梁結(jié)構(gòu) / 351
　本章小結(jié) / 361
　練習(xí)題 / 361

第10章　熱分析 / 362
　10.1　熱分析基礎(chǔ)知識 / 362
　　10.1.1　符號與單位 / 362
　　10.1.2　傳熱學(xué)經(jīng)典理論 / 363
　　10.1.3　熱傳遞方式 / 363
　　10.1.4　熱分析類型 / 363
　10.2　穩(wěn)態(tài)熱分析 / 364
　　10.2.1　穩(wěn)態(tài)熱分析的定義 / 364
　　10.2.2　熱分析單元 / 364
　　10.2.3　穩(wěn)態(tài)熱分析基本過程 / 366
　10.3　穩(wěn)態(tài)熱分析實例——潛水艇穩(wěn)態(tài)溫度分布計算 / 368
　　10.3.1　問題描述 / 368
　　10.3.2　建立模型 / 369
　　10.3.3　施加載荷 / 371
　　10.3.4　求解 / 371
　　10.3.5　查看結(jié)果 / 372
　10.4　瞬態(tài)熱分析 / 372
　　10.4.1　瞬態(tài)熱分析的定義 / 372
　　10.4.2　瞬態(tài)熱分析基本過程 / 372
　10.5　瞬態(tài)熱分析實例——澆鑄過程砂箱溫度變化分析 / 375
　　10.5.1　問題描述 / 375
　　10.5.2　建立模型 / 376
　　10.5.3　施加載荷 / 378
　　10.5.4　求解 / 380
　　10.5.5　查看結(jié)果 / 381
　10.6　熱應(yīng)力分析 / 381
　　10.6.1　熱應(yīng)力分析的方法 / 381
　　10.6.2　間接法進行熱應(yīng)力分析的步驟 / 381
　　10.6.3　直接法進行熱應(yīng)力分析的步驟 / 382
　10.7　熱應(yīng)力分析實例——冷卻柵管熱應(yīng)力分布計算 / 382
　　10.7.1　問題描述 / 382
　　10.7.2　間接法 / 383
　　10.7.3　直接法 / 399
　本章小結(jié) / 406
　練習(xí)題 / 406

參考文獻 / 408