ANSYS Workbench结构分析理论详解与高级应用

　　作者将ANSYS Workbench结构分析用户常见的各种疑难问题，结合ANSYS官方资料和长期从事ANSYS技术支持工作的经验，归纳为十余个技术专题，形成本书。本书基于ANSYS 2019R2及以上版本。内容包括结构分析的理论背景、仿真几何模型的准备、部件的装配与连接、网格划分与网格编辑、外部模型的装配、载荷和边界条件、应力奇异和应力解答的精度问题、高级接触选项、非线性分析的监控与故障诊断、结构动力学分析专题、流固耦合分析、多体动力学分析与动力子结构方法、热传导与热应力计算、APDL Command对象使用、结构优化设计、Workbench建模选项对应的ANSYS单元与选项说明等。 本书的特色是结合算例对相关问题进行分析和讲解，可以帮助读者有效地提升理论水平和软件应用水平，在使用ANSYS进行结构分析过程中做到概念清晰、心中有数。 本书适合作为机械、车辆、航空、土木、力学等相关工科专业研究生或高年级本科生学习有限元分析及ANSYS软件应用课程的参考书，也适合从事结构分析的工程技术人员和ANSYS软件用户作为自学教材使用。

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前言
第1章  ANSYS Workbench结构分析的理论背景 1
1.1  ANSYS结构静力学有限元分析的理论
背景 1
1.1.1  有限单元法概述 1
1.1.2  单元分析与结构分析 5
1.1.3  等参变换与数值积分 8
1.1.4  克服网格锁定的单元技术 18
1.1.5  应变和应力的计算与后处理 23
1.2  ANSYS结构动力有限元分析的理论背景 32
1.2.1  结构动力学的基本概念与方程 32
1.2.2  模态分析 34
1.2.3  谐响应分析 36
1.2.4  瞬态分析 38
1.2.5  响应谱分析 40
1.2.6  随机振动分析 48
1.3  ANSYS热分析及热应力计算的理论背景 49
1.3.1  热传导问题的基本方程 49
1.3.2  热传导有限元分析 52
1.3.3  热应力计算 54
1.4  ANSYS结构屈曲分析的理论背景 55
1.5  ANSYS结构非线性分析的概念和理论
背景 56
1.5.1  非线性问题的基本概念和分类 56
1.5.2  结构塑性分析的理论基础 57
1.5.3  几何非线性分析的理论基础 60
1.5.4  接触分析算法简介 63
1.5.5  非线性问题的求解方法 69
1.6  ANSYS流体-结构耦合分析的理论背景 71
第2章  ANSYS 2019R2-R3结构分析新环境
概览 73
2.1  Mechanical结构分析新环境概述 73
2.2  Mechanical界面的核心操作逻辑 82
2.3  其他辅助性界面功能区 85
第3章  ANSYS Workbench结构分析建模思想
与方法 91
3.1  ANSYS结构分析建模思想与单元选择 91
3.1.1  ANSYS结构分析建模的二次映射
思想 91
3.1.2  根据工程结构分类选用ANSYS
单元 92
3.2  关于结构分析的几何模型 94
3.2.1  ANSYS Workbench的分析系统和Geometry组件 94
3.2.2  几何模型的准备 97
3.2.3  Mechanical中的Geometry分支 103
3.3  定义连接关系 111
3.3.1  定义接触及基本接触选项 111
3.3.2  Joint连接及相关选项 117
3.3.3  其他连接方式 121
3.4  Mesh、Mesh Edit及Mesh Numbering 125
3.5  Named Selection的应用 129
3.6  Remote Point技术及其应用 133
3.7  External Model和Mechanical Model的
定义和装配 135
第4章  结构分析的边界条件与载荷 139
4.1  求解过程组织与载荷步设置 139
4.2  边界条件及载荷类型的解释说明 143
4.3  实用加载方法与例题 154
4.3.1  施加于SHELL单元上的静水压力
例题 154
4.3.2  通过位置函数方式加载例题 160
4.3.3  Nodal Orientation在加载中的应用 165
第5章  与应力解答有关的问题 176
5.1  应力奇异问题及对策 176
5.1.1  应力奇异问题的表现形式与实质 176
5.1.2  解决应力奇异问题的若干对策 176
5.2  如何提高应力解答的精度 177
5.2.1  单元选择与网格划分的相关考虑 177
5.2.2  应用子模型技术精确计算局部应
力解 177
5.2.3  应用Convergence工具计算精确
应力解 179
5.3  基于子模型及收敛性技术的应力计算
实例 179
5.3.1  应用子模型计算实体结构的局部
应力 179
5.3.2  应用收敛工具计算实体结构局部
应力 188
5.3.3  应用子模型计算拱壳开孔附近的
应力 190
第6章  非线性分析专题 198
6.1  非线性分析材料参数及前处理注意事项 198
6.1.1  非线性材料参数的定义方法与注意
事项 198
6.1.2  非线性分析的单元与网格控制选项 200
6.1.3  模型几何缺陷的引入 201
6.2  高级接触选项设置 204
6.3  非线性分析的求解选项设置 210
6.4  非线性分析求解监控与问题诊断 215
6.5  非线性分析例题 221
6.5.1  接触分析例题：接触界面调整 221
6.5.2  接触分析例题：插销过盈装配与
拔拉分析 233
6.5.3  非线性屈曲分析例题：悬臂钢板 238
第7章  结构动力学分析及应用 252
7.1  模态分析要点 252
7.2  谐响应分析要点 256
7.2.1  谐响应分析的两种求解方法 256
7.2.2  谐响应分析的载荷与求解选项 257
7.2.3  谐响应分析的结果后处理 260
7.3  瞬态分析要点 263
7.4  响应谱分析及其在抗震工程中的应用 268
7.5  随机振动分析要点 270
7.6  结构动力学分析例题 273
7.6.1  烟囱结构的抗震分析 273
7.6.2  设备支架的谐响应及随机振动分析 282
7.6.3  平台结构在多种激励下的瞬态振动
分析 312
第8章  流固耦合动力分析 328
8.1  流固耦合实现方法与过程 328
8.2  流固耦合分析例题: 双立板在流体的
摆动模拟 329
8.2.1  问题描述 329
8.2.2  建立分析流程 329
8.2.3  瞬态结构分析前处理 330
8.2.4  流体域分析前处理 335
8.2.5  系统耦合设置及求解 338
8.2.6  结果后处理 340
第9章  机构运动及多体动力分析 347
9.1  刚体动力学分析 347
9.2  刚柔混合多体分析 349
9.2.1  一般瞬态分析方法 349
9.2.2  部件模态综合方法（CMS方法） 350
9.3  连杆滑块系统的多体动力学分析实例 351
9.3.1  连杆滑块系统的刚体运动分析 351
9.3.2  刚柔混合多体动力学分析：一般
瞬态分析方法 361
9.3.3  刚柔混合多体动力学分析：CMS
方法 365
第10章  热分析及热应力计算的技术要点 368
10.1  结构热分析实现要点 368
10.2  热应力计算方法 370
10.3  热分析及热应力计算例题：换热片 371
10.3.1  问题描述 371
10.3.2  换热片的散热分析 372
10.3.3  热应力计算 377
第11章  在Mechanical中应用APDL Command
对象 380
11.1  APDL命令的背景知识 380
11.2  APDL命令对象在Mechanical组件
中的应用 382
11.3  Command对象应用举例：梁结构的
内力图 387
第12章  DesignXplorer结构优化方法与应用 395
12.1  结构优化问题的数学表述 395
12.2  ANSYS DX优化技术及实现要点 396
12.2.1  ANSYS Workbench的参数管理与
设计点的概念 396
12.2.2  参数相关性、DOE与响应面技术 399
12.2.3  目标驱动优化 405
12.3  DX优化分析实例 409
附录A  Workbench采用的ANSYS单元类型
说明 417
附录B  Engineering Data自定义材料及
材料库 422
附录C  高级几何处理工具ANSYS SCDM
简介 425
参考文献 460