ANSYS Workbench现代机械设计实用教程：有限元分析·优化设计·可靠性设计

　　本书主要介绍常用的现代机械设计方法的基本原理及解题步骤，并以软件ANSYS Workbench 2021为工具，从有限元分析、优化设计和可靠性分析三个方面，结合典型工程应用实例着重介绍这些方法求解实际工程问题的步骤。本书可作为高等工科院校机械类专业的高年级本科生、研究生的教材和教学参考书，亦可供从事产品设计、仿真和优化的工程技术人员及广大CAE爱好者阅读与参考。

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第1章　 绪论 0011.1 概述 0011.2 现代设计方法特点 0011.3 常用现代设计方法简介 0031.3.1 计算机辅助设计 0031.3.2 有限元分析 0041.3.3 优化设计 0041.3.4 可靠性设计 0041.3.5 绿色设计 0041.3.6 虚拟设计 0061.3.7 并行设计 0071.3.8 智能设计 0091.3.9 创新设计 0091.3.10 模糊设计 0101.3.11 模块化设计 0101.3.12 动态分析设计 011习题 012有限元分析篇第2章　 有限元法理论简介 0142.1 有限元方法基本思想 0142.2 有限元模型基本构成 0152.3 有限元分析基本步骤 0162.4 有限元分析解题步骤实例——梯形板 0172.4.1 提出问题 0172.4.2 预处理阶段 0182.4.3 求解阶段 0232.4.4 后处理阶段 0242.4.5 精确解析解与有限元数值法近似解的比较 026习题 027第3章　 ANSYS Workbench分析流程 0283.1 ANSYS Workbench分析流程 0283.2 项目管理与文件管理 0293.2.1 项目管理 0293.2.2 操作界面 0293.2.3 文件管理 0313.3 选择或定义材料 0333.3.1 选择材料 0343.3.2 新建材料 0353.4 建立几何模型 0363.4.1 DM建模 0363.4.2 导入外部CAD建模 0463.4.3 DM三维建模——支座 0473.5 网格划分 0563.5.1 网格划分步骤 0563.5.2 分析类型的选择 0563.5.3 网格形状的控制 0573.5.4 网格大小的控制 0603.6 施加边界条件 0633.6.1 载荷类型 0633.6.2 结构支撑 0643.7 求解及结果 0653.7.1 常用结果 0653.7.2 四大强度理论 0663.7.3 应力工具 0673.8 ANSYS Workbench解题步骤——支座 0683.8.1 问题描述 0683.8.2 有限元分析过程 068习题 071第4章　 三维空间问题 0734.1 三维实体单元类型 0734.2 空间问题实例——汽车连杆 0744.2.1 问题描述 0744.2.2 有限元分析过程 075习题 080第5章　 平面问题 0815.1 平面应力与平面应变 0815.2 平面单元类型 0825.3 平面应力问题实例——带孔矩形板 0845.3.1 问题描述 0845.3.2 有限元分析过程 084习题 090第6章　 对称问题 0926.1 对称问题 0926.1.1 对称与反对称 0926.1.2 对称类型 0936.2 实例1：平面对称问题实例——带孔矩形板 0936.2.1 问题描述 0936.2.2 有限元分析过程 0936.3 实例2：三维对称问题实例——汽车连杆 1006.3.1 问题描述 1006.3.2 有限元分析过程 1006.4 实例3：轴对称问题实例——油缸 1066.4.1 问题描述 1066.4.2 有限元分析过程 1066.5 实例4：圆周循环对称问题实例——带孔飞轮 1126.5.1 问题描述 1126.5.2 有限元分析过程 112习题 118第7章　 梁单元分析问题 1197.1 梁单元类型 1197.2 实例1——悬臂梁 1197.2.1 问题描述 1197.2.2 有限元分析过程 1207.3 实例2——简支梁 1297.3.1 问题描述 1297.3.2 有限元分析过程 129习题 136第8章　 薄板、壳问题 1388.1 壳单元类型 1388.2 壳模型的建立——抽中面操作 1398.3 壳单元应用实例——挂钩 1398.3.1 问题描述 1398.3.2 有限元分析过程 140习题 144第9章　 装配体接触问题 1469.1 接触类型 1469.2 接触问题实例——螺栓连接 1479.2.1 问题描述 1479.2.2 有限元分析过程 147习题 153第10章　 动力学问题 15510.1 动力学分析概述 15510.2 模态分析 15610.2.1 模态分析理论基础 15610.2.2 Workbench模态分析步骤 15610.3 模态分析实例——飞机机翼 15910.3.1 实例1：不带预应力的模态分析 15910.3.2 实例2：带预应力的模态分析 16310.4 谐响应分析 16610.4.1 谐响应分析理论基础 16610.4.2 谐响应分析步骤 16710.5 谐响应分析实例——飞机机翼 171习题 179第11章　 电-热-力耦合问题 18011.1 传热学基础 18011.1.1 传热学经典理论 18011.1.2 热传递方式 18011.1.3 温度场 18111.1.4 传热学在工程领域中的应用 18111.2 热应力耦合分析 18211.2.1 热分析过程 18211.2.2 热应力分析过程 18611.3 实例1：热应力耦合分析——冷却栅管 18711.3.1 问题描述 18711.3.2 冷却栅管稳态热分析 18811.3.3 冷却栅管热应力分析 19411.4 实例2：电热耦合分析——平板式汽车氧传感器 19711.4.1 问题描述 19711.4.2 氧传感器电热耦合分析 198习题 204优化设计篇第12章　 优化设计理论简介 20812.1 概述 20812.1.1 优化设计与传统设计方法的比较 20812.1.2 优化设计一般过程 20912.2 优化设计的数学模型 21012.2.1 设计变量与设计空间 21012.2.2 约束 21112.2.3 目标函数 21212.2.4 数学模型 21212.2.5 应用实例 21312.3 优化设计基本方法 216习题 218第13章　 ANSYS Workbench拓扑优化 22013.1 拓扑优化介绍 22013.1.1 什么是拓扑优化 22013.1.2 拓扑优化实现方法 22113.1.3 拓扑优化设计流程 22113.1.4 拓扑优化分析界面 22213.2 拓扑优化工具 22213.3 拓扑优化设置 22313.4 设计结果与验证 22313.4.1 拓扑优化求解结果 22313.4.2 拓扑优化结果验证分析 22413.5 拓扑优化实例——汽车轮毂 22513.5.1 问题描述 22513.5.2 汽车轮毂静力分析 22513.5.3 汽车轮毂拓扑优化 22713.5.4 汽车轮毂优化验证分析 229习题 233第14章　 ANSYS Workbench尺寸优化 23514.1 ANSYS Workbench设计探索优化介绍 23514.1.1 设计探索优化模块及流程 23514.1.2 模型参数化 23614.1.3 相关性分析 23914.1.4 DOE实验设计 24114.1.5 响应面拟合 24314.1.6 目标驱动优化 24514.2 基于参数敏感性的响应面尺寸优化实例——发动机曲轴 24814.2.1 问题描述 24814.2.2 发动机曲轴静力分析 24814.2.3 发动机曲轴模态分析 25814.2.4 相关性分析 26014.2.5 发动机曲轴尺寸优化设计 264习题 271可靠性分析篇第15章　 可靠性基本概念与理论 27415.1 概述 27415.1.1 可靠性发展历程 27415.1.2 可靠性定义 27515.1.3 可靠性设计的基本内容 27615.1.4 可靠性设计的特点 27615.2 可靠性基础概念 27715.2.1 可靠性与故障率 27715.2.2 产品失效模型 27915.2.3 产品的平均寿命 28215.3 零件机械强度可靠性设计 28315.3.1 应力-强度干涉模型 28315.3.2 用分析法进行可靠性预计 28315.3.3 受拉零件静强度的可靠性设计 28515.3.4 梁的静强度可靠性设计 288习题 291第16章　 ANSYS Workbench的六西格玛可靠性分析 29216.1 六西格玛可靠性分析简介 29216.2 六西格玛可靠性分析的基本步骤 29316.3 六西格玛可靠性分析实例——连杆 29316.3.1 问题描述 29316.3.2 静力学分析 29316.3.3 六西格玛分析 297习题 302参考文献 303