书籍详情
ANSYS 2022有限元分析从入门到精通（微课视频版）
作者：龙凯 李志尊
出版社：人民邮电出版社
出版时间：2022-12-01
ISBN：9787115596840
定价：¥99.00
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内容简介
本书以ANSYS 2022软件为依据，介绍了ANSYS的操作基础，以及利用ANSYS进行有限元分析的技巧和方法。本书15章，分为ANSYS概述、图形用户界面、几何建模、网格划分、施加载荷、求解、后处理、静力分析、模态分析、谐响应分析、谱分析、非线性分析、瞬态动力学分析、结构屈曲分析、热分析等，并结合典型工程应用实例详细讲述了ANSYS具体工程应用方法。本书可作为ANSYS软件的初级/中级用户、从事结构分析相关行业的工程技术人员及相关专业师生的参考书。本书配套电子资源包括全书实例源文件和实例操作视频文件，供读者学习参考。
作者简介
龙凯，华北电力大学副教授。主持承担了多项省部级重大科研项目，曾获得多项重大奖项，发表论文60多篇，获得15项科技发明授权，出版著作8部。 李志尊，陆军工程大学副教授，现任职于陆军工程大学石家庄校区机械基础教研室，多年来从事机械设计与材料工程方面教学和科研工作，主持或参与省部级科研项目20多项，获军队科技进步奖一等奖一项，发表SCI等级别论文30余篇，出版著作20余部。
目录
目录
第 1章 ANSYS概述 1
1.1 有限元常用术语 1
1.2 有限元法的分析过程 2
1.3 ANSYS 2022的安装与启动 3
1.3.1 系统要求 3
1.3.2 设置运行参数 4
1.3.3 启动与退出 6
1.4 ANSYS分析的基本过程 7
1.4.1 前处理 7
1.4.2 加载并求解 7
1.4.3 后处理 8
1.5 ANSYS文件系统 8
1.5.1 文件类型 8
1.5.2 文件管理 9
第 2章 图形用户界面 12
2.1 ANSYS 2022 R1图形用户界面的组成 12
2.2 对话框及其组件 13
2.2.1 文本框 14
2.2.2 单选列表 14
2.2.3 双列选择列表 14
2.2.4 标签对话框 15
2.2.5 选取框 15
2.3 通用菜单 16
2.3.1 文件菜单 16
2.3.2 选取菜单 18
2.3.3 列表菜单 20
2.3.4 绘图菜单 23
2.3.5 绘图控制菜单 24
2.3.6 工作平面菜单 29
2.3.7 参量菜单 31
2.3.8 宏菜单 33
2.3.9 菜单控制菜单 34
2.4 输入窗口 34
2.5 主菜单 35
2.5.1 优选项 35
2.5.2 预处理器 36
2.5.3 求解器 39
2.5.4 通用后处理器 42
2.5.5 时间历程后处理器 44
2.5.6 记录编辑器 46
2.6 输出窗口 46
2.7 工具条 47
2.8 图形窗口 47
2.8.1 图形显示 47
2.8.2 多窗口绘图 49
2.8.3 增强图形显示 51
2.9 个性化界面 52
2.9.1 改变字体和颜色 52
2.9.2 改变GUI的启动菜单显示 52
2.9.3 改变菜单链接和对话框 52
第3章 几何建模 53
3.1 几何建模概论 53
3.2 坐标系简介 55
3.2.1 总体坐标系和局部坐标系 55
3.2.2 显示坐标系 57
3.2.3 节点坐标系 57
3.2.4 单元坐标系 58
3.2.5 结果坐标系 59
3.3 工作平面 59
3.3.1 定义一个新的工作平面 59
3.3.2 移动工作平面 60
3.3.3 旋转工作平面 60
3.3.4 还原一个已定义的工作平面 60
3.4 自底向上创建几何模型 61
3.4.1 关键点 61
3.4.2 硬点 62
3.4.3 线 63
3.4.4 面 65
3.4.5 体 66
3.5 自顶向下创建几何模型 67
3.5.1 创建面体素 67
3.5.2 创建实体体素 68
3.6 使用布尔运算操作来修正几何模型 69
3.6.1 布尔运算的设置 69
3.6.2 布尔运算之后的图元编号 69
3.6.3 交运算 69
3.6.4 两两相交 70
3.6.5 相加 71
3.6.6 相减 71
3.6.7 利用工作平面做减运算 72
3.6.8 搭接 72
3.6.9 分割 72
3.6.10 合并 73
3.7 移动、复制和缩放几何模型 73
3.7.1 按照样本生成图元 73
3.7.2 由对称镜像生成图元 74
3.7.3 将样本图元转换坐标系 74
3.7.4 实体模型图元的缩放 74
3.8 实例导航——旋转外轮的实体建模 75
第4章 网格划分 82
4.1 有限元网格概论 82
4.2 设定单元属性 82
4.2.1 生成单元属性表 83
4.2.2 在划分网格之前分配单元属性 83
4.3 网格划分的控制 84
4.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool） 84
4.3.2 单元形状 84
4.3.3 选择自由或映射网格划分 85
4.3.4 控制单元边中间节点的位置 85
4.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制 85
4.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸 86
4.3.7 局部网格划分控制 87
4.3.8 内部网格划分控制 87
4.3.9 生成过渡棱锥单元 88
4.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式 89
4.3.11 执行层网格划分 89
4.4 自由网格划分和映射网格划分控制 90
4.4.1 自由网格划分 90
4.4.2 映射网格划分 91
4.4.3 实例导航——托架的网格划分 94
4.5 延伸和扫掠生成有限元模型 95
4.5.1 延伸生成网格 95
4.5.2 扫掠生成网格 96
4.6 修正有限元模型 98
4.6.1 局部细化网格 98
4.6.2 移动和复制节点及单元 101
4.6.3 控制面、线和单元的法向 101
4.6.4 修改单元属性 102
4.7 直接通过节点和单元生成有限元模型 103
4.7.1 节点 103
4.7.2 单元 104
4.8 编号控制 106
4.8.1 合并重复项 107
4.8.2 编号压缩 107
4.8.3 设定起始编号 108
4.8.4 编号偏差 108
4.9 实例导航——旋转外轮的网格划分 108
第5章 施加载荷 113
5.1 载荷概论 113
5.1.1 载荷定义 113
5.1.2 载荷步、子步和平衡迭代 114
5.1.3 时间参数 115
5.1.4 阶跃载荷与坡道载荷 115
5.2 施加载荷 116
5.2.1 实体模型载荷与有限单元载荷 116
5.2.2 施加载荷 117
5.2.3 利用表格来施加载荷 121
5.2.4 轴对称载荷与反作用力 123
5.2.5 实例导航——托架施加载荷 124
5.3 设定载荷步选项 125
5.3.1 通用选项 125
5.3.2 非线性选项 128
5.3.3 动力学分析选项 128
5.3.4 输出控制 128
5.3.5 创建多载荷步文件 129
5.4 实例导航——旋转外轮的载荷和约束施加 130
第6章 求解 133
6.1 求解概论 133
6.1.1 使用直接求解法 134
6.1.2 使用稀疏矩阵直接求解法 134
6.1.3 使用雅可比共轭梯度法 134
6.1.4 使用不完全分解共轭梯度法 135
6.1.5 使用预条件共轭梯度法 135
6.1.6 使用自动迭代解法选项 136
6.1.7 获得解答 136
6.2 利用特定的求解控制器来指定求解类型 137
6.2.1 使用“Abridged Solution”菜单选项 137
6.2.2 使用求解控制对话框 137
6.3 多载荷步求解 139
6.3.1 多重求解法 139
6.3.2 使用载荷步文件法 139
6.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法） 140
6.4 重新启动分析 141
6.4.1 重新启动一个分析 141
6.4.2 多载荷步文件的重新启动分析 144
6.5 实例导航——旋转外轮模型求解 146
第7章 后处理 147
7.1 后处理概述 147
7.1.1 什么是后处理 147
7.1.2 结果文件 148
7.1.3 后处理可用的数据类型 148
7.2 通用后处理器（POST1） 148
7.2.1 将数据结果读入数据库 148
7.2.2 列表显示结果 154
7.2.3 图像显示结果 159
7.2.4 实例导航——查看计算结果 163
7.3 时间历程后处理器（POST26） 164
7.3.1 定义和保存POST26变量 164
7.3.2 检查变量 166
7.3.3 POST26的其他功能 168
7.4 实例导航——旋转外轮计算结果后处理 169
第8章 静力分析 173
8.1 静力分析介绍 173
8.1.1 结构静力分析简介 173
8.1.2 静力分析的类型 174
8.1.3 静力分析基本步骤 174
8.2 实例导航——建筑物内支撑柱静力分析 175
8.2.1 问题描述 175
8.2.2 GUI方式 175
8.3 实例导航——联轴体的静力分析 181
8.3.1 问题描述 181
8.3.2 建立模型 181
8.3.3 定义边界条件并求解 185
8.3.4 查看结果 187
第9章 模态分析 192
9.1 模态分析概论 192
9.2 模态分析的基本步骤 192
9.2.1 建模 192
9.2.2 加载及求解 193
9.2.3 扩展模态 195
9.2.4 观察结果和后处理 197
9.3 实例导航——弹簧-质量系统模态分析 198
9.3.1 问题描述 198
9.3.2 GUI方式 198
9.4 实例导航——小发电机转子模态分析 203
9.4.1 分析问题 203
9.4.2 建立模型 204
9.4.3 进行模态设置、定义边界条件并求解 208
9.4.4 查看结果 210
第 10章 谐响应分析 211
10.1 谐响应分析概论 211
10.2 谐响应分析的基本步骤 212
10.2.1 建立模型（前处理） 212
10.2.2 加载和求解 212
10.2.3 观察模型（后处理） 217
10.3 实例导航——弹簧质子系统的谐响应分析 219
10.3.1 问题描述 219
10.3.2 建模及分网 219
10.3.3 模态分析 223
10.3.4 谐响应分析 224
10.3.5 观察结果 225
第 11章 谱分析 229
11.1 谱分析概论 229
11.1.1 响应谱分析 229
11.1.2 动力设计分析 230
11.1.3 随机振动分析 230
11.2 谱分析的基本步骤 230
11.2.1 前处理 230
11.2.2 模态分析 230
11.2.3 谱分析 230
11.2.4 扩展模态 233
11.2.5 合并模态 234
11.2.6 后处理 235
11.3 实例导航——三层框架结构地震响应分析 236
11.3.1 问题描述 236
11.3.2 GUI方式 237
第 12章 非线性分析 248
12.1 非线性分析概论 248
12.1.1 非线性行为的原因 248
12.1.2 非线性分析的基本信息 249
12.1.3 几何非线性 251
12.1.4 材料非线性 252
12.1.5 其他非线性问题 255
12.2 非线性分析的基本步骤 255
12.2.1 前处理（建模和分网） 256
12.2.2 设置求解控制器 256
12.2.3 设定其他求解选项 258
12.2.4 加载 259
12.2.5 求解 259
12.2.6 后处理 259
12.3 实例导航——铆钉冲压变形分析 261
12.3.1 问题描述 261
12.3.2 建立模型 261
12.3.3 定义边界条件并求解 267
12.3.4 查看结果 268
第 13章 瞬态动力学分析 272
13.1 瞬态动力学概论 272
13.1.1 完全法 272
13.1.2 模态叠加法 273
13.2 瞬态动力学的基本步骤 273
13.2.1 前处理（建模和分网） 273
13.2.2 建立初始条件 274
13.2.3 设定求解控制器 274
13.2.4 设定其他求解选项 276
13.2.5 施加载荷 276
13.2.6 设定多载荷步 277
13.2.7 瞬态求解 278
13.2.8 后处理 278
13.3 实例导航——振动系统瞬态动力学分析 280
13.3.1 分析问题 280
13.3.2 建立模型 281
13.3.3 进行模态分析 285
13.3.4 进行瞬态动力学分析设置、定义边界条件并求解 286
13.3.5 查看结果 290
第 14章 结构屈曲分析 293
14.1 结构屈曲概论 293
14.2 结构屈曲分析的基本步骤 293
14.2.1 前处理 293
14.2.2 获得静力解 294
14.2.3 获得特征值屈曲解 294
14.2.4 扩展解 295
14.2.5 后处理（观察结果） 296
14.3 实例导航——薄壁圆筒屈曲分析 297
14.3.1 问题描述 297
14.3.2 GUI方式 297
第 15章 热分析 304
15.1 热分析概论 304
15.1.1 热分析的特点 304
15.1.2 热分析单元 305
15.2 热分析的基本过程 306
15.2.1 稳态热分析 306
15.2.2 瞬态热分析 310
15.3 实例导航——两环形零件在圆筒形水箱中冷却过程 315
15.3.1 问题描述 315
15.3.2 问题分析 315
15.3.3 GUI方式 315
第 1章 ANSYS概述 1
1.1 有限元常用术语 1
1.2 有限元法的分析过程 2
1.3 ANSYS 2022的安装与启动 3
1.3.1 系统要求 3
1.3.2 设置运行参数 4
1.3.3 启动与退出 6
1.4 ANSYS分析的基本过程 7
1.4.1 前处理 7
1.4.2 加载并求解 7
1.4.3 后处理 8
1.5 ANSYS文件系统 8
1.5.1 文件类型 8
1.5.2 文件管理 9
第 2章 图形用户界面 12
2.1 ANSYS 2022 R1图形用户界面的组成 12
2.2 对话框及其组件 13
2.2.1 文本框 14
2.2.2 单选列表 14
2.2.3 双列选择列表 14
2.2.4 标签对话框 15
2.2.5 选取框 15
2.3 通用菜单 16
2.3.1 文件菜单 16
2.3.2 选取菜单 18
2.3.3 列表菜单 20
2.3.4 绘图菜单 23
2.3.5 绘图控制菜单 24
2.3.6 工作平面菜单 29
2.3.7 参量菜单 31
2.3.8 宏菜单 33
2.3.9 菜单控制菜单 34
2.4 输入窗口 34
2.5 主菜单 35
2.5.1 优选项 35
2.5.2 预处理器 36
2.5.3 求解器 39
2.5.4 通用后处理器 42
2.5.5 时间历程后处理器 44
2.5.6 记录编辑器 46
2.6 输出窗口 46
2.7 工具条 47
2.8 图形窗口 47
2.8.1 图形显示 47
2.8.2 多窗口绘图 49
2.8.3 增强图形显示 51
2.9 个性化界面 52
2.9.1 改变字体和颜色 52
2.9.2 改变GUI的启动菜单显示 52
2.9.3 改变菜单链接和对话框 52
第3章 几何建模 53
3.1 几何建模概论 53
3.2 坐标系简介 55
3.2.1 总体坐标系和局部坐标系 55
3.2.2 显示坐标系 57
3.2.3 节点坐标系 57
3.2.4 单元坐标系 58
3.2.5 结果坐标系 59
3.3 工作平面 59
3.3.1 定义一个新的工作平面 59
3.3.2 移动工作平面 60
3.3.3 旋转工作平面 60
3.3.4 还原一个已定义的工作平面 60
3.4 自底向上创建几何模型 61
3.4.1 关键点 61
3.4.2 硬点 62
3.4.3 线 63
3.4.4 面 65
3.4.5 体 66
3.5 自顶向下创建几何模型 67
3.5.1 创建面体素 67
3.5.2 创建实体体素 68
3.6 使用布尔运算操作来修正几何模型 69
3.6.1 布尔运算的设置 69
3.6.2 布尔运算之后的图元编号 69
3.6.3 交运算 69
3.6.4 两两相交 70
3.6.5 相加 71
3.6.6 相减 71
3.6.7 利用工作平面做减运算 72
3.6.8 搭接 72
3.6.9 分割 72
3.6.10 合并 73
3.7 移动、复制和缩放几何模型 73
3.7.1 按照样本生成图元 73
3.7.2 由对称镜像生成图元 74
3.7.3 将样本图元转换坐标系 74
3.7.4 实体模型图元的缩放 74
3.8 实例导航——旋转外轮的实体建模 75
第4章 网格划分 82
4.1 有限元网格概论 82
4.2 设定单元属性 82
4.2.1 生成单元属性表 83
4.2.2 在划分网格之前分配单元属性 83
4.3 网格划分的控制 84
4.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool） 84
4.3.2 单元形状 84
4.3.3 选择自由或映射网格划分 85
4.3.4 控制单元边中间节点的位置 85
4.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制 85
4.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸 86
4.3.7 局部网格划分控制 87
4.3.8 内部网格划分控制 87
4.3.9 生成过渡棱锥单元 88
4.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式 89
4.3.11 执行层网格划分 89
4.4 自由网格划分和映射网格划分控制 90
4.4.1 自由网格划分 90
4.4.2 映射网格划分 91
4.4.3 实例导航——托架的网格划分 94
4.5 延伸和扫掠生成有限元模型 95
4.5.1 延伸生成网格 95
4.5.2 扫掠生成网格 96
4.6 修正有限元模型 98
4.6.1 局部细化网格 98
4.6.2 移动和复制节点及单元 101
4.6.3 控制面、线和单元的法向 101
4.6.4 修改单元属性 102
4.7 直接通过节点和单元生成有限元模型 103
4.7.1 节点 103
4.7.2 单元 104
4.8 编号控制 106
4.8.1 合并重复项 107
4.8.2 编号压缩 107
4.8.3 设定起始编号 108
4.8.4 编号偏差 108
4.9 实例导航——旋转外轮的网格划分 108
第5章 施加载荷 113
5.1 载荷概论 113
5.1.1 载荷定义 113
5.1.2 载荷步、子步和平衡迭代 114
5.1.3 时间参数 115
5.1.4 阶跃载荷与坡道载荷 115
5.2 施加载荷 116
5.2.1 实体模型载荷与有限单元载荷 116
5.2.2 施加载荷 117
5.2.3 利用表格来施加载荷 121
5.2.4 轴对称载荷与反作用力 123
5.2.5 实例导航——托架施加载荷 124
5.3 设定载荷步选项 125
5.3.1 通用选项 125
5.3.2 非线性选项 128
5.3.3 动力学分析选项 128
5.3.4 输出控制 128
5.3.5 创建多载荷步文件 129
5.4 实例导航——旋转外轮的载荷和约束施加 130
第6章 求解 133
6.1 求解概论 133
6.1.1 使用直接求解法 134
6.1.2 使用稀疏矩阵直接求解法 134
6.1.3 使用雅可比共轭梯度法 134
6.1.4 使用不完全分解共轭梯度法 135
6.1.5 使用预条件共轭梯度法 135
6.1.6 使用自动迭代解法选项 136
6.1.7 获得解答 136
6.2 利用特定的求解控制器来指定求解类型 137
6.2.1 使用“Abridged Solution”菜单选项 137
6.2.2 使用求解控制对话框 137
6.3 多载荷步求解 139
6.3.1 多重求解法 139
6.3.2 使用载荷步文件法 139
6.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法） 140
6.4 重新启动分析 141
6.4.1 重新启动一个分析 141
6.4.2 多载荷步文件的重新启动分析 144
6.5 实例导航——旋转外轮模型求解 146
第7章 后处理 147
7.1 后处理概述 147
7.1.1 什么是后处理 147
7.1.2 结果文件 148
7.1.3 后处理可用的数据类型 148
7.2 通用后处理器（POST1） 148
7.2.1 将数据结果读入数据库 148
7.2.2 列表显示结果 154
7.2.3 图像显示结果 159
7.2.4 实例导航——查看计算结果 163
7.3 时间历程后处理器（POST26） 164
7.3.1 定义和保存POST26变量 164
7.3.2 检查变量 166
7.3.3 POST26的其他功能 168
7.4 实例导航——旋转外轮计算结果后处理 169
第8章 静力分析 173
8.1 静力分析介绍 173
8.1.1 结构静力分析简介 173
8.1.2 静力分析的类型 174
8.1.3 静力分析基本步骤 174
8.2 实例导航——建筑物内支撑柱静力分析 175
8.2.1 问题描述 175
8.2.2 GUI方式 175
8.3 实例导航——联轴体的静力分析 181
8.3.1 问题描述 181
8.3.2 建立模型 181
8.3.3 定义边界条件并求解 185
8.3.4 查看结果 187
第9章 模态分析 192
9.1 模态分析概论 192
9.2 模态分析的基本步骤 192
9.2.1 建模 192
9.2.2 加载及求解 193
9.2.3 扩展模态 195
9.2.4 观察结果和后处理 197
9.3 实例导航——弹簧-质量系统模态分析 198
9.3.1 问题描述 198
9.3.2 GUI方式 198
9.4 实例导航——小发电机转子模态分析 203
9.4.1 分析问题 203
9.4.2 建立模型 204
9.4.3 进行模态设置、定义边界条件并求解 208
9.4.4 查看结果 210
第 10章 谐响应分析 211
10.1 谐响应分析概论 211
10.2 谐响应分析的基本步骤 212
10.2.1 建立模型（前处理） 212
10.2.2 加载和求解 212
10.2.3 观察模型（后处理） 217
10.3 实例导航——弹簧质子系统的谐响应分析 219
10.3.1 问题描述 219
10.3.2 建模及分网 219
10.3.3 模态分析 223
10.3.4 谐响应分析 224
10.3.5 观察结果 225
第 11章 谱分析 229
11.1 谱分析概论 229
11.1.1 响应谱分析 229
11.1.2 动力设计分析 230
11.1.3 随机振动分析 230
11.2 谱分析的基本步骤 230
11.2.1 前处理 230
11.2.2 模态分析 230
11.2.3 谱分析 230
11.2.4 扩展模态 233
11.2.5 合并模态 234
11.2.6 后处理 235
11.3 实例导航——三层框架结构地震响应分析 236
11.3.1 问题描述 236
11.3.2 GUI方式 237
第 12章 非线性分析 248
12.1 非线性分析概论 248
12.1.1 非线性行为的原因 248
12.1.2 非线性分析的基本信息 249
12.1.3 几何非线性 251
12.1.4 材料非线性 252
12.1.5 其他非线性问题 255
12.2 非线性分析的基本步骤 255
12.2.1 前处理（建模和分网） 256
12.2.2 设置求解控制器 256
12.2.3 设定其他求解选项 258
12.2.4 加载 259
12.2.5 求解 259
12.2.6 后处理 259
12.3 实例导航——铆钉冲压变形分析 261
12.3.1 问题描述 261
12.3.2 建立模型 261
12.3.3 定义边界条件并求解 267
12.3.4 查看结果 268
第 13章 瞬态动力学分析 272
13.1 瞬态动力学概论 272
13.1.1 完全法 272
13.1.2 模态叠加法 273
13.2 瞬态动力学的基本步骤 273
13.2.1 前处理（建模和分网） 273
13.2.2 建立初始条件 274
13.2.3 设定求解控制器 274
13.2.4 设定其他求解选项 276
13.2.5 施加载荷 276
13.2.6 设定多载荷步 277
13.2.7 瞬态求解 278
13.2.8 后处理 278
13.3 实例导航——振动系统瞬态动力学分析 280
13.3.1 分析问题 280
13.3.2 建立模型 281
13.3.3 进行模态分析 285
13.3.4 进行瞬态动力学分析设置、定义边界条件并求解 286
13.3.5 查看结果 290
第 14章 结构屈曲分析 293
14.1 结构屈曲概论 293
14.2 结构屈曲分析的基本步骤 293
14.2.1 前处理 293
14.2.2 获得静力解 294
14.2.3 获得特征值屈曲解 294
14.2.4 扩展解 295
14.2.5 后处理（观察结果） 296
14.3 实例导航——薄壁圆筒屈曲分析 297
14.3.1 问题描述 297
14.3.2 GUI方式 297
第 15章 热分析 304
15.1 热分析概论 304
15.1.1 热分析的特点 304
15.1.2 热分析单元 305
15.2 热分析的基本过程 306
15.2.1 稳态热分析 306
15.2.2 瞬态热分析 310
15.3 实例导航——两环形零件在圆筒形水箱中冷却过程 315
15.3.1 问题描述 315
15.3.2 问题分析 315
15.3.3 GUI方式 315
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