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第1章 ANSYS Workbench基础介绍12

1.1 ANSYS Workbench概述12

1.2 ANSYS Workbench平台与模块12

1.2.1 ANSYS Workbench启动方式12

1.2.2 Workbench平台界面13

1.2.3 主菜单栏14

1.2.4 基本工具栏15

1.2.5 工具箱15

1.2.6 项目流程图16

1.3 ANSYS Workbench文件管理16

1.4 ANSYS Workbench单位系统17

1.5 本章小结18

第2章 几何建模与模型清理19

2.1 DesignModeler概述19

2.1.1 DesignModeler介绍19

2.1.2 DesignModeler启动和CAD文件交互19

2.1.3 DesignModeler交互界面20

2.1.4 DesignModeler主菜单栏20

2.1.5 DesignModeler工具栏21

2.1.6 鼠标操作22

2.1.7 选择过滤器22

2.1.8 框选22

2.1.9 选择面板23

2.1.10 图形控制23

2.1.11 弹出快捷菜单23

2.2 草图绘制24

2.2.1 单位制25

2.2.2 创建新平面和平面变换25

2.2.3 创建新草绘26

2.2.4 草绘工具26

2.2.5 草图投影与援引28

2.3 3D建模创建与工具28

2.3.1 体和零件28

2.3.2 3D特征操作（【Create】菜单）29

2.3.3 高级工具（【Tools】菜单）30

2.4 参数化建模31

2.4.1 DM参数化建模31

2.4.2 一般CAD软件参数化导入DM的方法32

2.5 概念建模33

2.5.1 创建线体33

2.5.2 建立面35

2.6 几何建模实例36

2.6.1 构件搬运台车建模实例36

2.6.2 飞机机翼1D和2D混合建模实例40

2.7 几何清理实例45

涡轮机外壳结构几何清理简化实例45

2.8 本章小结48

第3章 工程数据定义与网格划分49

3.1 工程数据定义基础49

3.1.1 Engineering Data界面49

3.1.2 定义材料参数50

3.1.3 添加新材料进入材料库51

3.1.4 赋予材料属性52

3.2 网格划分技术52

3.2.1 全局网格控制52

3.2.2 局部网格划分控制55

3.2.3 虚拟拓扑59

3.2.4 预览和生成网格60

3.3 网格划分实例61

3.3.1 裁纸凹模三维结构网格划分61

3.3.2 Semi-Elliptocal Crack裂纹网格划分63

3.3.3 旋风分离器网格划分65

3.3.4 三通管膨胀层网格划分实例67

3.3.5 简易形状结构快速网格划分实例68

3.4 本章小结70

第4章 Workbench-Mechanical通用设置71

4.1 Workbench-Mechanical概述71

4.2 Mechanical分析基本步骤71

4.3 Mechanical交互界面72

4.3.1 菜单栏72

4.3.2 工具栏72

4.3.3 导航树73

4.3.4 明细栏73

4.3.5 图形窗口73

4.3.6 程序应用向导74

4.4 导航树基本分支与操作流程说明74

4.4.1 预处理74

4.4.2 求解模型75

4.4.3 后处理75

4.5 常用基本预处理操作76

4.5.1 坐标系Coordinate Systems76

4.5.2 命名选择Named Selections76

4.5.3 目标生成器Object Generator77

4.5.4 注释设置Annotation Preferences77

4.5.5 自定义节点编号Mesh Numbering78

4.5.6 远程点Remote Point78

4.6 本章小结79

第5章 线性静力学结构分析80

5.1 线性静力学分析基础80

5.1.1 2D平面问题80

5.1.2 1D杆与梁的问题81

5.1.3 板壳和3D结构分析82

5.2 线性静力学分析流程82

5.3 线性静力学分析载荷与支撑83

5.3.1 惯性载荷83

5.3.2 载荷与约束84

5.4 结果后处理86

5.4.1 变形87

5.4.2 应力和应变87

5.4.3 线性化应力88

5.4.4 应力工具89

5.4.5 接触工具90

5.4.6 疲劳工具90

5.4.7 梁工具90

5.4.8 探测91

5.4.9 用户自定义结果91

5.4.10 图形显示91

5.4.11 求解组合92

5.4.12 收敛92

5.4.13 应力奇异92

5.5 静力学结构分析实例93

5.5.1 一榀钢梁结构静力学分析93

5.5.2 电动缸销轴结构静力学分析95

5.6 本章小结99

第6章 动力学分析概述100

6.1 动力学分析的目的100

6.1.1 动力学分析涉及的物理现象100

6.1.2 动力学分析类型100

6.1.3 动力学有限元建模原则101

6.2 通用运动控制方程101

6.3 阻尼102

6.3.1 单元阻尼102

6.3.2 Alpha阻尼和Beta阻尼102

6.3.3 常数阻尼103

6.3.4 数值阻尼104

6.4 本章小结104

第7章 模态分析105

7.1 模态分析基础105

7.1.1 模态分析的目的105

7.1.2 术语和概念105

7.1.3 振型归一化106

7.1.4 模态分析接触设置106

7.1.5 预应力设置106

7.1.6 分析设置106

7.1.7 参与因子与有效质量107

7.2 模态分析基本流程108

7.3 模态分析实例108

简易机翼结构预应力模态分析108

7.4 本章小结112

第8章 谐响应分析113

8.1 谐响应分析基础113

8.1.1 谐响应分析的目的113

8.1.2 谐响应分析的输入与输出113

8.1.3 谐响应分析运动方程113

8.1.4 谐响应分析求解方法114

8.2 谐响应分析基本流程114

8.3 谐响应分析实例116

连杆结构谐响应分析116

8.4 本章小结121

第9章 响应谱分析122

9.1 响应谱分析意义122

9.2 响应谱分析基础122

9.2.1 响应谱的定义与产生122

9.2.2 响应谱分析类型123

9.2.3 单点响应谱分析123

9.2.4 多点响应谱分析124

9.3 响应谱分析基本流程124

9.4 响应谱分析实例126

石油井架地震单点响应谱分析126

9.5 本章小结128

第10章 随机振动分析129

10.1 随机振动分析的目的129

10.2 功率谱密度129

10.3 随机振动理论简介130

10.3.1 随机振动计算的假设与限制130

10.3.2 随机振动分布规律130

10.3.3 随机振动理论130

10.4 随机振动分析基本流程131

10.5 随机振动分析实例132

车用杯架随机振动分析132

10.6 本章小结134

第11章 瞬态动力学分析135

11.1 瞬态动力学分析基础135

11.1.1 瞬态动力学分析特点135

11.1.2 瞬态动力学分析术语135

11.2 瞬态动力学分析求解技术（完全法）136

11.2.1 瞬态分析中的非线性136

11.2.2 平衡迭代与收敛137

11.2.3 载荷步、子步与平衡迭代137

11.2.4 自动时间步138

11.2.5 完全瞬态动力学的分析设置138

11.2.6 Initial Conditions初始条件设置139

11.2.7 载荷与约束140

11.3 瞬态动力学分析求解技术（模态叠加法）140

11.4 瞬态动力学分析基本流程140

11.5 瞬态动力学分析实例141

铜管折弯瞬态动力学分析141

11.6 本章小结143

第12章 刚体动力学分析144

12.1 刚体动力学分析简介144

12.2 刚体动力学装配连接144

12.2.1 运动副（Joints）144

12.2.2 弹簧（Springs）145

12.2.3 接触对关系145

12.2.4 约束方程145

12.3 刚体动力学分析流程146

12.4 Motion Load载荷导入静力学分析流程147

12.5 刚体动力学分析实例147

某剪切送物机构刚体动力学分析147

12.6 本章小结151

第13章 显式动力学分析152

13.1 显式动力学分析简介152

13.2 显式动力学分析流程153

13.3 显式动力学分析实例154

13.3.1 易拉罐显式动力学分析154

13.3.2 冲锤撞击钢筋混凝土结构显式动力学分析156

13.3.3 电路板跌落显式动力学分析158

13.4 本章小结161

第14章 结构非线性分析162

14.1 非线性分析背景162

14.1.1 结构非线性的定义162

14.1.2 非线性行为类型162

14.1.3 构建非线性模型163

14.2 非线性求解与收敛164

14.2.1 牛顿-辛普森方程164

14.2.2 收敛与收敛判据164

14.2.3 载荷步、时间步与平衡迭代164

14.2.4 求解控制165

14.2.5 重启动控制165

14.2.6 非线性控制166

14.3 接触与接触设置166

14.3.1 接触的基本概念166

14.3.2 接触协调167

14.3.3 探测方法168

14.3.4 修剪接触168

14.3.5 穿透和滑移容差168

14.3.6 法向接触刚度169

14.3.7 Pinball区域170

14.3.8 对称／非对称行为170

14.3.9 接触中的体类型171

14.3.10 界面处理与接触几何修正171

14.3.11 接触工具173

14.4 率无关塑性基础173

14.4.1 金属塑性背景173

14.4.2 屈服准则174

14.4.3 塑性流动法则175

14.4.4 强化准则176

14.4.5 双线性随动（等向）强化176

14.4.6 多线性随动（等向）强化177

14.4.7 Chaboche随动强化177

14.4.8 Chaboche材料拟合与输入178

14.4.9 循环加载179

14.5 超弹体基础180

14.5.1 超弹体概述180

14.5.2 超弹体常用模型181

14.5.3 超弹体曲线拟合方法183

14.6 非线性分析实例184

14.6.1 钢板弹簧非线性分析184

14.6.2 弹片按钮非线性分析187

14.6.3 密封圈挤压非线性分析191

14.7 本章小结194

第15章 屈曲分析195

15.1 屈曲分析的目的195

15.2 特征值屈曲分析195

15.2.1 特征值屈曲分析基础195

15.2.2 特征值屈曲分析流程196

15.3 非线性屈曲分析198

15.3.1 非线性屈曲分析求解方法198

15.3.2 非线性屈曲引入缺陷的一种方法199

15.3.3 非线性屈曲分析求解过程199

15.4 线性屈曲分析实例199

电动缸活塞杆线性屈曲分析199

15.5 非线性屈曲分析实例202

外壳结构非线性屈曲分析202

15.6 本章小结204

第16章 子模型分析205

16.1 子模型方法简介205

16.1.1 子模型方法定义205

16.1.2 子模型分析方法意义205

16.1.3 子模型计算前提206

16.1.4 子模型分析的注意事项206

16.2 子模型分析流程206

16.3 子模型法分析实例206

夹紧机构钳型零件子模型分析实例206

16.4 本章小结210

第17章 热分析211

17.1 热分析基础211

17.1.1 热分析的目的211

17.1.2 热传递的3种基本类型211

17.1.3 热力学第一定律212

17.1.4 热分析的控制方程212

17.1.5 热载荷与边界条件213

17.2 稳态热分析214

17.3 瞬态热分析与非线性热分析214

17.3.1 瞬态热分析定义与考虑因素214

17.3.2 瞬态热分析控制方程214

17.3.3 时间步长预测与时间积分215

17.3.4 非线性热分析216

17.3.5 初始条件217

17.4 相变分析217

17.4.1 潜在热量与焓217

17.4.2 相变分析基本思路217

17.5 热-结构耦合分析218

17.5.1 热-结构耦合分析简介218

17.5.2 热-结构顺序耦合分析设置219

17.6 热分析基本过程220

17.7 稳态热分析实例220

简易城墙稳态热分析220

17.8 瞬态热分析实例222

奶瓶降温瞬态热分析222

17.9 相变热分析实例225

铸钢轴相变热分析225

17.10 热辐射分析实例226

双环结构热辐射分析226

17.11 本章小结228

第18章 ACP复合材料分析229

18.1 复合材料与ACP229

18.2 失效准则229

18.3 ACP分析基本流程231

18.3.1 ACP（Pre）前处理231

18.3.2 ACP（Pre）交互界面232

18.3.3 Material Data设置232

18.3.4 Element Sets与Edge Sets设置233

18.3.5 Geometry设置233

18.3.6 Rosettes设置233

18.3.7 Oriented Element Sets设置234

18.3.8 ModelingGroup设置234

18.3.9 Solid Models设置235

18.3.10 ACP（Post）后处理235

18.4 复合材料ACP分析实例235

18.4.1 风机导流罩铺层设计235

18.4.2 实体复合材料板组合装配拉伸分析239

18.5 本章小结245

第19章 疲劳工具Fatigue Tool246

19.1 疲劳分析概述246

19.1.1 疲劳破坏机理247

19.1.2 疲劳问题的分类247

19.2 应力疲劳分析248

19.2.1 应力定义248

19.2.2 S-N曲线（应力寿命曲线）248

19.2.3 平均应力的影响249

19.2.4 疲劳强度因子（Fatigue Strength Factor）250

19.2.5 雨流计数250

19.2.6 Miner损伤累积251

19.2.7 恒定振幅、比例载荷应力疲劳分析与流程251

19.2.8 不定振幅载荷应力疲劳分析254

19.2.9 非比例载荷疲劳分析与流程255

19.3 应变疲劳流程255

19.3.1 应变疲劳材料定义255

19.3.2 平均应力修正256

19.4 Fatigue Tool疲劳工具分析实例257

19.4.1 双圆形缺口板状结构应变疲劳分析257

19.4.2 把手结构非比例载荷应力疲劳分析259

19.5 本章小结262

第20章 ANSYS nCode DesignLife疲劳基础263

20.1 ANSYS nCode DesignLife与Workbench平台263

20.2 ANSYS nCode DesignLife标准5框图263

20.2.1 FE Input设置264

20.2.2 Material Mapping设置265

20.2.3 Load Mapping设置266

20.2.4 Analysis Engine设置267

20.2.5 Fatigue_Results_Display设置268

20.3 预定义nCode疲劳分析流程269

20.4 nCode应力疲劳分析实例269

20.4.1 连杆结构应力疲劳分析269

20.4.2 某减震钢片随机振动疲劳分析274

20.4.3 托架结构焊缝疲劳分析276

20.5 本章小结279

第21章 多物理耦合场分析280

21.1 Workbench多物理耦合场分析简介280

21.2 多物理耦合分析实例281

21.2.1 城墙稳态热结构耦合分析281

21.2.2 镜筒热形变瞬态顺序耦合分析282

21.2.3 基于ACT的压电梁静力学分析285

21.2.4 三通管热流固耦合分析287

21.2.5 基于ACT的泊车位移传感器测距分析296

21.3 本章小结299

第22章 优化工具Design Exploration300

22.1 Design Exploration优化工具概述300

22.2 Design Exploration分析流程300

22.2.1 参数定义与参数设置Parameter Set301

22.2.2 实验设计法DOE（Design of Experiments）303

22.2.3 参数关联性（ Parameter Correlation）304

22.2.4 响应面（Response Surface）305

22.2.5 Optimization（优化）306

22.2.6 Six Sigma分析308

22.3 Design Exploration优化分析实例309

22.3.1 吊钩结构响应面优化分析309

22.3.2 承载钢片6_sigma可靠性分析313

22.4 本章小结317

第23章 拓扑优化318

23.1 ANSYS拓扑优化简述318

23.2 Shape Optimization（Beta） 优化实例318

基于Shape Optimization自行车车架拓扑优化318

23.3 Ansys Topology Optimization（ACT）拓扑优化实例320

23.3.1 基于ANSYS Shape Optimization（ACT）自行车车架拓扑优化320

23.3.2 基于ANSYS Shape Optimization（ACT）机械臂拓扑优化321

23.4 本章小结323

参考文献324