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目录1

第1章 绪论1

1.1 有限元法基本思路2

1.2 ANSYS简介3

1.2.1 前处理模块PREP74

1.2.2 求解模块SOLUTION4

1.2.3 后处理模块POST1和POST265

1.3 ANSYS新版本功能简介6

第2章 初识ANSYS8

2.1 ANSYS10.0的启动运行及设定9

2.2 ANSYS的文件系统9

2.3.1 启动ANSYS10

2.3 ANSYS分析的基本步骤10

2.3.2 建立模型11

2.3.3 加载和求解11

2.3.4 检查分析结果12

2.4 基本分析过程示例12

2.4.1 问题描述12

2.4.2 建立ANSYS实体模型12

2.4.3 网格划分——创建有限元模型13

2.4.4 施加载荷和约束条件15

2.4.5 求解分析16

2.4.6 查看结果17

2.4.7 退出ANSYS17

2.4.8 命令行方式分析过程18

第3章 应用菜单19

3.1.1 数据库和文件操作20

3.1 File菜单20

3.1.2 模型导入导出操作22

3.1.3 报告自动生成器22

3.2 Select菜单22

3.2.1 实体选择22

3.2.2 部件和组件操作（Comp/Assembly）25

3.2.3 选择所有实体27

3.3 List菜单27

3.3.1 列表显示文件信息27

3.3.2 列表显示当前状态27

3.3.3 列表显示各实体数据28

3.4.1 刷新当前显示29

3.4.3 显示层单元29

3.4.2 实体显示29

3.3.4 列出当前施加的载荷情况（Loads）29

3.4 Plot菜单29

3.3.5 列出实体属性（Properties）29

3.4.4 显示指定的材料属性30

3.4.5 显示所有选择的实体30

3.4.6 显示组件和部件31

3.5 PlotCtrls菜单31

3.5.1 模型视图的移动、缩放和旋转31

3.5.2 视图显示内容设置33

3.5.3 图形显示风格设置35

3.5.5 绘图窗口控制39

3.5.4 字体控制39

3.5.6 绘图区的清理40

3.5.7 动画制作40

3.5.8 图形设备操作41

3.5.9 图形文件输出41

3.5.10 保存和恢复绘图控制设置41

3.6 WorkPlane菜单41

3.6.1 显示工作平面42

3.6.2 设置工作平面选项42

3.6.3 工作平面的平移和旋转42

3.6.4 局部坐标系设置43

第4章 ANSYS的几何建模45

4.1 ANSYS几何建模的概念46

4.2 建模前的问题规划47

4.2.1 类型（二维、三维等）48

4.2.2 线性单元和二次单元的选择48

4.2.3 不同单元连接的限制50

4.2.4 对称性51

4.2.5 决定模型包含多少细节52

4.3 坐标系和工作平面在建模中的应用52

4.3.1 ANSYS的坐标系52

4.3.2 使用工作平面55

4.4 自底向上建模方法56

4.4.1 关键点（Key Point）56

4.4.2 硬点（Hard Point）58

4.4.3 线（Line）60

4.4.4 面（Area）63

4.4.5 体（Volume）65

4.5 自顶向下的建模方法68

4.5.1 创建面体素68

4.5.2 生成实体体素69

4.6 实体模型的布尔运算72

4.6.1 布尔运算的设置72

4.6.2 交运算73

4.6.3 加运算74

4.6.4 减运算75

4.6.5 分割运算76

4.6.6 搭接运算78

4.6.7 分块连接78

4.6.8 粘接79

4.7 实体图元的缩放80

4.8 从其他CAD系统导入模型81

4.8.1 导入IGES格式文件81

4.8.2 Pro/E接口83

4.8.3 UG接口83

4.8.4 导入SAT格式文件84

4.8.5 导入ParaSolid格式文件84

4.9 实体模型几何特性的计算85

4.9.1 计算两点间距离85

4.9.2 计算实体几何特性85

4.10 实体建模时的注意事项85

4.10.1 实体模型的内部表示85

4.10.2 布尔运算中的常见问题86

4.10.3 常用措施88

第5章 创建有限元模型90

5.1.1 ANSYS的单元类型91

5.1.2 定义单元类型的一般过程91

5.1 选定单元类型91

5.2 设置实常数93

5.3 定义材料属性94

5.3.1 材料属性的说明94

5.3.2 ANSYS中的材料模型94

5.3.3 定义材料属性的一般过程95

5.4 实体模型的网格划分96

5.4.1 自由网格和映射网格96

5.4.2 网格划分的一般步骤97

5.4.3 网格划分工具97

5.5.1 设定单元尺寸Size Cntrls98

5.5 网格划分控制98

5.5.2 网格划分选项99

5.5.3 使用“SmartSize”控制尺寸100

5.5.4 单元形状控制101

5.5.5 自由网格划分102

5.5.6 映射网格划分102

5.5.7 由面生成体网格102

5.6 网格质量检查和修改103

5.6.1 单元形状检查103

5.6.2 网格局部细化105

5.6.3 清除网格105

5.6.4 处理退化的四面体单元105

5.7 直接生成单元网格的方法106

5.6.5 改进四面体单元网格106

5.7.1 创建节点107

5.7.2 创建单元107

第6章 载荷施加109

6.1 载荷概述110

6.1.1 载荷概念和类型110

6.1.2 载荷步、载荷子步的概念110

6.1.3 阶跃载荷和递变载荷111

6.2 自由度约束条件的施加111

6.2.1 施加DOF约束111

6.2.2 施加对称／反对称边界条件113

6.2.3 删除DOF约束113

6.3.1 集中力载荷114

6.3 施加载荷114

6.3.2 表面载荷116

6.3.3 体积载荷119

6.3.4 施加耦合场载荷122

6.3.5 载荷步文件的使用122

第7章 求解123

7.1 求解器124

7.2 求解多步载荷126

7.2.1 多重求解法126

7.2.2 载荷步文件法126

7.2.3 矩阵参数法127

7.3 分析的中断和重启动129

7.3.1 中断分析作业129

7.3.2 重新启动分析的要求130

7.3.3 重启动分析的步骤131

7.3.4 从不兼容的数据库重新启动非线性分析132

7.3.5 分步求解133

7.4 求解参数估计133

7.4.1 估计求解时间133

7.4.2 估计文件大小134

7.4.3 估计内存需求135

7.5 求解时需要注意的事项135

7.5.1 求解控制设置135

7.5.2 问题的奇异解136

第8章 ANSYS后处理137

8.1.1 什么是后处理138

8.1.2 ANSYS分析结果文件和数据类型138

8.1 后处理概述138

8.2 通用后处理器139

8.2.1 读入结果文件139

8.2.2 结果的图形显示143

8.2.3 结果的列表显示148

8.2.4 结果的查询154

8.2.5 节点结果计算155

8.2.6 单元表的创建和使用156

8.2.7 路径的创建和使用160

8.2.8 分析计算误差167

8.2.9 将计算结果旋转到不同坐标系中168

8.2.10 产生及组合载荷工况169

8.3 时间历程后处理（POST26）174

8.3.1 定义和储存POST26变量174

8.3.2 查看变量177

8.3.3 POST26后处理器的其他功能179

第9章 结构静力分析181

9.1 结构分析的概念182

9.2 结构静力分析的基本步骤183

9.2.1 建模183

9.2.2 施加载荷和边界条件183

9.2.3 查看结果184

9.3 平面问题的结构静力分析185

9.3.1 平面问题定义185

9.3.2 ANSYS二维平面单元186

9.3.3 平面问题分析示例187

9.4.2 ANSYS中常用杆单元195

9.4.1 桁架结构定义195

9.4 桁架结构静力分析195

9.4.3 空间桁架结构静力分析示例196

9.5 梁结构静力分析202

9.5.1 常用梁单元202

9.5.2 梁截面的创建和使用203

9.5.3 梁结构静力分析示例205

9.6 壳结构静力分析213

9.6.1 壳结构定义213

9.6.2 壳结构分析示例213

9.7 三维实体结构静力分析217

9.7.1 三维实体结构概念217

9.7.2 三维实体结构静力分析示例218

9.8.1 模型简化和应力奇异226

9.8 结构静力分析中需要注意的问题226

9.8.2 载荷施加原则227

9.8.3 大型结构件的应力分析——子模型法228

9.8.4 后处理的基本注意事项230

9.8.5 分析结果验证231

第10章 非线性结构分析233

10.1 结构非线性的基本概念234

10.1.1 非线性结构的定义234

10.1.2 导致结构非线性的原因234

10.2 非线性分析的特殊性235

10.2.1 过程依赖性236

10.2.2 子步237

10.2.3 恒定力和跟随力237

10.3.1 建模238

10.3.2 设置一般求解控制选项238

10.2.4 非线性瞬态分析238

10.3 非线性静态分析的基本过程238

1 0.3.3 设置其他求解选项243

10.3.4 施加载荷、求解246

10.3.5 查看结果246

10.3.6 终止正在运行的工作，重启动分析247

10.4 非线性结构分析注意事项247

10.4.1 分析之前的注意事项247

10.4.2 建模过程中的注意事项247

10.4.3 确保计算收敛的注意事项247

10.5 大应变分析250

10.5.2 大应变分析注意事项251

10.5.1 大应变分析概念251

10.6 屈曲分析253

10.6.1 非线性屈曲分析过程253

10.6.2 特征值屈曲分析过程254

10.7 材料非线性分析（弹塑性分析）257

10.7.1 材料塑性基本理论257

10.7.2 ANSYS中的塑性材料模型259

10.7.3 塑性分析的注意事项262

10.8 非线性分析示例264

10.8.1 大应变分析示例264

10.8.2 非线性屈曲分析示例270

10.8.3 特征值屈曲分析示例277

10.8.4 弹塑性分析示例282

10.8.5 非线性瞬态结构分析示例290

第11章 接触分析295

11.1 接触分析的概念和分类296

11.2 ANSYS接触分析能力296

11.2.1 面—面接触单元296

11.2.2 点—面接触单元297

11.2.3 点—点接触单元297

11.3 面—面接触分析298

11.3.1 面—面接触分析的基本步骤298

11.3.2 识别接触对299

11.3.3 定义目标面300

11.3.4 定义接触面303

11.3.5 设置接触单元关键字304

11.3.7 施加约束条件313

11.3.6 定义解除对实常数313

11.3.8 设置分析选项314

11.3.9 求解及后处理314

11.4 点—面接触分析315

11.4.1 点—面接触单元315

11.4.2 点—面接触分析基本过程316

11.4.3 生成接触单元316

11.4.4 设置单元关键字和实常数318

11.4.5 施加必要的边界条件320

11.4.7 求解及后处理321

11.5 点—点接触分析321

11.4.6 定义求解选项321

11.6 接触问题示例324

11.6.1 三维接触分析示例324

11.6.2 二维接触分析示例331

第12章 模态分析336

12.1 模态分析基本概念337

12.2 模态分析方法337

12.3 模态分析过程341

12.3.1 建模341

12.3.2 加载并求解341

12.3.3 扩展模态345

12.3.4 观察结果347

12.4 预应力模态分析348

12.5.1 基本概念349

12.5 循环对称结构的模态分析349

12.5.2 一般循环对称结构的模态分析过程350

12.5.3 有预应力循环对称结构模态分析352

12.6 模态分析示例352

第13章 谐响应分析359

13.1 谐响应分析基本概念360

13.2 谐响应分析求解方法360

13.3 完全法谐响应分析过程361

13.4 缩减法谐响应分析过程364

13.5 模态叠加法谐响应分析过程366

13.5.1 获取模态分析解366

13.5.2 获取模态叠加法谐响应分析解367

13.7.1 弹簧—质量块系统谐响应分析368

13.6 有预应力的谐响应分析368

13.7 谐响应分析实例368

13.7.2 琴弦的预应力谐响应分析372

第14章 瞬态动力学分析378

14.1 瞬态动力学分析概念379

14.2 瞬态分析的三种求解方法380

14.3 完全法瞬态动力学分析过程381

14.3.1 建模381

14.3.2 设定分析类型和选项381

14.3.3 建立初始条件382

14.3.4 施加其他瞬态载荷步384

14.4 缩减法瞬态动力学分析过程385

14.4.1 缩减法求解385

14.3.5 求解385

14.3.6 观察结果385

14.4.2 观察缩减法求解的结果388

14.4.3 扩展求解388

14.4.4 观察扩展求解结果389

14.5 模态叠加法瞬态动力学分析过程389

14.5.1 定义分析类型和分析选项390

14.5.2 在模型上加载390

14.5.3 瞬态分析求解391

14.6 有预应力瞬态动力学分析392

14.7 进行瞬态分析要注意的技术细节392

14.7.1 积分时间步长的选取392

14.7.3 阻尼394

14.7.2 自动时间步长394

14.8 瞬态动力学分析示例396

第15章 谱分析400

15.1 谱分析基本概念401

15.2 谱分析中的常用术语402

15.2.1 参与系数（PF）402

15.2.2 模态系数402

15.2.3 模态合并403

15.3 单点响应谱（SPRS）分析步骤403

15.4 随机振动（PSD）分析步骤406

15.4.1 模态扩展407

15.4.2 进行谱分析407

15.4.4 后处理观察结果409

15.4.3 合并模态409

15.4.5 典型的PSD命令行方式分析过程411

15.4.6 随机振动分析结果的应用412

15.5 动力设计方法（DDAM谱分析）414

15.6 多点响应谱（MPRS）分析414

15.7 单点响应谱分析示例415

15.7.1 问题描述和分析415

15.7.2 GUI方式分析过程416

15.7.3 命令行方式分析过程420

15.8 随机振动分析示例421

15.8.1 问题描述和分析421

15.8.2 GUI分析过程422

15.8.3 命令行方式分析过程429

第16章 热分析432

16.1 ANSYS热分析功能433

16.2 热分析的理论基础433

16.2.1 基本传热方式433

16.2.2 热分析计算公式435

16.2.3 热分析的分类435

16.2.4 热分析的基本材料属性436

16.2.5 热分析的边界条件437

16.2.6 热分析的载荷438

16.2.7 热分析的常用参数的符号和单元439

16.3 稳态传热分析440

16.3.1 概述440

16.3.2 稳态热分析的基本步骤440

16.3.3 稳态热分析实例445

16.4.1 瞬态传热分析概述449

16.4 瞬态传热分析449

16.4.2 瞬态热分析的基本步骤450

16.4.3 瞬态热分析实例452

16.5 辐射热分析457

16.5.1 热辐射基本概念457

16.5.2 ANSYS热辐射分析类型458

16.5.3 使用AUX12辐射矩阵方法进行热辐射分析459

16.5.4 Radiosity求解方法进行热辐射分析462

16.5.5 热辐射分析示例465

16.6 含相变现象的热分析470

16.7 热应力分析470

16.7.1 耦合场求解方法471

16.7.2 热应力分析方法471

16.8 综合热分析示例472

第17章 APDL开发477

17.1 参数478

17.1.1 参数定义478

17.1.2 删除参数479

17.1.3 参数值的使用480

17.1.4 参数值的更新482

17.1.5 参数列表482

17.1.6 参数的存储和恢复482

17.2 数组型参数483

17.2.1 数组型参数的概念和分类483

17.2.2 数组型参数的定义和显示485

17.2.3 数组型参数的赋值486

17.2.4 数组型参数间的运算493

17.2.5 数组型参数的矢量图形显示496

17.3 数据文件的输入输出498

17.3.1 文件的打开和写入498

17.3.2 数据文件的读取500

17.4 APDL宏程序设计500

17.4.1 宏程序文件的命名规则501

17.4.2 在ANSYS下创建宏程序501

17.4.3 使用文本编辑器创建宏程序502

17.4.4 创建宏程序库503

17.4.5 执行宏程序503

17.4.6 宏程序的局部参数504

17.4.7 宏程序的流程控制505

17.4.9 宏程序中应用部件和组件507

17.4.8 宏程序中应用_STATUS和_RETURN参数507

17.4.10 宏程序示例508

17.5 与GUI的交互设计509

17.5.1 定制工具栏509

17.5.2 提示用户输入511

17.5.3 对话框提示511

17.5.4 定制自己的输出消息513

17.5.5 创建进程状态窗514

17.5.6 实现图形拾取515

17.6 宏程序的加密515

17.6.1 加密前的准备工作515

17.6.2 创建加密的宏程序516

17.6.3 加密宏程序的执行516

参考文献517