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第1章 有限元及ANSYS简介1

1.1 有限元法简介1

1.1.1 有限元方法的基本思想1

1.1.2 有限元模型的基本构成2

1.1.3 有限元分析的基本步骤3

1.1.4 有限元分析解题步骤实例——梯形板3

1.2 ANSYS18.0简介13

1.2.1 ANSYS软件的基本功能13

1.2.2 ANSYS18.0的新功能14

1.2.3 ANSYS18.0的基本操作17

1.3 ANSYS18.0的解题步骤实例——梯形板20

1.3.1 分析问题20

1.3.2 定义参数20

1.3.3 创建几何模型25

1.3.4 划分网格26

1.3.5 施加载荷27

1.3.6 求解28

1.3.7 结果分析29

1.3.8 结果比较30

本章小结32

练习题32

第2章 实体建模33

2.1 ANSYS建模基本方法33

2.1.1 实体建模方法33

2.1.2 直接生成法建模35

2.1.3 从CAD图形中导入实体模型35

2.1.4 三种建模方法的优缺点35

2.2 坐标系及其操作36

2.2.1 总体坐标系及其操作36

2.2.2 局部坐标系及其操作37

2.2.3 显示坐标系及其操作39

2.2.4 节点坐标系及其操作41

2.2.5 单元坐标系及其操作42

2.2.6 结果坐标系及其操作43

2.3 工作平面及使用43

2.3.1 显示和设置工作平面43

2.3.2 定义工作平面45

2.3.3 旋转和平移工作平面46

2.4 自底向上建模47

2.4.1 定义及操作关键点47

2.4.2 选择、查看和删除关键点49

2.4.3 定义及操作线50

2.4.4 选择、查看和删除线53

2.4.5 定义及操作面53

2.4.6 选择、查看和删除面55

2.4.7 定义体56

2.4.8 选择、查看和删除体56

2.5 自顶向下建模57

2.5.1 建立矩形面原始对象58

2.5.2 建立圆或环形面原始对象58

2.5.3 建立正多边形面原始对象60

2.5.4 建立长方体原始对象61

2.5.5 建立柱体原始对象61

2.5.6 建立多棱柱原始对象62

2.5.7 建立球体或部分球体原始对象63

2.5.8 建立锥体或圆台原始对象63

2.5.9 建立环体或部分环体原始对象64

2.6 布尔运算64

2.6.1 交运算65

2.6.2 加运算69

2.6.3 减运算70

2.6.4 切割运算71

2.6.5 搭接运算75

2.6.6 分割运算76

2.6.7 黏结运算77

2.7 模型修改77

2.7.1 移动图元77

2.7.2 复制图元78

2.7.3 镜像图元79

2.7.4 缩放图元79

2.7.5 转换图元坐标系80

2.8 运用组件81

2.8.1 组件和部件的操作81

2.8.2 通过组件和部件选择实体82

2.9 自顶向下实体建模实例1——轴承座实体建模82

2.10 自底向上实体建模实例2——汽车连杆实体建模88

本章小结94

练习题94

第3章 网格划分96

3.1 定义单元属性96

3.1.1 定义单元类型96

3.1.2 定义实常数98

3.1.3 定义材料参数99

3.1.4 分配单元属性102

3.2 网格划分控制103

3.2.1 网格划分工具104

3.2.2 Smart Size网格划分控制105

3.2.3 尺寸控制107

3.2.4 单元形状控制110

3.2.5 网格划分器选择110

3.3 实体模型网格划分114

3.3.1 关键点网格划分115

3.3.2 线网格划分115

3.3.3 面网格划分115

3.3.4 体网格划分116

3.3.5 网格修改118

3.4 网格检查120

3.4.1 设置形状检查选项120

3.4.2 设置形状限制参数121

3.4.3 确定网格质量121

3.5 直接法生成有限元模型122

3.5.1 节点定义122

3.5.2 单元定义127

3.6 网格划分基本原则131

3.6.1 网格数量131

3.6.2 网格疏密131

3.6.3 单元阶次133

3.6.4 网格质量134

3.7 自由网格划分实例1——轴承座134

3.8 映射网格划分实例2——二维飞轮136

3.9 扫掠网格划分实例3——汽车连杆142

3.10 混合网格划分实例4——三维带孔飞轮147

本章小结153

练习题154

第4章 施加载荷及求解155

4.1 加载概述155

4.1.1 载荷类型155

4.1.2 载荷施加方式156

4.1.3 载荷步、子步和平衡迭代157

4.1.4 载荷步选项158

4.1.5 载荷的显示159

4.2 载荷的定义159

4.2.1 自由度约束159

4.2.2 集中载荷163

4.2.3 表面载荷166

4.2.4 体载荷174

4.2.5 特殊载荷176

4.3 求解177

4.3.1 选择合适的求解器177

4.3.2 求解多步载荷179

4.3.3 求解181

4.4 综合实例1——轴承座模型载荷施加及求解182

4.5 综合实例2——汽车连杆模型载荷施加及求解185

本章小结186

练习题187

第5章 通用后处理器188

5.1 通用后处理器概述188

5.1.1 通用后处理器处理的结果文件188

5.1.2 结果文件读入通用后处理器189

5.1.3 浏览结果数据集信息190

5.1.4 读取结果数据集190

5.1.5 设置结果输出方式与图形显示方式193

5.2 图形显示计算结果193

5.2.1 绘制变形图193

5.2.2 绘制等值线图195

5.2.3 绘制矢量图197

5.2.4 绘制粒子轨迹图198

5.2.5 绘制破碎图和压碎图199

5.3 路径操作200

5.3.1 定义路径200

5.3.2 观察沿路径的结果202

5.3.3 进行沿路径的数学运算203

5.4 单元表204

5.4.1 创建和修改单元表204

5.4.2 基于单元表的数学运算205

5.4.3 根据单元表绘制结果图形206

5.5 载荷组合及其运算207

5.5.1 创建载荷工况208

5.5.2 载荷工况的读写208

5.5.3 载荷工况数学运算209

5.6 综合实例1——桁架计算209

5.7 综合实例2——轴承座及汽车连杆后处理分析215

5.7.1 轴承座后处理分析215

5.7.2 汽车连杆后处理分析216

本章小结217

练习题217

第6章 时间历程后处理器218

6.1 定义和存储变量219

6.1.1 变量定义219

6.1.2 变量存储220

6.1.3 变量的导入222

6.2 变量的操作222

6.2.1 数学运算222

6.2.2 变量与数组相互赋值223

6.2.3 数据平滑225

6.2.4 生成响应频谱226

6.3 查看变量227

6.3.1 图形显示227

6.3.2 列表显示229

6.4 动画技术231

6.4.1 直接生成动画231

6.4.2 通过动画帧显示动画231

6.4.3 动画播放233

6.5 综合实例——钢球淬火温度计算233

6.5.1 问题描述233

6.5.2 GUI操作步骤234

本章小结240

练习题240

第7章 结构静力分析241

7.1 结构分析概述241

7.1.1 结构分析定义241

7.1.2 结构分析的类型241

7.1.3 结构分析所使用的单元242

7.1.4 材料模式界面242

7.1.5 求解方法243

7.2 结构静力分析243

7.2.1 结构静力分析的定义243

7.2.2 结构静力分析类型243

7.2.3 结构静力分析的求解步骤243

7.3 平面问题静力分析实例——钢支架244

7.3.1 问题提出245

7.3.2 建立模型245

7.3.3 施加载荷250

7.3.4 求解250

7.3.5 查看结果251

7.4 轴对称结构静力分析实例——二维飞轮251

7.4.1 问题提出251

7.4.2 调出模型252

7.4.3 施加载荷252

7.4.4 求解253

7.4.5 查看结果253

7.5 周期对称结构静力分析实例——三维带孔飞轮258

7.5.1 问题提出258

7.5.2 调出模型259

7.5.3 施加载荷259

7.5.4 求解260

7.5.5 查看结果260

7.6 任意三维结构静力分析实例——六角扳手265

7.6.1 问题提出265

7.6.2 建立模型265

7.6.3 施加载荷273

7.6.4 求解277

7.6.5 查看结果277

本章小结280

练习题280

第8章 非线性分析282

8.1 非线性分析简介282

8.1.1 结构非线性的定义282

8.1.2 结构非线性的类型282

8.1.3 结构非线性的基本步骤283

8.2 几何非线性分析实例——悬臂梁283

8.2.1 问题提出283

8.2.2 建立模型284

8.2.3 施加载荷285

8.2.4 求解286

8.2.5 查看结果286

8.3 材料非线性分析实例——铆钉288

8.3.1 问题提出289

8.3.2 建立模型289

8.3.3 施加载荷292

8.3.4 求解293

8.3.5 查看结果294

8.4 状态非线性分析实例——齿轮接触分析297

8.4.1 问题提出297

8.4.2 建立模型297

8.4.3 施加载荷304

8.4.4 求解305

8.4.5 查看结果306

8.5 非线性蠕变分析实例——螺栓308

8.5.1 问题提出308

8.5.2 建立模型308

8.5.3 施加载荷311

8.5.4 求解312

8.5.5 查看结果313

本章小结315

第9章 动力学分析316

9.1 动力学分析概述316

9.1.1 动力学分析简介316

9.1.2 动力学分析类型316

9.2 模态分析317

9.2.1 模态分析简介317

9.2.2 模态分析步骤317

9.2.3 模态分析实例——飞机机翼320

9.3 谐波响应分析325

9.3.1 谐波响应分析简介325

9.3.2 谐波响应分析步骤325

9.3.3 谐波响应分析实例——电动机工作台系统326

9.4 瞬态动力分析341

9.4.1 瞬态动力分析简介341

9.4.2 瞬态动力分析步骤341

9.4.3 瞬态动力分析实例——电动机工作台系统343

9.5 谱分析349

9.5.1 谱分析简介349

9.5.2 谱分析步骤350

9.5.3 谱分析实例——简支梁结构351

本章小结361

练习题361

第10章 热分析362

10.1 热分析基础知识362

10.1.1 符号与单位362

10.1.2 传热学经典理论363

10.1.3 热传递方式363

10.1.4 热分析类型363

10.2 稳态热分析364

10.2.1 稳态热分析的定义364

10.2.2 热分析单元364

10.2.3 稳态热分析基本过程366

10.3 稳态热分析实例——潜水艇稳态温度分布计算368

10.3.1 问题描述368

10.3.2 建立模型369

10.3.3 施加载荷371

10.3.4 求解371

10.3.5 查看结果372

10.4 瞬态热分析372

10.4.1 瞬态热分析的定义372

10.4.2 瞬态热分析基本过程372

10.5 瞬态热分析实例——浇铸过程砂箱温度变化分析375

10.5.1 问题描述375

10.5.2 建立模型376

10.5.3 施加载荷378

10.5.4 求解380

10.5.5 查看结果381

10.6 热应力分析381

10.6.1 热应力分析的方法381

10.6.2 间接法进行热应力分析的步骤381

10.6.3 直接法进行热应力分析的步骤382

10.7 热应力分析实例——冷却栅管热应力分布计算382

10.7.1 问题描述382

10.7.2 间接法383

10.7.3 直接法399

本章小结406

练习题406

参考文献408