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第1章ANSYS Workbench 14.0基础1

1.1 ANSYS Workbench 14.0新功能概述[1]1

1.1.1扩展了工程应用1

1.1.2复杂系统的仿真3

1.1.3 HPC马驱动创新4

1.2 ANSYS Workbench 14.0的工作流程[2]4

1.2.1启动ANSYS Workbench 14.0的方法5

1.2.2 ANSYS Workbench 14.0的用户界面（GUI）5

1.3 ANSYS Workbench 14.0的文件管理7

1.4 Mechanical APDL9

1.5启动Mechanical APDL的方法[3]10

1.6本章小结12

第2章 几何建模13

2.1 DesignModeler几何建模基础13

2.1.1 DesignModeler 14.0建模平台13

2.1.2 DesignModeler的鼠标操作16

2.1.3特征抑制17

2.2平面和草图模式18

2.2.1进入草图18

2.2.2创建新平面18

2.2.3创建草图19

2.3 3D几何体的生成20

2.3.1多体部件体（Multi-Body Parts）20

2.3.2表面印记（Imprint Faces）21

2.3.3填充（Fill）与包围（Enclosure）23

2.4几何体的修复与简化24

2.4.1几何体的修复（Repair）24

2.4.2提取中面（Mid-Surface）24

2.4.3接合（Joint）25

2.5分析工具（Analysis Tools）25

2.6 DesignModeler与商业CAD软件26

2.7 DesignModeler实例分析27

2.8概念建模30

2.8.1从点生成线体30

2.8.2从草图生成线体30

2.8.3从边生成线体31

2.8.4从外部曲线的坐标文件生成线体31

2.9概念建模实例31

2.10直接建模工具ANSYS SCDM40

2.10.1 SpaceClaim软件[4]40

2.10.2 ANSYS SpaceClaim Direct Modeler40

2.10.3启动ANSYS SCDM的方法40

2.10.4 ANSYS SCDM建模工具41

2.10.5 ANSYS SCDM的几何接口42

2.11 ANSYS SCDM建模实例43

2.12本章小结47

第3章 网格划分48

3.1认识网格划分平台48

3.2典型网格划分法49

3.2.1四面体网格49

3.2.2扫掠型网格49

3.2.3自动划分法（Automatic Method）50

3.2.4 Hex Dominant网格划分51

3.2.5多域扫掠型（MultiZone Sweep Meshing）51

3.2.6面体和线体的网格划分51

3.2.7直接划分网格52

3.3网格划分的工作流程52

3.3.1确定物理场和网格划分法52

3.3.2确定全局网格的设置53

3.3.3确定局部网格的设置54

3.3.4预览并划分网格55

3.3.5检查网格质量55

3.4网格划分实例56

3.5 ANSYS ICEM-CFD介绍73

3.5.1 ANSYS ICEM CFD 14.0软件73

3.5.2 ICEM CFD 14.0文件类型74

3.5.3 ANSYS ICEM CFD 14.0主菜单和功能栏75

3.5.4 ICEM CFD 14.0的工作流程77

3.5.5 Workbench 14.0和ICEM CFD 14.077

3.5.6 ANSYS ICEM CFD 14.0的实例分析78

3.6本章小结95

第4章 线性静力结构分析96

4.1结构线性静力分析基础96

4.1.1平面问题[5]96

4.1.2杆系与梁系问题98

4.2 Workbench 14.0与线性静力学分析99

4.2.1几何模型100

4.2.2材料属性100

4.2.3装配体100

4.2.4载荷及约束101

4.2.5 Mechanical中常见的载荷101

4.2.6 Mechanical中常见的支撑约束102

4.2.7 Mechanical中求解选项103

4.2.8后处理结果104

4.3 Workbench 14.0线性静力学分析实例106

4.4本章小结152

第5章ANSYS Workbench与Mechanical APDL153

5.1 Mechanical APDL与ANSYS Mechanical153

5.2启动Mechanical APDL的方法154

5.3 Mechanical APDL界面155

5.4 Mechanical APDL的文件格式156

5.4.1保存数据文件（file.db）157

5.4.2恢复数据（Resuming Databases）157

5.4.3读入数据（Reading Results）158

5.5单元属性（Element Attributes）158

5.5.1单元类型158

5.5.2材料特性160

5.5.3实常数或横截面特性161

5.5.4单元坐标系161

5.6 APDL命令163

5.6.1 APDL命令的特点163

5.6.2 APDL参数164

5.7 Mechanical中插入命令行[7]165

5.7.1在树形窗Geometry内插入命令行166

5.7.2在Remote Points（远端点）内插入命令行167

5.7.3在Contact Regions（接触区域）内插入命令行167

5.7.4在Joints（运动副）内插入命令行168

5.7.5在弹簧（Springs）和梁（Beams）下插入命令行168

5.7.6在分析设置（Analysis Settings）下插入命令行169

5.7.7在求解项（Solution）下插入命令行170

5.7.8在Mechanical中输入和输出参数170

5.7.9实例分析171

5.8本章小结201

第6章 热分析202

6.1热分析基础[9]202

6.2主要的传热模式203

6.2.1热传导203

6.2.2热对流203

6.2.3热辐射204

6.2.4相变204

6.3总能量传输方程204

6.4 ANSYS Workbench与热分析204

6.4.1几何模型204

6.4.2材料属性205

6.4.3装配体与接触205

6.4.4热载荷206

6.4.5热边界条件206

6.4.6求解选项207

6.4.7结果和后处理207

6.5实例分析208

6.6本章小结238

第7章 动力学分析239

7.1动力学分析基础239

7.2模态分析基础240

7.2.1模态分析过程240

7.2.2模态分析中的几何体241

7.2.3建立模态分析项241

7.2.4载荷和约束及求解结果241

7.3谐响应分析242

7.3.1谐响应分析过程243

7.3.2建立谐响应分析项243

7.3.3加载谐响应载荷及求解243

7.3.4后处理中查看结果244

7.4响应谱分析244

7.4.1响应谱分析过程245

7.4.2在Workbench中进行响应谱分析245

7.5随机振动分析245

7.5.1随机振动分析过程246

7.5.2在Workbench中进行随机振动分析246

7.6多体动力学分析（Multibody Dynamic Analysis）[10][11]246

7.6.1多体动力学分析过程247

7.6.2多体动力学结构部件的特性248

7.6.3多体动力学单元特性248

7.6.4多体动力学初始条件249

7.6.5阻尼249

7.6.6部件间的连接250

7.6.7载荷和约束支撑251

7.6.8多体动力学求解器252

7.6.9时间步长252

7.6.10多体动力学后处理结果值252

7.7 Workbench中动力学模块253

7.8动力学实例分析254

7.9转子动力学306

7.9.1转子动力学的力学模型306

7.9.2转子动力学方程307

7.9.3 ANSYS转子动力学的计算功能307

7.9.4轴承单元307

7.9.5坎贝尔图（Campbell diagram）308

7.9.6转子动力学实例308

7.10本章小结314

第8章 显式动力学分析315

8.1 ANSYS与显式动力学315

8.1.1拉格朗日（Lagrange）求解器316

8.1.2欧拉（Euler）求解器316

8.1.3任意拉格朗日欧拉（Arbitrary Lagrange Euler）法316

8.1.4无网格（SPH）法316

8.1.5 Workbench与显式动力学316

8.2显式动力学实例318

8.3本章小结336

第9章 屈曲分析337

9.1线性屈曲分析的基础337

9.2在Workbench中进行屈曲分析338

9.2.1线性屈曲分析的步骤338

9.2.2几何模型和材料属性338

9.2.3接触对338

9.2.4载荷和约束339

9.2.5屈曲分析的项目结构339

9.2.6求解模型339

9.2.7观察结果339

9.3屈曲分析实例分析340

9.4本章小结354

第10章 结构非线性分析355

10.1非线性分析基础355

10.1.1几何非线性355

10.1.2材料非线性356

10.1.3接触（状态）非线性356

10.2超弹性材料356

10.2.1什么是超弹性体356

10.2.2 ANSYS中的超弹性体356

10.2.3 Workbench中曲线的拟合357

10.3金属塑性359

10.3.1金属塑性359

10.3.2屈服准则[15][161]360

10.3.3强化准则361

10.3.4材料数据的输入362

10.4 ANSYS Workbench中的接触非线性363

10.4.1接触的基本概念363

10.4.2 Workbench中的接触类型364

10.4.3对称/非对称行为364

10.4.4接触工具364

10.4.5摩擦接触365

10.4.6接触结果366

10.5结构非线性实例分析366

10.6本章小结404

第11章 流体动力学分析405

11.1 CFD简介[17]405

11.2 ANSYS CFD介绍406

11.3 Workbench界面下CFD模块407

11.4 ANSYS CFD实例分析408

11.5磁流体动力学[18]426

11.6本章小结437

第12章 电磁场分析438

12.1宏观电磁场理论基础[19][20]438

12.1.1麦克斯韦第一方程438

12.1.2麦克斯韦第二方程438

12.1.3麦克斯韦第三方程439

12.1.4麦克斯韦第四方程439

12.1.5电流连续性方程439

12.1.6补充方程439

12.1.7边界条件439

12.2在Workbench平台上进行电磁场分析440

12.2.1在Mechanical中进行电场分析441

12.2.2电场实例分析441

12.2.3在Mechanical中进行静磁场分析444

12.2.4静磁场实例分析445

12.3高频电磁场分析463

12.3.1在ANSYS Multiphysics中进行高频电磁场分析463

12.3.2高频电磁场实例分析464

12.4本章总结473

第13章 优化设计474

13.1 Design Exploration基础474

13.1.1参数定义474

13.1.2优化方法设定475

13.1.3 Design Explorer的特征475

13.1.4 Design Explorer的特点475

13.1.5 Design Explorer的用户界面476

13.2 Design Exploration分析使用基础476

13.2.1参数的设置477

13.2.2目标驱动优化（GDO）477

13.2.3响应图表（Response Charts）479

13.2.4实验设计法（Design of Experiments）479

13.2.5六西格玛设计（Six Sigma）480

13.2.6 Design Explorer与APDL481

13.3 Design Exploration分析实例481

13.4本章小结498

第14章Workbench多物理场耦合分析499

及综合应用499

14.1场的基本概念499

14.2耦合场分析500

14.3 Workbench界面下进行多物理场耦合分析501

14.3.1直接采用耦合模块501

14.3.2插入命令流方式实现耦合分析501

14.3.3顺序耦合法实现耦合场分析502

14.4流场腔内固定块的应力场优化503

14.5风机的流-固耦合计算520

14.6主板的综合分析535

14.7电气插件分析548

14.8微型执行器片分析556

14.9耳模型的响应分析563

14.10排气集管的耦合场分析571

14.11本章小结587

参考文献588