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第1章 ANSYS概述2

1.1 CAE软件简介2

1.2 有限元法简介4

1.2.1 有限元法的基本思想4

1.2.2 有限元法的特点4

1.3 ANSYS概述6

1.3.1 ANSYS的功能6

1.3.2 ANSYS的发展7

1.3.3 ANSYS 15.0的启动7

1.3.4 ANSYS 15.0运行环境配置8

1.4 程序结构10

1.4.1 处理器10

1.4.2 文件格式10

1.4.3 输入方式11

1.4.4 输出文件类型11

1.5 ANSYS分析求解过程11

1.5.1 前处理12

1.5.2 加载并求解12

1.5.3 后处理13

1.5.4 实例导航——导弹发动机药柱承受温度和内压载荷数值模拟13

第2章 几何建模16

2.1 几何建模概论17

2.1.1 自底向上创建几何模型17

2.1.2 自顶向下创建几何模型18

2.1.3 布尔运算操作18

2.1.4 拖拉和旋转19

2.1.5 移动和复制19

2.1.6 修改模型（清除和删除）20

2.1.7 从IGES文件几何模型导入到ANSYS20

2.2 坐标系简介20

2.2.1 总体和局部坐标系21

2.2.2 显示坐标系23

2.2.3 节点坐标系23

2.2.4 单元坐标系24

2.2.5 结果坐标系25

2.3 工作平面的使用25

2.3.1 定义一个新的工作平面26

2.3.2 控制工作平面的显示和样式27

2.3.3 移动工作平面27

2.3.4 旋转工作平面27

2.3.5 还原一个已定义的工作平面27

2.3.6 工作平面的高级用途28

2.4 自顶向下创建几何模型（体素）30

2.4.1 创建面体素30

2.4.2 创建实体体素31

2.5 自底向上创建几何模型32

2.5.1 关键点33

2.5.2 硬点34

2.5.3 线35

2.5.4 面38

2.5.5 体39

2.6 使用布尔操作来修正几何模型41

2.6.1 布尔运算的设置41

2.6.2 布尔运算之后的图元编号42

2.6.3 交运算42

2.6.4 两两相交43

2.6.5 相加44

2.6.6 相减44

2.6.7 利用工作平面做减运算45

2.6.8 搭接46

2.6.9 分割46

2.6.10 粘接（或合并）47

2.7 移动、复制和缩放几何模型47

2.7.1 按照样本生成图元48

2.7.2 由对称映像生成图元48

2.7.3 将样本图元转换坐标系49

2.7.4 实体模型图元的缩放49

2.8 实例导航——导弹发动机药柱建模50

2.8.1 自底向上建立药柱模型50

2.8.2 布尔操作建立药柱模型58

2.8.3 导入SolidWorks中创建的药柱模型61

第3章 建模实例64

3.1 实例导航——几何模型的输入65

3.1.1 输入IGES单一实体65

3.1.2 输入SAT单一实体67

3.1.3 输入SAT实体集合70

3.1.4 输入Parasolid单一实体75

3.1.5 输入Parasolid实体集合77

3.2 实例导航——对输入模型修改78

3.3 实例导航——自主建模83

3.3.1 自顶向下建模实例83

3.3.2 自底向上建模实例95

第4章 网格划分110

4.1 有限元网格概论111

4.2 设定单元属性111

4.2.1 生成单元属性表112

4.2.2 在划分网格之前分配单元属性112

4.3 网格划分的控制115

4.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool）115

4.3.2 单元形状115

4.3.3 选择自由或映射网格划分116

4.3.4 控制单元边中节点的位置117

4.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing）117

4.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸118

4.3.7 局部网格划分控制119

4.3.8 内部网格划分控制120

4.3.9 生成过渡棱锥单元122

4.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式123

4.3.11 执行层网格划分123

4.4 自由网格划分和映射网格划分控制124

4.4.1 自由网格划分124

4.4.2 映射网格划分125

4.5 给实体模型划分有限元网格130

4.5.1 用xMESH命令生成网格131

4.5.2 生成带方向节点的梁单元网格131

4.5.3 在分界线或者分界面处生成单位厚度的界面单元134

4.6 延伸和扫略生成有限元模型134

4.6.1 延伸（Extrude）生成网格135

4.6.2 扫略（VSWEEP）生成网格137

4.7 修正有限元模型140

4.7.1 局部细化网格140

4.7.2 移动和复制节点和单元142

4.7.3 控制面、线和单元的法向144

4.7.4 修改单元属性145

4.8 直接通过节点和单元生成有限元模型146

4.8.1 节点146

4.8.2 单元148

4.9 编号控制151

4.9.1 合并重复项151

4.9.2 编号压缩152

4.9.3 设定起始编号152

4.9.4 编号偏差153

4.10 实例导航——导弹发动机药柱模型网格划分154

4.10.1 采用智能分网156

4.10.2 采用扫略分网157

4.10.3 采用延伸分网163

第5章 施加载荷168

5.1 载荷概论169

5.1.1 什么是载荷169

5.1.2 载荷步、子步和平衡迭代170

5.1.3 时间参数171

5.1.4 阶跃载荷与坡道载荷171

5.2 施加载荷172

5.2.1 实体模型载荷与有限单元载荷172

5.2.2 施加载荷173

5.2.3 利用表格来施加载荷180

5.2.4 轴对称载荷与反作用力182

5.2.5 利用函数来施加载荷和边界条件183

5.3 设定载荷步选项185

5.3.1 通用选项186

5.3.2 非线性选项189

5.3.3 动力学分析选项190

5.3.4 输出控制191

5.3.5 Biot-Savart选项192

5.3.6 谱分析选项193

5.3.7 创建多载荷步文件193

5.4 实例导航——导弹发动机药柱模型载荷施加194

5.4.1 单载荷步的施加195

5.4.2 多载荷步的施加198

5.4.3 表格及函数载荷的施加202

第6章 求解203

6.1 求解概论204

6.1.1 使用直接求解法205

6.1.2 使用稀疏矩阵直接求解法求解器205

6.1.3 使用雅克比共轭梯度法求解器205

6.1.4 使用不完全分解共轭梯度法求解器206

6.1.5 使用预条件共轭梯度法求解器206

6.1.6 使用自动迭代解法选项207

6.1.7 获得解答208

6.2 利用特定的求解控制器来指定求解类型208

6.2.1 使用Abridged Solution菜单选项208

6.2.2 使用求解控制对话框209

6.3 多载荷步求解210

6.3.1 多重求解法210

6.3.2 使用载荷步文件法211

6.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法）212

6.4 重新启动分析214

6.4.1 重新启动一个分析214

6.4.2 多载荷步文件的重启动分析218

6.5 预测求解时间和估计文件大小220

6.5.1 估计运算时间220

6.5.2 估计文件的大小221

6.5.3 估计内存需求221

6.6 实例导航——导弹发动机药柱模型求解221

6.6.1 单载荷步求解221

6.6.2 多载荷步求解222

第7章 后处理223

7.1 后处理概述224

7.1.1 什么是后处理224

7.1.2 结果文件225

7.1.3 后处理可用的数据类型225

7.2 通用后处理器（POST1）226

7.2.1 将数据结果读入数据库226

7.2.2 列表显示结果233

7.2.3 图像显示结果240

7.2.4 映射结果到某一路径上247

7.2.5 表面操作254

7.2.6 将结果旋转到不同坐标系中显示257

7.3 时间历程后处理（POST26）259

7.3.1 定义和储存POST26变量259

7.3.2 检查变量262

7.3.3 POST26后处理器的其他功能264

7.4 实例导航——导弹发动机药柱模型结果后处理265

7.4.1 通用后处理器265

7.4.2 时间历程处理器277

第8章 静力分析281

8.1 静力分析介绍282

8.1.1 结构静力分析简介282

8.1.2 静力分析的类型283

8.1.3 静力分析基本步骤283

8.2 实例导航——悬臂梁的横向切应力分析284

8.2.1 问题的描述284

8.2.2 GUI路径模式284

8.2.3 命令流方式298

8.3 实例导航——钢桁架桥静力受力分析298

8.3.1 问题描述298

8.3.2 GUI操作方法298

8.3.3 命令流实现316

8.4 实例导航——联轴体的静力分析实例316

8.4.1 问题描述316

8.4.2 建立模型317

8.4.3 定义边界条件并求解322

8.4.4 查看结果325

8.4.5 命令流方式331

第9章 模态分析332

9.1 模态分析概论333

9.2 模态分析的基本步骤333

9.2.1 建模333

9.2.2 加载及求解334

9.2.3 扩展模态337

9.2.4 观察结果和后处理339

9.3 实例导航——压电变换器的自振频率分析339

9.3.1 问题描述339

9.3.2 GUI模式340

9.3.3 命令流方式356

9.4 实例导航——小发电机转子模态分析356

9.4.1 分析问题356

9.4.2 建立模型357

9.4.3 进行模态设置、定义边界条件并求解362

9.4.4 查看结果365

9.4.5 命令流方式365

第10章 谐响应分析366

10.1 谐响应分析概论367

10.2 谐响应分析的基本步骤368

10.2.1 建立模型（前处理）368

10.2.2 加载和求解368

10.2.3 观察模型（后处理）375

10.3 实例导航——弹簧质子系统的谐响应分析376

10.3.1 问题描述377

10.3.2 GUI模式377

10.3.3 命令流方式390

10.4 实例导航——悬臂梁谐响应分析390

10.4.1 分析问题390

10.4.2 建立模型390

10.4.3 查看结果404

10.4.4 命令流方式406

第11章 瞬态动力学分析407

11.1 瞬态动力学概论408

11.1.1 完全法（Full Method）408

11.1.2 模态叠加法（Mode Superposition Method）408

11.1.3 减缩法（Reduced Method）409

11.2 瞬态动力学的基本步骤409

11.2.1 前处理（建模和分网）409

11.2.2 建立初始条件410

11.2.3 设定求解控制器411

11.2.4 设定其他求解选项413

11.2.5 施加载荷413

11.2.6 设定多载荷步415

11.2.7 瞬态求解415

11.2.8 后处理415

11.3 实例导航——哥伦布阻尼的自由振动分析418

11.3.1 问题描述418

11.3.2 GUI模式418

11.3.3 命令流方式432

第12章 谱分析433

12.1 谱分析概论434

12.1.1 响应谱434

12.1.2 动力设计分析方法（DDAM）434

12.1.3 功率谱密度（PSD）435

12.2 谱分析的基本步骤435

12.2.1 前处理435

12.2.2 模态分析435

12.2.3 谱分析436

12.2.4 扩展模态438

12.2.5 合并模态440

12.2.6 后处理442

12.3 实例导航——支撑平板的动力效果分析443

12.3.1 问题描述443

12.3.2 GUI路径模式444

12.3.3 命令流方式468

第13章 结构屈曲分析469

13.1 结构屈曲概论470

13.2 结构屈曲分析的基本步骤470

13.2.1 前处理470

13.2.2 获得静力解470

13.2.3 获得特征值屈曲解471

13.2.4 扩展解473

13.2.5 后处理（观察结果）474

13.3 实例导航——桁架结构屈曲分析475

13.3.1 问题描述475

13.3.2 GUI路径模式475

13.3.3 命令流方式490

13.4 实例导航——薄壁圆筒屈曲分析490

13.4.1 分析问题490

13.4.2 操作步骤490

13.4.3 命令流499

第14章 非线性分析500

14.1 非线性分析概论501

14.1.1 非线性行为的原因501

14.1.2 非线性分析的基本信息502

14.1.3 几何非线性504

14.1.4 材料非线性506

14.1.5 其他非线性问题509

14.2 非线性分析的基本步骤510

14.2.1 前处理（建模和分网）510

14.2.2 设置求解控制器510

14.2.3 设定其他求解选项512

14.2.4 加载514

14.2.5 求解514

14.2.6 后处理514

14.3 实例导航——螺栓的蠕变分析516

14.3.1 问题描述516

14.3.2 建立模型517

14.3.3 设置分析并求解520

14.3.4 查看结果523

14.3.5 命令流方式526

第15章 接触问题分析527

15.1 接触问题概论528

15.1.1 一般分类528

15.1.2 接触单元528

15.2 接触问题分析的步骤529

15.2.1 建立模型并划分网格530

15.2.2 识别接触对530

15.2.3 定义刚性目标面530

15.2.4 定义柔性体的接触面532

15.2.5 设置实常数和单元关键点534

15.2.6 控制刚性目标的运动535

15.2.7 给变形体单元施加必要的边界条件535

15.2.8 定义求解和载荷步选项536

15.2.9 求解537

15.2.10 检查结果537

15.3 实例导航——深沟球轴承的接触分析539

15.3.1 问题描述539

15.3.2 GUI方式539

15.3.3 查看结果550

15.3.4 命令流方式553