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第1章　Inventor、应力分析与运动仿真仿真概述1

1.1　Inventor简介1

1.1.1　用Inventor创建三维设计模型2

1.1.2　Inventor三维模型与二维工程图4

1.1.3　Inventor与AutoCAD的兼容性5

1.1.4　Inventor与其他CAD文件格式6

1.1.5　Inventor的数据共享6

1.1.6　Inventor软件包和产品系列7

1.2　Inventor应力分析与运动仿真简介8

1.2.1　Inventor应力分析9

1.2.2　Inventor运动仿真11

1.3　用CAD建模进行有限元分析和运动仿真的设计方法18

第2章　有限元分析概述21

2.1　三维结构设计的应力分析21

2.1.1　结构的力学问题21

2.1.2　边值问题的数值解法24

2.2　有限元法25

2.2.1　离散26

2.2.2　单元、位移和单元刚度矩阵27

2.2.3　形函数、高阶单元和收敛30

2.2.4　边界条件33

2.2.5　求解域的总的刚度矩阵和代数方程求解34

2.2.6　误差评估34

2.2.7　对结果的理解和解释36

2.2.8　有限元法的应用36

第3章　应力分析的界面和应用37

3.1　“应力分析”工具面板和浏览器37

3.2　应力分析的设置40

3.2.1　定义材料40

3.2.2　施加载荷40

3.2.3　施加约束42

3.2.4　应力分析设置42

3.2.5　求解45

3.3　启用应力分析45

第4章　应力分析结果46

4.1　等效应力47

4.2　主应力47

4.3　变形49

4.4　安全系数49

4.5　固有频率和模态形状50

4.6　其他的应力计算结果50

4.7　对应力分析结果查看的实例——梁的有限元应力分析51

4.7.1　等效应力53

4.7.2　最大主应力54

4.7.3　最小主应力55

4.7.4　变形55

4.7.5　安全系数56

4.8　应力分析结果可视化显示57

4.8.1　编辑颜色栏57

4.8.2　动画计算结果57

4.8.3　设置计算结果显示选项57

4.9　使用分析得到的结果59

4.10　进一步分析或者报告输出到ANSYS Workbench59

4.11 设计中常用的材料强度理论59

4.11.1　材料的强度准则60

4.11.2　最大切应力准则62

4.11.3　最大畸变能密度准则63

4.11.4　最大正应力准则65

4.11.5　库仑-莫尔准则66

第5章　在设计中结合应力分析的实例68

5.1　对设计模型的初步分析68

5.2　在零件造型环境中进行应力分析70

5.3　在应力分析环境中修改几何尺寸71

5.4　在应力分析环境中用收敛来取得更好的精度73

5.5　在设计过程中进行应力分析的意义75

第6章　常见问题的解决技巧和方法76

6.1　应力分析中的常见问题76

6.1.1　网格划分失败76

6.1.2　求解失败78

6.1.3　收敛失败79

6.2　零件被约束不足和弱弹簧的引入83

6.3　使用应力分析的技巧84

6.3.1　施加力在合理的几何面积上84

6.3.2　略去次要特征84

6.3.3　使用“结果收敛”求得更精确的结果86

6.3.4　Inventor功能在应力分析中的技巧87

第7章　模态分析94

7.1　模态分析的类型94

7.1.1　模态分析中不考虑预应力作用94

7.1.2　模态分析中考虑预应力作用95

7.2　模态分析的结果96

7.2.1　固有频率96

7.2.2　模态形状96

7.3　轴和圆盘在不同条件下的模态分析实例97

7.3.1　轴在不被约束条件下的模态分析97

7.3.2　轴在被约束条件下的模态分析99

7.3.3　预应力对模态参数的作用100

7.4　振动、固有频率和模态形状的概念101

7.4.1　一维自由度的自由振动102

7.4.2　梁的自由振动104

7.4.3　振动的类型106

7.4.4　固有频率和模态形状108

7.4.5　应用固有频率和模态形状109

7.5　使用有限元法进行模态分析112

第8章　运动仿真界面及运行仿真113

8.1　运动仿真界面113

8.1.1　“运动仿真”工具面板113

8.1.2　运动仿真浏览器114

8.1.3　“仿真”面板114

8.2　运动仿真简单流程——电扇的运动仿真115

8.3　运行仿真116

8.3.1　“仿真”面板简介116

8.3.2　动态零件运动118

第9章　运动仿真的关键概念119

第10章　运动机理中的连接129

10.1　连接类型129

10.1.1　标准连接130

10.1.2　滚动连接和滑动连接131

10.1.3　二维接触连接132

10.1.4　力连接132

10.2　产生连接的方法132

10.2.1　手动插入连接133

10.2.2　通过“继承装配约束”产生连接147

10.2.3　自动产生基于装配约束的连接148

10.3　连接的特性151

10.4　产生连接的规则151

第11章　机理的物理特性和力学环境152

11.1　驱动条件——驱动齿轮传动系统152

11.2　定义初始条件和范围边界154

11.2.1　初始位置154

11.2.2　初始速度——保龄球仿真的初始条件155

11.2.3　自由度的界限156

11.3　作用在连接自由度上的力矩或力157

11.4　施加外力158

第12章　输入图示器160

12.1　输入图示器界面160

12.2　定义变量的法则162

12.2.1　用“线性”函数定义变量163

12.2.2　用“摆线”函数定义变量163

12.2.3　用“正弦或余弦”函数定义变量164

12.2.4　用“样条曲线”函数定义变量165

12.2.5　用“多项式”函数定义变量166

12.2.6　用“公式”定义变量167

12.3　定义一个随时间变化的复杂变量168

12.3.1　产生一条由多扇区组成的曲线168

12.3.2　在一个扇区由多个法则叠加定义的曲线170

12.3.3 由多时间扇区、多法则叠加定义的驱动条件的实例170

12.4　运动曲线的条件172

12.5　在模拟中应用输入图示器的实例172

12.6　变量在定义区域外的特性175

12.6.1　常数175

12.6.2　常数斜度175

12.6.3　模量176

12.6.4　周期176

12.6.5　自由176

第13章　输出图示器和仿真结果177

13.1　输出图示器177

13.2 同步179

13.3　输出图示器中的输入条件或输出结果181

13.3.1　运动变量181

13.3.2　驱动力182

13.3.3　关节动力182

13.3.4　动力因素182

13.3.5　在输出图示器中显示输入变量和仿真结果183

第14章　过度约束导致的冗余及修复187

14.1　冗余187

14.2　冗余机理运动及计算结果的有效性192

14.3　修复有冗余的模型195

14.4　自动修复冗余196

第15章　运动仿真在设计中应用的实例197

15.1　使用“未知力”功能求解运动机构的静态平衡条件197

15.1.1　运动仿真的“未知力”功能197

15.1.2　应用“未知力”功能的实例——开启酒瓶时，开启器各部件的受力198

15.2　基于对草图受力分析的设计——曲柄连杆滑块机构的实例201

15.3　使用“轨迹”功能进行逆向工程设计——如何确定绕线机的凸轮轮廓204

15.4　可运动机构在静止状态下的受力分析211

15.4.1　可调整结构的受力状态211

15.4.2　用运动仿真计算可运动结构在静止状态的受力212

第16章　运动机理中构件的有限元分析216

16.1　静态平衡和动态平衡217

16.2　对运动构件的有限元应力分析220

16.2.1　运动构件的载荷条件220

16.2.2　在有限元求解中消除运动构件的刚体运动220

第17章　运动部件的有限元应力分析222

17.1　运动载荷——电扇在运行时各传动部件的受力222

17.2　输出到有限元分析224

17.2.1　选定载荷承载面224

17.2.2　选定时间点229

17.3　对运动零部件进行有限元分析231

17.3.1　输入运动载荷231

17.3.2　在默认设置下进行有限元分析——电扇叶片和轴的应力分布232

17.3.3　应力分析在多步骤运动时的设置233

17.4　选定载荷承载面233

17.4.1　手动选定一个适当的面233

17.4.2　手动选定一个载荷的多个面233

17.4.3　使用自动选定选项来定义载荷承载面234

17.5　输出固定零件的运动载荷234

17.6　对运动部件有限元分析的流程236

第18章　机械装置的“准”静态平衡和应力分析237

18.1　“准”静态平衡——挖掘机在挖掘时铲斗的受力237

18.2　零件在静态平衡下的有限元分析——铲斗的应力分布240

附录　主要词汇中英文对照243

参考文献248