ANSYS是由美国ANSYS公司推出的大型有限元分析软件，本书以ANSYS 13.0为基础，介绍ANSYS在工程中关于流体分析、热场分析及耦合分析等方面的实际应用。 全书分三篇，共15章。第一篇介绍FLOTRAN流体分析基础知识及在工程上的应用；第二篇介绍ANSYS热分析基础知识及在工程上的应用；第三篇介绍ANSYS耦合场分析的基础知识及各种耦合的工程应用。每篇内容都包含丰富的分析实例及工程应用实例，每个实例都有详细操作过程的视频演示 。

第一篇 流体分析

第1章 绪论 1

1.1 FLOTRAN CFD流体分析的概念 1

1.2 FLOTRAN分析的种类 2

1.3 FLOTRAN单元种类及特点 3

1.4 FLOTRAN单元的局限性及注意事项 3

1.5 FLOTRAN分析步骤 5

实例1-1——亚声速喷管内二维定常

流动 6

1.6 FLOTRAN分析中产生的一些文件 18

1.6.1 结果文件 18

1.6.2 打印文件 18

1.6.3 残差文件 19

1.6.4 重启动文件 19

1.6.5 FLOTRAN重启动分析

（续算） 20

1.7 提高收敛性和稳定性的常用工具 20

1.7.1 松弛系数 20

1.7.2 惯性松弛 20

1.7.3 人工黏性 21

1.7.4 速度限值 21

1.7.5 积分阶次 21

1.8 评价FLOTRAN分析 21

1.9 验证结果 22

实例1-2——温室内气流场的稳态

模拟 23

第2章 FLOTRAN分析基础 35

2.1 流体的基本属性 35

2.1.1 比热容 35

2.1.2 密度和热导率 36

2.1.3 黏度 37

2.1.4 表面张力系数 39

2.1.5 壁面静态接触角 39

2.1.6 设置流体性质的一般准则 39

2.2 FLOTRAN特性 42

2.2.1 坐标系 42

2.2.2 旋转参考系 43

2.2.3 涡流 43

2.2.4 分布式阻力 43

2.3 FLOTRAN边界条件 44

2.4 湍流模型 47

2.4.1 标准k-模型 47

2.4.2 零方程模型 49

2.4.3 RNG模型 49

2.4.4 NKE模型 49

2.4.5 GIR模型 50

2.4.6 SZL模型 50

2.4.7 k-模型 51

2.4.8 SST模型 51

实例2-1——机翼外部绕流 51

第3章 流体分析的方法及步骤 63

3.1 不可压缩流体的流动分析 63

3.1.1 激活湍流模型 64

3.1.2 网格要求 65

3.1.3 流动边界条件 66

3.1.4 难点问题分析 69

实例3-1——弯管层流流动分析 70

实例3-2——弯管湍流流动分析 79

3.2 VOF模型分析 85

3.2.1 VFRC载荷 86

3.2.2 输入设置 88

3.2.3 后处理 89

实例3-3——水坝的VOF分析 90

3.3 可压缩流体的流动分析 101

3.3.1 物性计算 101

3.3.2 边界条件 102

3.3.3 结构和非结构网格 103

3.3.4 求解策略 103

实例3-4——二维两腔迷宫密封的

数值模拟 104

3.4 瞬态分析 113

3.4.1 时间积分方法 114

3.4.2 时间步长详细说明和收敛性 114

3.4.3 计算中断和输出 115

3.4.4 施加瞬态边界条件 116

实例3-5——圆柱绕流瞬态分析 117

3.5 可动区域中流动问题的ALE模拟 127

3.5.1 边界条件 127

3.5.2 网格更新 129

3.5.3 重画网格 129

3.5.4 后处理 129

实例3-6——运动圆柱的ALE分析 130

第4章 流体分析典型工程实例 145

4.1 如何解决流体力学问题 145

4.2 工程实例1——三维U形管道

速度场的数值模拟 146

4.2.1 设置分析选项 147

4.2.2 定义工作文件名 147

4.2.3 定义工作标题 147

4.2.4 定义单元类型 148

4.2.5 生成分析区域 148

4.2.6 定义单元形状 150

4.2.7 划分有限元网格 150

4.2.8 施加边界条件 151

4.2.9 求解 152

4.2.10 后处理 153

4.3 工程实例2——实际生活中射流

现象的数值模拟 155

4.3.1 设置分析选项 156

4.3.2 定义工作文件名 156

4.3.3 定义工作标题 157

4.3.4 定义单元类型 157

4.3.5 生成分析区域的几何面 157

4.3.6 设置单元尺寸 159

4.3.7 划分有限元网格 159

4.3.8 施加边界条件 159

4.3.9 求解 160

4.3.10 后处理 163

第二篇 热分析

第5章 热分析基础 165

5.1 热分析的符号与单位 165

5.2 传热学经典理论 166

5.3 三种基本热传递方式 167

5.3.1 导热 167

5.3.2 对流 167

5.3.3 热辐射 167

5.4 热分析材料的基本属性 168

5.4.1 比热容 168

5.4.2 焓 168

5.4.3 生热率 168

5.5 热分析的边界条件与初始条件 168

5.5.1 边界条件 169

5.5.2 初始条件 169

5.6 热载荷 169

5.7 稳态与非稳态热分析 170

5.7.1 稳态传热 170

5.7.2 非稳态传热 170

5.8 线性与非线性热分析 171

第6章 稳态热分析 172

6.1 稳态热分析的应用 172

6.2 热分析单元 172

6.3 稳态热分析基本步骤 176

6.3.1 建立有限元模型 176

6.3.2 施加载荷计算 178

6.3.3 后处理 181

实例6-1——实心圆柱体的热传导

分析 181

实例6-2——空心圆柱体的热传导

分析 196

实例6-3——圆柱体圆周受谐响应

热载荷 203

第7章 非稳态热分析 210

7.1 非稳态热分析概述 210

7.1.1 非稳态热分析特性 211

7.1.2 非稳态热分析的控制方程 211

7.1.3 时间积分与时间步长 211

7.1.4 数值求解过程 212

7.2 非稳态热分析基本步骤 213

7.2.1 加载求解 213

7.2.2 后处理 215

实例7-1——钢球非稳态传热过程

分析 216

实例7-2——不同材料金属块水中

冷却的非稳态传热过

程分析 227

实例7-3——高温铜导线冷却过程

分析 237

第8章 辐射热分析 243

8.1 辐射热分析的基本概念 243

8.1.1 黑体 244

8.1.2 灰体 244

8.1.3 角系数 244

8.2 热辐射公式 245

8.2.1 角系数的计算 245

8.2.2 热辐射计算方程 245

8.3 辐射热分析求解方法 246

8.3.1 非隐藏法与隐藏法 246

8.3.2 点-点问题 246

8.3.3 点-面问题 246

8.3.4 面-面问题 247

实例8-1——黑体辐射 250

实例8-2——等长的同心圆柱面间

的辐射热传递 255

实例8-3——等长不等轴空心圆柱

体间的辐射传热 265

实例8-4——型钢的热辐射过程 277

第9章 相变分析 284

9.1 相变分析概述 284

9.1.1 相与相变的概念 284

9.1.2 潜热与焓 285

9.1.3 ANSYS中相变分析的基本

思路 285

9.2 相变分析应注意的问题 286

实例9-1——圆柱试管中水结冰过

程分析 288

实例9-2——冰融化过程分析 297

实例9-3——铸件铸造过程热分析 307

第10章 热分析典型工程实例 317

10.1 工程实例1——某型号手机电池的

散热分析 317

10.2 工程实例2——冷库复合隔热板

热量流动分析 325

10.3 工程实例3——电子元器件散热

装置温度分布 333

第三篇 耦合场分析

第11章 耦合场分析基础 341

11.1 耦合场分析的概念 341

11.2 耦合场分析的种类 341

11.2.1 顺序耦合方法 342

11.2.2 直接耦合方法 342

11.2.3 直接法与顺序法的应用场合 342

11.3 顺序耦合场分析 342

11.3.1 顺序多场耦合的概念 342

11.3.2 一般分析步骤 343

11.4 直接耦合场分析 343

第12章 流体-热耦合分析 345

12.1 FLOTRAN流动换热分析简介 345

12.2 FLOTRAN流动换热耦合分析的

要求及设置 346

12.2.1 流动换热分析的网格要求 346

12.2.2 物性的指定和控制 346

12.2.3 热载荷和边界条件 346

12.2.4 求解策略 348

12.2.5 热平衡 350

12.2.6 使用辐射功率密度方法的

面对面辐射分析 351

实例12-1——方腔中空气的热稳态

层流分析 353

实例12-2——层流流体受均匀壁面

热通量 362

第13章 热场-结构场的耦合

分析 371

13.1 热应力分析简介 371

13.2 热应力分析单元 372

13.3 热应力分析步骤 372

13.3.1 直接法进行热应力分析的

基本步骤 372

13.3.2 间接法进行热应力分析的

基本步骤 373

实例13-1——圆筒内部热应力分析 373

实例13-2——冷却栅管的热应力

分析 381

第14章 其他耦合场分析 393

14.1 热电耦合分析 393

实例14-1——铜板连接的两半导体

的热电耦合分析 393

14.2 电磁热耦合分析 400

实例14-2——圆柱形坯料的电磁感

应加热过程分析 400

第15章 耦合场分析典型工程

实例 421

15.1 工程实例1——包含焊缝的金属板

热膨胀分析 421

15.2 工程实例2——现代办公楼层内

空调布局对室内温度分布的影响

研究 4362100433B

第1章有限单元法（FEM）及ANSYS14.0介绍1

1.1有限单元法（FEM）及ANSYS14.0简介1

1.2ANSYS14.0的基本操作及界面介绍2

1.2.1ANSYS14.0的启动与退出2

1.2.2ANSYS14.0主界面介绍3

1.3ANSYS14.0的基本模块16

1.4有限单元法及ANSYS14.0的分析流程18

1.5ANSYS14.0常见的文件类型20

第2章几何建模21

2.1几何建模简介21

2.2自底向上建模方法22

2.2.1关键点22

2.2.2硬点（HardPoint）24

2.2.3定义线（Lines）25

2.2.4定义面（Areas）28

2.2.5体（Volume）30

2.3自顶向下建模方法30

2.3.1创建面体素31

2.3.2创建实体体素33

2.4实体模型的布尔运算37

2.4.1布尔运算的设置37

2.4.2交运算38

2.4.3加运算39

2.4.4减运算40

2.4.5分割运算40

2.4.6粘接运算43

2.5实体模型的几何特性计算43

2.5.1计算两点间的距离43

2.5.2实体图元的缩放44

2.5.3计算实体几何特性44

2.6坐标系在建模中的应用44

2.7连动片的实体建模46

第3章ANSYS模型网格的划分52

3.1网格划分概述52

3.2ANSYS14.0提供的主要单元介绍53

3.3定义单元属性53

3.3.1定义单元属性53

3.3.2分配单元属性55

3.4网格划分工具55

3.4.1单元属性设置（ElementAttributes）56

3.4.2网格划分控制（SmartSize）56

3.4.3单元控制58

3.5网格的修改62

3.5.1网格的质量检查62

3.5.2网格的修改62

3.6实例——挖掘机上齿轮网格的划分63

第4章加载65

4.1加载的定义65

4.1.1载荷的定义65

4.1.2加载的对象65

4.1.3加载操作66

4.2载荷的种类66

4.3添加载荷应遵循的原则67

4.4载荷步选项介绍及设置67

4.4.1载荷步介绍67

4.4.2载荷步设置68

4.4.3载荷的施加69

4.4.4加载自由度（DOF）约束69

4.4.5施加集中载荷70

4.4.6施加分布载荷71

第5章求解72

5.1求解器的类型72

5.2求解器的选择原则73

5.3求解步骤73

5.4求解74

5.4.1求解方式74

5.4.2求解失败原因75

第6章后处理76

6.1后处理简介76

6.2通用后处理器（POST1）76

6.2.1图形显示76

6.2.2列表显示79

6.2.3ResultsViewer80

6.3时间历程后处理器（POST26）82

6.4后处理应用实例85

6.4.1通用后处理器（POST1）在某直升机导弹架的静力分析中的应用85

6.4.2通用后处理器（POST1）在某型号机箱的模态分析中的应用88

6.4.3后处理模块（POST26）在某悬臂梁的谐波分析中的应用90

第7章结构线性静力分析92

7.1静力分析的求解步骤92

7.2静力分析实例解析一——杆系结构的静力学分析93

7.3静力分析实例解析二——平面问题的静力学分析实例101

第8章模态分析111

8.1模态分析的理论基础111

8.2模态分析的基本方法112

8.3模态分析的基本步骤112

8.4ANSYS中模态分析具体过程（实例）116

第9章谐响应分析125

9.1谐响应分析概述125

9.2谐响应分析的理论基础125

9.3谐响应分析可施加的载荷及表示形式126

9.4谐响应分析的三种求解方法127

9.5完全法谐响应分析的步骤128

9.6谐响应分析实例——利用完全法进行某质量弹簧模型的谐响应分析129

第10章谱分析138

10.1谱分析概述138

10.2谱分析的四种求解方法138

10.3谱分析实例——某类型塔式电线杆的随机响应振动分析（PSD）144

第11章瞬态动力学分析159

11.1瞬态动力学分析简述159

11.2瞬态动力学分析的理论基础159

11.2.1瞬态动力学分析的两个基本假设159

11.2.2瞬态动力学分析的理论基础159

11.3瞬态动力学分析的三种求解方法161

11.4完全法瞬态动力学分析的步骤162

11.4.1建立模型162

11.4.2施加载荷162

11.4.3求解168

11.4.4后处理168

11.5瞬态动力学分析实例——某底桌在载荷下瞬态动力学分析

（载荷施加方法采用多载荷步法）168

第12章非线性分析175

12.1非线性分析简介175

12.2非线性分析的计算176

12.2.1牛顿—拉普森（Newton—Raphson）法176

12.2.2非线性分析的基本步骤177

12.3几何非线性分析180

12.3.1大应变效应180

12.3.2应力—应变181

12.3.3单元形状181

12.3.4小应变大转动181

12.3.5某弹塑性圆盘的非线性分析181

12.4接触分析189

12.4.1接触问题概述189

12.4.2ANSYS的接触分类190

12.4.3ANSYS接触分析的步骤191

12.4.4工程实例：将轴从盘心拔出时的接触应力分析191

12.5屈曲分析197

12.5.1屈曲分析的类型197

12.5.2特征值（线性）屈曲分析的基础知识197

12.5.3特征值（线性）屈曲分析的步骤198

12.5.4某悬臂梁在预应力载荷条件下的屈曲分析200

第13章DesignXplorer204

13.1DesignXplorer简介204

13.2DesignXplorer近似方法205

13.3DesignXplorer所支持的单元类型205

13.4DesignXplorer的步骤206

13.5DesignXplorer实例解析210

第14章概率设计218

14.1概率设计简介218

14.2随机输入参数的分布函数类型218

14.3概率设计的计算方法221

14.4概率设计的步骤225

14.5概率设计实例——某导轨的概率分析234

参考文献2392100433B

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