第1章ANSYS14.0入门

1.1ANSYS14.0的用户界面2

1.2ANSYS文件系统3

1.2.1文件类型3

1.2.2文件管理4

1.3ANSYS分析过程6

1.3.1建立模型6

1.3.2加载并求解6

1.3.3后处理7

1.4实例入门7

1.4.1分析实例描述7

1.4.2建立模型8

1.4.3加载求解13

1.4.4查看计算结果14

1.5本章小结15

第2章几何建模

2.1坐标系简介17

2.1.1总体和局部坐标系17

2.1.2显示坐标系19

2.1.3节点坐标系19

2.1.4单元坐标系20

2.1.5结果坐标系20

2.2工作平面的使用21

2.2.1定义一个新的工作平面21

2.2.2控制工作平面的显示和样式22

2.2.3移动工作平面22

2.2.4旋转工作平面22

2.2.5还原一个已定义的工作平面22

2.3布尔操作22

2.3.1布尔运算的设置23

2.3.2交运算23

2.3.3两两相交运算24

2.3.4加运算24

2.3.5减运算25

2.3.6利用工作平面进行减运算26

2.3.7搭接运算26

2.3.8分割运算27

2.3.9粘接（或合并）运算27

2.4编辑几何模型27

2.4.1复制28

2.4.2镜像28

2.4.3转换坐标系28

2.4.4缩放29

2.5自底向上创建几何模型30

2.5.1关键点30

2.5.2硬点31

2.5.3线32

2.5.4面34

2.5.5体35

2.6实例──储液罐的实体建模37

2.6.1GUI方式37

2.6.2命令方式40

2.7自顶向下创建几何模型41

2.7.1创建面体素41

2.7.2创建实体体素42

2.8实例──轴承座的实体建模43

2.8.1GUI方式44

2.8.2命令方式48

2.9从IGES文件中导入几何模型49

2.9.1使用SMOOTH选项49

2.9.2使用FACETED选项49

2.10本章小结50

第3章划分网格

3.1有限元网格概论52

3.2设定单元属性52

3.2.1生成单元属性表52

3.2.2在划分网格之前分配单元属性53

3.3网格划分的控制55

3.3.1ANSYS网格划分工具（Mesh—Tool）55

3.3.2单元形状56

3.3.3选择自由或映射网格划分56

3.3.4控制单元边中间节点的位置56

3.3.5划分自由网格时的单元尺寸控制56

3.3.6映射网格划分中单元的默认尺寸57

3.3.7局部网格划分控制58

3.3.8内部网格划分控制60

3.3.9生成过渡棱锥单元60

3.3.10将退化的四面体单元转化为非退化的形式60

3.3.11执行层网格划分61

3.4自由网格划分和映射网格划分控制61

3.4.1自由网格划分61

3.4.2映射网格划分66

3.5给实体模型划分有限元网格66

3.5.1用xMESH命令生成网格67

3.5.2生成带方向节点的梁单元网格68

3.5.3在分界线或分界面处生成单位厚度的界面单元68

3.6实例──储液罐的网格划分68

3.6.1GUI方式69

3.6.2命令方式71

3.7延伸和扫掠生成有限元模型71

3.7.1延伸生成网格72

3.7.2扫掠生成网格73

3.8修正有限元模型75

3.8.1局部细化网格75

3.8.2移动、复制节点和单元77

3.8.3控制面、线和单元的法向78

3.8.4修改单元属性79

3.9直接通过节点和单元生成有限元模型79

3.9.1节点79

3.9.2单元81

3.10编号控制83

3.10.1合并重复项83

3.10.2编号压缩84

3.10.3设定起始编号84

3.10.4编号偏差85

3.11实例——轴承座的网格划分85

3.11.1GUI方式85

3.11.2命令方式89

3.12本章小结90

第4章施加载荷

4.1载荷概论92

4.1.1什么是载荷92

4.1.2载荷步、子步和平衡迭代92

4.1.3时间参数93

4.1.4阶跃载荷与坡道载荷94

4.2施加载荷94

4.2.1施加载荷95

4.2.2轴对称载荷与反作用力99

4.2.3利用表格来施加载荷100

4.2.4利用函数来施加载荷和边界条件102

4.3实例──轴承座载荷和约束的施加103

4.3.1GUI方式104

4.3.2命令方式106

4.4设定载荷步选项106

4.4.1通用选项106

4.4.2动力学分析选项109

4.4.3非线性选项110

4.4.4输出控制110

4.4.5Biot—Savart选项111

4.4.6谱分析选项112

4.4.7创建多载荷步文件112

4.5实例──储液罐载荷和约束的施加113

4.5.1GUI方式113

4.5.2命令方式115

4.6本章小结116

第5章求解

5.1求解概论118

5.1.1使用直接求解法119

5.1.2计算求解119

5.2利用特定的求解控制器来指定求解类型119

5.2.1使用AbridgedSolution菜单选项120

5.2.2使用“求解控制”对话框120

5.3多载荷步求解121

5.3.1多重求解法121

5.3.2载荷步文件法122

5.3.3矩阵参数法（数组参数法）122

5.4实例──轴承座和储液罐模型求解123

5.5本章小结124

第6章后处理

6.1后处理概述126

6.1.1结果文件126

6.1.2后处理可用的数据类型126

6.2通用后处理器127

6.2.1将数据结果读入数据库127

6.2.2图像显示结果132

6.2.3列表显示结果137

6.2.4将结果旋转到不同坐标系中显示138

6.3实例──轴承座计算结果后处理140

6.3.1GUI方式140

6.3.2命令方式142

6.4时间历程后处理器142

6.4.1定义和储存POST26变量143

6.4.2检查变量145

6.4.3时间历程后处理器的其他功能147

6.5实例──储液罐计算结果后处理148

6.5.1GUI方式148

6.5.2命令方式150

6.6本章小结150

第7章结构静力分析

7.1结构静力概论152

7.2结构静力学分析的基本设置152

7.2.1设置求解控制选项152

7.2.2设置其他求解选项155

7.2.3施加载荷157

7.3实例──齿轮应力分析159

7.3.1分析问题159

7.3.2建立模型159

7.3.3定义边界条件并求解168

7.3.4查看结果170

7.4本章小结172

第8章模态分析

8.1模态分析概论174

8.2模态分析的基本设置174

8.2.1加载及求解174

8.2.2扩展模态177

8.3实例──齿轮模态分析178

8.3.1分析问题178

8.3.2建立模型178

8.3.3进行模态设置、定义边界条件并求解184

8.3.4查看结果187

8.4本章小结188

第9章谐响应分析

9.1谐响应分析概论190

9.1.1完全法190

9.1.2减缩方法190

9.1.3模态叠加法191

9.1.4谐响应分析方法的共同局限性191

9.2谐响应分析的基本设置191

9.2.1定义分析类型和载荷选项

9.2.1定义分析类型和载荷选项191

9.2.2在模型上加载193

9.2.3指定载荷步选项195

9.3实例──琴弦谐响应分析196

9.3.1分析问题196

9.3.2建立模型196

9.3.3查看结果205

9.4本章小结207

第10章瞬态动力学分析

10.1瞬态动力学概论209

10.1.1完全法209

10.1.2模态叠加法209

10.1.3减缩法209

10.2瞬态动力学分析的基本设置210

10.2.1建立初始条件210

10.2.2设定求解控制器211

10.2.3设定其他求解选项212

10.2.4施加载荷212

10.2.5设定多载荷步214

10.3实例──弹簧阻尼系统自由振动分析214

10.3.1分析问题214

10.3.2建立模型215

10.3.3进行瞬态动力分析设置、定义边界条件并求解219

10.3.4查看结果222

10.4本章小结225

第11章谱分析

11.1谱分析概论227

11.1.1响应谱227

11.1.2动力设计分析方法227

11.1.3功率谱密度227

11.2谱分析的基本步骤227

11.2.1谱分析227

11.2.2扩展模态229

11.2.2扩展模态229

11.2.3合并模态230

11.3实例——三层框架结构地震响应谱分析230

11.3.1问题描述231

11.3.2GUI操作方法231

11.4本章小结240

第12章非线性分析

12.1非线性分析概论242

12.1.1非线性行为的原因242

12.1.2非线性分析的基本信息243

12.1.3几何非线性245

12.1.4材料非线性246

12.1.5其他非线性问题249

12.2非线性分析的基本设置249

12.2.1设置求解控制器249

12.2.2设定其他求解选项251

12.3实例──铆钉冲压应力分析253

12.3.1分析问题253

12.3.2建立模型253

12.3.3定义边界条件并求解258

12.3.4查看结果260

12.4本章小结263

第13章结构屈曲分析

13.1结构屈曲概论265

13.2结构屈曲分析的基本设置265

13.2.1获得静力解265

13.2.2获得特征值屈曲解266

13.2.3扩展解266

13.3实例──框架结构的屈曲分析267

13.3.1问题描述267

13.3.2GUI路径模式267

13.4本章小结278

第14章接触问题分析

14.1接触问题概论280

14.1.1一般分类280

14.1.2接触单元280

14.2接触分析的基本设置281

14.2.1建立模型并划分网格281

14.2.2识别接触对281

14.2.3定义刚性目标面281

14.2.4定义柔性接触面282

14.2.5设置实常数和单元关键点284

14.2.6控制刚性目标面的运动285

14.2.7定义求解选项和载荷步285

14.3实例──齿轮副接触分析286

14.3.1分析问题286

14.3.2建立模型287

14.3.3定义边界条件并求解295

14.3.4查看结果297

14.4本章小结298

第15章结构优化

15.1结构优化设计概论300

15.2优化设计的基本步骤301

15.2.1生成分析文件302

15.2.2建立优化过程中的参数304

15.2.3指定分析文件304

15.2.4指定优化变量305

15.2.5选择优化方法或优化工具305

15.2.6指定优化循环控制方式306

15.2.7进行优化分析307

15.2.8查看设计序列结果307

15.3实例──梁的形状优化308

15.3.1分析问题308

15.3.2建立模型309

15.3.3定义边界条件并求解313

15.3.4查看结果321

15.4本章小结322

第16章热分析

16.1热分析概论324

16.1.1热分析的特点324

16.1.2热分析单元324

16.2热分析的基本过程325

16.2.1稳态热分析325

16.2.2瞬态热分析329

16.3稳态热分析的实例──换热管的热分析333

16.4瞬态热分析实例──钢球淬火过程温度分析341

16.5热应力分析实例──换热管的热应力分析350

16.6本章小结3552100433B

《ANSYS 14.0有限元分析入门与提高》以ANSYS的最新版本ANSYS 14.0为依据，对ANSYS分析的基本思路、操作步骤、应用技巧进行了详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述了ANSYS的具体应用方法。书中尽量避开繁琐的理论描述，从实际应用出发，结合作者使用该软件的经验，一步步对实例的操作过程进行了讲解。为了帮助用户熟悉ANSYS的相关操作命令，在部分实例的后面列出了分析过程的命令流文件。

《ANSYS 14.0有限元分析入门与提高》分为两部分，第一部分为操作基础篇，共分为6章，详细介绍了ANSYS分析全流程的基本步骤和方法：第二部分为专题实例篇，共分为10章，按不同的分析专题讲解了各种分析参数设置的方法与技巧。

为了方便读者学习，《ANSYS 14.0有限元分析入门与提高》配有多媒体光盘，包括了书中所有实例的实例文件和操作视频，使读者可以借助视频文件边学边练，快速掌握软件的使用。

《ANSYS 14.0有限元分析入门与提高》适用于ANSYS软件的初级和中级用户，以及有初步使用经验的技术人员，可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生及教师学习ANSYS软件的培训教材，也可作为从事结构分析相关行业的工程技术人员使用ANSYS软件的参考书。

随着计算机科学技术的发展，CAD/CAE/CAM技术在产品研发过程中得到了广泛应用，使产品从设计、分析到制造的整个过程发生了深刻变化，极大地提高了产品质量和研发效率，已成为企业技术创新和市场开拓的重要技术手段。

本书系统介绍 CAD/CAE/CAM理论的基础知识和应用实例，可使学生在掌握CAD/CAE/CAM的方法体系和技术发展前沿的基础上，培养学生掌握典型的 CAD/CAE/CAM软件系统，使学生具备产品研发的基本技能。本书以基础理论为基础，强调CAD/CAE/CAM在实际中的应用，内容可操作性强，既注重学生知识体系的建立，更重视应用技能的培养。

本书共分4篇30章。第1篇为CAD/CAE/CAM理论基础知识，包括第2~4章，分别介绍 CAD理论基础、CAE理论基础、CAM理论基础。第 2篇介绍 CAD实例，包括第5~14章，给出了10个CAD在机械领域的典型实例。第 3篇介绍 CAE实例，包括第15~25章，给出了11个CAE在机械领域的典型实例。第4篇介绍 CAM实例，包括第26~30章，给出了5个CAM在机械领域的典型实例。

在全书编写的过程中，电子科技大学《CAD/CAE/CAM》课程小组的各位老师提供了大力支持，特别是杜平安教授、黎业飞副教授和葛森老师，

在此表示衷心感谢！

由于编者水平有限，书中难免存在不当之处，恳请读者批评指正！

编者

2013年12月

第1章 模具CAD/CAM/CAE概述1

1.1 CAD/CAM/CAE基本概念1

1.2 CAD/CAM/CAE技术的基本特点1

1.3 CAD/CAM/CAE技术在模具行业中的应用2

1.3.1 CAD/CAM/CAE技术的应用领域2

1.3.2 模具CAD/CAM/CAE技术的优越性3

1.3.3 模具CAD/CAM/CAE技术的特点4

1.4 模具CAD/CAM/CAE系统组成4

1.4.1 模具CAD/CAM/CAE系统的硬件构成4

1.4.2 模具CAD/CAM/CAE系统的软件组成5

1.5 模具CAD/CAM/CAE技术的发展趋势7

1.6 模具CAD/CAM/CAE常用软件简介7

1.6.1 小型CAD/CAM软件8

1.6.2 大型CAD/CAM/CAE集成软件10

1.6.3 有限元分析专用软件12

第2章 模具CAD/CAM/CAE基础技术15

2.1 图形处理技术15

2.1.1 常见交互技术15

2.1.2 参数化技术16

2.2 产品数据交换技术21

2.2.1 IGES标准21

2.2.2 STEP标准23

2.3 产品零件造型25

2.3.1 线框造型26

2.3.2 表面造型27

2.3.3 实体造型27

2.3.4 特征造型28

第3章 注射模CAD技术33

3.1 注射模CAD概述33

3.1.1 注射模设计技术的发展阶段33

3.1.2 CAD技术在注射模中的应用34

3.1.3 注射模CAD技术的发展趋势35

3.2 注射模CAD的主要内容35

3.2.1 注射模工作原理和结构组成35

3.2.2 注射模CAD系统的工作流程37

3.3 注射模成型零部件CAD39

3.4 注射模标准模架的建库与选用42

3.4.1 装配模型的定义42

3.4.2 标准模架装配模型的建立42

3.4.3 标准模架装配模型的管理与调用46

3.5 注射模典型结构与零件设计CAD46

3.5.1 浇注系统设计47

3.5.2 侧向抽芯机构设计48

3.5.3 脱模和顶出机构设计50

3.5.4 冷却系统设计51

3.6 UG软件针对注射模具制造的功能51

3.6.1 MoldWizard模块概述52

3.6.2 MoldWizard模块应用实例53

第4章 级进模CAD技术61

4.1 级进模CAD系统概述61

4.1.1 级进模CAD系统发展概况61

4.1.2 级进模CAD系统的组成结构62

4.1.3 级进模CAD系统的发展趋势62

4.2 级进模CAD系统的结构与功能63

4.2.1 级进模CAD系统的总体结构63

4.2.2 级进模CAD系统的功能模块63

4.2.3 级进模CAD系统的数据流65

4.2.4 级进模CAD系统的相关技术65

4.3 UG/PDW的应用介绍及实例68

4.4 其他专用冲模CAD技术76

4.4.1 汽车覆盖件模具CAD技术76

4.4.2 集成电路引线框架多位精密级进模CAD技术77

第5章 模具CAM技术79

5.1 模具数控加工概述79

5.1.1 模具制造的要求79

5.1.2 模具数控加工的特点80

5.2 模具数控编程系统81

5.2.1 数控机床81

5.2.2 数控加工81

5.2.3 数控编程系统81

5.3 利用CAM系统进行自动编程的基本步骤82

5.4 UG的CAM功能介绍83

5.4.1 UG加工模块综述83

5.4.2 刀具轨迹的管理85

5.4.3 UG铣削加工方法介绍85

5.5 CAM的后置处理95

5.5.1 UGNX后处理简介95

5.5.2 后处理编辑器95

第6章 注塑模具CAE技术97

6.1 注塑成型基础知识97

6.1.1 注塑成型定义97

6.1.2 注塑成型工艺过程98

6.1.3 注塑成型工艺条件99

6.2 常见注塑制品缺陷及产生原因100

6.2.1 短射100

6.2.2 气穴101

6.2.3 熔接痕和熔接线102

6.2.4 滞流102

6.2.5 飞边103

6.2.6 跑道效应103

6.2.7 过保压104

6.2.8 色差104

6.2.9 喷射105

6.2.10 不平衡流动105

6.3 注塑模CAE技术105

6.3.1 注塑模CAE的内容105

6.3.2 注塑模CAE技术的原则106

6.3.3 注塑成型模拟技术106

6.4 MoldFlow软件简介107

6.4.1 MoldFlow软件功能107

6.4.2 MoldFlow软件的作用109

6.5 MoldFlow分析实例109

第7章 冲压模具CAE技术121

7.1 概述121

7.1.1 CAE技术在冲压模具设计中所能解决的问题121

7.1.2 计算机仿真技术在冲压模具设计中的应用122

7.2 冲压成形过程模拟软件简介122

7.2.1 有限元法简介122

7.2.2 有限单元法分析过程概述123

7.2.3 常用软件介绍124

7.3 AutoForm冲压成形模拟实例126

7.3.1 AutoForm窗口介绍126

7.3.2 模拟过程127

第8章 模具CAD/CAM领域的新技术143

8.1 高速加工技术143

8.1.1 高速加工概述143

8.1.2 高速加工的定义144

8.1.3 高速加工中心的类型144

8.1.4 高速加工的特点145

8.1.5 高速加工的关键技术145

8.1.6 高速加工技术在模具行业的应用147

8.2 逆向工程技术148

8.2.1 逆向工程概述148

8.2.2 逆向技术的应用149

8.2.3 实物逆向的研究内容150

8.2.4 影像逆向技术153

8.2.5 逆向工程技术相关软件153

8.2.6 逆向工程技术的发展趋势153

8.3 快速成形技术154

8.3.1 RP技术的工作原理和特点154

8.3.2 RP技术在模具行业的应用155

8.3.3 常见的快速成形技术155

8.3.4 RP技术的展望158

8.4 虚拟制造技术158

8.4.1 虚拟制造和虚拟制造系统的基本概念158

8.4.2 虚拟制造技术的应用159

8.4.3 虚拟制造技术的展望159

参考文献1612100433B

《模具CAD/CAE/CAM》主要介绍模具的数字化设计制造及相关知识，包括模具CAD/CAE/CAM基础知识、模具CAD、模具CAE、模具CAM及模具CAD/CAE/CAM一体化。对于模具CAD/CAE/CAM，选择典型的工艺和模具，通过丰富的实例和详尽的步骤说明对其进行深入浅出的讲解，具有很强的实用性和可操作性。《模具CAD/CAE/CAM》为模具CAD/CAE/CAM的工程人员提供了一个学习途径，也可以作为大专院校“模具CAD/CAE/CAM”专业的培训教材。