前言

第1章　有限元法与ANSYS简介 ………1

1.1　有限元法概述 ……………………1

1.1.1　有限元法发展历史 ………………1

1.1.2　有限元法基本思想 ………………2

1.2　有限元分析步骤 ……………………4

1.3　ANSYS简介及分析步骤 …………6

1.3.1　ANSYS功能及模块简介 …………6

1.3.2　ANSYS分析步骤 …………………9

1.4　本章小结 …………………………10

思考与练习 ………………………………10

第2章　有限元法理论 ………………11

2.1　弹性力学基础 ……………………11

2.1.1　弹性力学的基本概念 ……………11

2.1.2　弹性力学的基本方程 ……………13

2.1.3　弹性力学中的能量原理 …………15

2.2　平面问题的有限元法 ……………16

2.3　轴对称问题的有限元法 …………25

2.4　三角形单元刚度计算实例 ………26

2.5　本章小结 …………………………27

思考与练习 ………………………………27

第3章　ANSYS几何建模 ………………28

3.1　坐标系 ………………28

3.1.1　坐标系简介 ……………………28

3.1.2　坐标系定义 ……………………28

3.1.3　坐标系的激活 …………………30

3.2　自底向上建模 ……………………31

3.2.1　关键点 …………………………31

3.2.2　线 ………………………………32

3.2.3　面 ………………………………34

3.2.4　体 ………………………………35

3.3　自顶向下建模 ……………………36

3.3.1　定义面 …………………………37

3.3.2　定义体 …………………………37

3.4　布尔操作 …………………………38

3.4.1　交运算 …………………………38

3.4.2　加运算 …………………………39

3.4.3　减运算 …………………40

3.4.4　分割运算 ……………41

3.4.5　分类运算 ………………41

3.4.6　搭接运算 ………………41

3.4.7　粘接 …………………42

3.5　导入CAD模型 ……42

3.6　连接板建模实例 ………43

3.7　联轴器建模实例 ………46

3.8　本章小结 ………51

思考与练习 ………………51

第4章　ANSYS网格划分 ……52

4.1　网格划分概述 …………52

4.2　单元类型 ……………52

4.2.1　杆单元 ………………53

4.2.2　梁单元 ……………54

4.2.3　二维实体单元 …………55

4.2.4　壳单元 …………………56

4.2.5　三维实体单元 …………57

4.3　网格划分 ………………59

4.3.1　单元划分基本过程 ……59

4.3.2　选择网格划分方法 ……60

4.3.3　分配单元属性 ………63

4.3.4　网格划分工具 …………64

4.3.5　网格尺寸控制 ………65

4.3.6　MESH生成网格 ……65

4.3.7　检查网格 …………67

4.3.8　修改网格 ……………69

4.4三维支架网格划分实例 …73

4.5　本章小结 ……………75

思考与练习 ………………75

第5章ANSYS加载及求解 …76

5.1　载荷介绍 ……………76

5.2　载荷类型 …………………………76

5.2.1　自由度约束 ……………76

5.2.2　集中力载荷 …………77

5.2.3　面载荷 ………………78

5.2.4　体载荷 ………………79

5.2.5　惯性载荷 ……………79

5.2.6　耦合场载荷 …………80

5.3　多载荷步求解 …………80

5.3.1　多重求解法 …………80

5.3.2　使用载荷步文件法 …………80

5.4　ANSYS求解方法 ……………81

5.4.1　直接求解法 …………81

5.4.2　稀疏矩阵直接解法求解器 ………82

5.4.3　雅克比共轭梯度法求解器 ………82

5.4.4　不完全分解共轭梯度法求解器 …82

5.4.5　预条件共轭梯度法求解器 ………83

5.4.6　自动迭代法求解器 …………83

5.4.7　不完全乔里斯基共轭梯度法求解器 ……84

5.4.8　二次最小残差求解器 ………84

5.5　利用特定的求解控制器来指定求解类型 …84

5.5.1　“AbridgedSolution”菜单选项 ……84

5.5.2　使用“SolutionControls”对话框…84

5.6　重新启动分析 …………86

5.7　求解分析 ………………86

5.8　本章小结 ………………87

思考与练习 ………………88

第6章　ANSYS结果后处理 ………89

6.1　后处理概述 ……………89

6.2　通用后处理器（POST1） ………89

6.2.1　数据类型 ……………89

6.2.2　查看结果汇总 ……………90

6.2.3　读入结果 ……………90

6.2.4　图形显示结果 ……………92

6.2.5　列表显示结果 ……………94

6.2.6　查询结果 ……………101

6.2.7　输出选项 ……………102

6.3　时间历程后处理器 …………103

6.3.1　时间历程变量观察器 ……103

6.3.2　进入时间历程后处理器 ………105

6.3.3　定义变量 ……………105

6.3.4　处理变量并进行计算 ………106

6.3.5　变量的评价 ………106

6.3.6　POST26的其他功能 ……107

6.4　内六角扳手后处理操作实例 …107

6.4.1　通用后处理 …………108

6.4.2　时间历程后处理 …………110

6.5　本章小结 ………………111

思考与练习 …………………111

第7章　结构静力分析 ……………112

7.1　结构静力分析的基本概念 ……112

7.2　结构静力分析步骤 …………112

7.2.1　设置分析类型 ……………112

7.2.2　选择单元类型 ……………113

7.2.3　添加材料属性 ……………113

7.2.4　建立几何模型 ……114

7.2.5　划分网格 ……………115

7.2.6　添加约束和载荷 …………116

7.2.7　输出选项的设定 ……117

7.2.8　求解 ………………118

7.2.9　查看结果…119

7.3　高速旋转齿轮静力分析实例 ……119

7.4　本章小结……139

思考与练习 …………………139

第8章　模态分析 ……………140

8.1　模态分析简介 …………140

8.1.1　模态分析概述 ……………140

8.1.2　模态分析基础 ……………140

8.2　模态计算方法 …………142

8.3　模态分析基本流程 ……144

8.4　飞机机翼模态分析实例 ……148

8.4.1　问题描述 ……………148

8.4.2　分析步骤 ……………149

8.4.3　命令流模式 …………156

8.5　本章小结 ………………157

思考与练习 …………………157

第9章　谐响应分析 …………158

9.1　谐响应分析简介 ……………158

9.1.1　谐响应分析理论概述 ……158

9.1.2　谐响应分析的求解方法 ………159

9.2　谐响应分析的基本步骤 ……160

9.2.1　建立模型 ……………161

9.2.2　加载和求解 …………161

9.2.3　观察模型 ……………165

9.3汽车悬架系统的谐响应分析实例…167

9.3.1　问题描述 ……………167

9.3.2　分析步骤 ……………167

9.3.3　命令流模式 …………174

9.4　本章小结 ………………175

思考与练习 …………………175

第10章　瞬态动力学分析 …………176

10 .1　瞬态动力学分析的基本概念 …176

10 .2　瞬态动力学分析方法 ……176

10 .3　瞬态动力学分析的基本步骤 …178

10 .4　哥伦布阻尼的自由振动分析实例 ……187

10 .4.1　问题描述 …………188

10 .4.2　哥伦布阻尼弹簧自由振动分析…188

10 .4.3　哥伦布阻尼自由振动分析命令流…196

10 .5　本章小结 ……………197

思考与练习 …………………197

第11章　接触分析 ……………198

11 .1　接触类型及接触单元简介 …198

11 .2　面－面接触分析 …………199

11 .2.1　建立几何模型并划分网格…199

11 .2.2　识别接触对 ……………199

11 .2.3　指定接触面和目标面 ……200

11 .2.4　定义目标面 ……………201

11 .2.5　定义柔体接触面……204

11 .2.6　接触面和目标面的几何修正 …206

11 .2.7　设置实常数和单元关键字 ……207

11 .2.8　控制刚性目标面的运动 ………224

11 .2.9　定义求解和载荷步选项 ………225

11 .2.10　求解………225

11 .2.11　观察结果 ……225

11 .3　套管过盈装配分析实例 …226

11 .4　本章小结 ……………236

思考与练习 …………………236

第12章　非线性分析 …………237

12 .1　非线性分析简介 …………237

12 .2　非线性分析的方程求解 ………241

12 .3　非线性静态分析步骤 ……242

12 .4　非线性瞬态分析步骤 ……251

12 .5　弹塑性圆板非线性分析实例 …252

12 .6　本章小结 ……………265

思考与练习 …………………265

第13章　热分析 ………………266

13 .1　热分析基础理论 …266

13 .1.1　热分析的有限元控制方程 ……266

13 .1.2　热分析的求解 ………269

13 .2　稳态热分析 …………270

13 .2.1　建立有限元模型 …………270

13 .2.2　激活稳态热分析 …………271

13 .2.3　设置分析选项 ……………271

13 .2.4　定义载荷 …………273

13 .2.5　定义载荷步选项 …………274

13 .2.6　求解 ………………276

13 .2.7　后处理 ……………276

13 .3　瞬态热分析 …………277

13 .3.1　建立有限元模型 …………277

13 .3.2　激活瞬态热分析……277

13 .3.3　建立初始条件 ……………278

13 .3.4　设置载荷步选项 …279

13 .3.5　设置非线性选项 …………281

13 .3.6　后处理 ……282

13 .4　热应力分析 …………283

13 .4.1　热应力分析分类 …………283

13 .4.2　间接法进行热应力分析的步骤 …283

13 .5　热分析应用实例…284

13 .5.1　中空长圆筒稳态热分析实例 …284

13 .5.2　中空长圆筒热应力分析实例 …285

13 .5.3　铜块冷却瞬态热分析实例 ……286

13 .6　本章小结 ……………293

思考与练习 …………………293

参考文献 …………………2942100433B