机械结构有限元分析:ANSYS与ANSYS Workbench工程应用

第1章 绪论1

1.1 有限元法国内外发展概况1

1.2 基于 MATLAB 的有限元法基本理论2

1.2.1 变分法2

1.2.2 Rayleigh-Ritz 方法4

1.2.3 加权余量法10

1.2.4 函数降阶与试探函数16

1.3 有限元的特点18

1.4 有限元法的应用19

1.4.1 有限元法的应用范围19

1.4.2 有限元法在产品开发中的应用19

思考题21

第2章 ANSYS 基本操作22

2.1 ANSYS12.0 基本介绍22

2.1.1 ANSYS12.0 运行环境的配置22

2.1.2 ANSYS12.0 界面介绍23

2.1.3 ANSYS 文件类型25

2.1.4 ANSYS 工作方式26

2.1.5 ANSYS 的基本分析步骤27

2.2 建立模型28

2.2.1 指定工作目录、作业名和分析标题28

2.2.2 定义图形界面过滤参数29

2.2.3 ANSYS 的单位制29

2.2.4 定义单元类型30

2.2.5 定义单元实常数32

2.2.6 定义材料属性34

2.2.7 创建几何模型35

2.2.8 对实体模型划分网格46

2.3 加载和求解51

2.3.1 加载51

2.3.2 求解57

2.4 后处理61

2.4.1 读入结果数据61

2.4.2 使用单元表62

2.4.3 使用POST1 查看计算结果65

思考题69

第3章 桁架70

3.1 一 维 桁 架70

3.1.1 一维桁架传统法求解理论70

3.1.2 一维桁架传统法求解方法72

3.1.3 基于ANSYS 的有限元分析过程74

3.2 二维桁架78

3.2.1 二维桁架基础理论78

3.2.2 二维桁架工程实例传统解法81

3.2.3 传统解题方法82

3.2.4 基于MATLAB 的求解方法84

3.2.4 基于ANSYS 的求解方法86

3.3 空间桁架93

3.3.1 引言93

3.3.2 三维桁架分析理论基础93

3.3.3 编程思路95

3.3.4 程序实现99

3.3.5 结论102

3.3.6 基于ANSYS 的有限元分析方法102

思考题106

第4章 梁理论与实例108

4.1 梁理论108

4.2 ANSYS 梁单元109

4.3 位移函数推导梁单元的有限元格式109

4.4 梁结构的静力学分析实例111

4.4.1 均布载荷力下梁的挠度分析111

4.4.2 桥式起重机大梁受到均布载荷和集中力作用下的分析118

4.4.3 悬臂梁优化算例129

思考题139

第5章 平面问题和轴对称问题的有限元法141

5.1 平面问题基本知识141

5.1.1 平面应力问题141

5.1.2 平面应变问题141

5.1.3 平面问题基本方程142

5.1.4 平面问题的三角形单元求解143

5.2 轴对称问题基本知识145

5.2.1 轴对称问题的定义145

5.2.2 基本变量和基本方程146

5.3 板分析实例148

5.3.1 问题的描述148

5.3.2 ANSYS 操作步骤148

5.4 轴对称圆筒分析实例161

5.4.1 问题描述161

5.4.2 ANSYS 操作步骤162

思考题173

第6章 薄板弯曲问题的有限元法174

6.1 薄板弯曲的基本方程174

6.1.1 定义及假设174

6.1.2 薄板弯曲的基本方程175

6.2 矩形薄板单元分析179

6.2.1 矩形薄板单元的位移函数179

6.2.2 矩形薄板单元的刚度矩阵182

6.2.3 矩形薄板单元的载荷移置186

6.2.4 计算例题187

6.3 三角形薄板单元分析188

6.3.1 三角形薄板单元的位移函数189

6.3.2 三角形薄板的单元刚度矩阵192

6.3.3 三角形薄板单元的载荷移置195

6.4 ANSYS 求解板壳问题196

6.4.1 壳单元的定义与使用196

6.4.2 带有加强筋平板的静力分析197

思考题205

第7章 空间轴对称问题206

7.1 离散化206

7.2 单元的应变和应力207

7.2.1 单元位移函数207

7.2.2 几何方程208

7.2.3 应力方程209

7.3 单元刚度矩阵和等效节点载荷210

7.3.1 单元刚度矩阵210

7.3.2 等效节点载荷210

第8章 三维实体213

8.1 三维实体模型的定义213

8.2 四节点四面体单元213

8.3 基于四节点四面体单元的三维固体力学问题的有限元分析215

8.4 ANSYS 中的三维单元示例220

8.4.1 热力学—实体单元220

8.4.2 结构—实体单元221

8.5 三维实体建模222

8.5.1 模型生成222

8.5.2 实体造型224

8.6 ANSYS 与其他三维建模软件的接口235

8.6.1 用IGES 文件进行工作235

8.6.2 IGES 输入过程236

8.6.3 ANSYS 和Pro/E 接口方法236

8.6.4 ANSYS 和Catia 接口方法237

8.7 对实体单元划分网格的方法237

8.7.1 如何对实体模型进行网格划分237

8.7.2 定义单元类型238

8.7.3 网格划分控制238

8.8 工程实例——轮子的受力分析241

8.8.1 问题的描述241

8.8.2 GUI 操作方式242

8.8.3 命令流方式254

思考题257

第9章 ANSYS Workbench 简介及应用258

9.1 参数化建模模块DM259

9.1.1 DM 模块启动259

9.1.2 DM 中建立螺旋弹簧模型261

9.1.3 简单几何体特征创建263

9.2 分析工具模块 DesignSpace266

9.2.1 DS 模块启动266

9.2.2 螺旋弹簧的静力分析267

9.2.3 螺旋弹簧的模态分析279

9.3 优化设计模块DX281

9.3.1 DX 模块启动283

9.3.2 螺旋弹簧的优化设计283

思考题289

参考文献290"