ANSYS Workbench 16.0超级学习手册

 ANSYS Workbench 16.0超级学习手册

ANSYS Workbench 16.0超级学习手册

本书详细介绍了ANSYS公司新版本的有限元分析平台Workbench 16.0的功能及应用。通过学习,读者不仅能掌握软件的操作,同时也能掌握解决相关工程领域实际问题的思路与方法,并能自如地解决本领域所出现的问题。

全书共14章,第1章~第4章以各个分析模块为基础,介绍ANSYS Workbench 16.0的建模、网格划分、与常见CAD软件集成、结果后处理等内容。第5章~第14章以项目范例为指导,主要讲解Workbench在静力学分析、动力学分析、热力学分析、接触分析、电磁场分析、疲劳分析、复合材料分析、结构优化分析、流体动力学分析及多物理场耦合分析中的应用等内容,其中电磁分析模块(Maxwell)、疲劳分析模块(nCode)及复合材料分析模块(ANSYS ACP)需要读者单独安装。

本书工程实例丰富、讲解详尽,内容安排循序渐进、深入浅出,适合理工院校土木工程、机械工程、力学、电子工程等相关专业的高年级本科生、研究生及教师使用,同时也可以作为相关工程技术人员从事工程研究的参考书。


编辑推荐

·内容全面,结构清晰,工程实例丰富,讲解详尽。通过本书的学习,读者不仅能掌握软件的操作,同时也能掌握解决相关工程领域实际问题的思路与方法; 
·附赠DVD光盘,提供部分实例的源文件,方便读者上机演练; 
·作者博客长期网络答疑

作者简介

黄志新,熟练掌握相关有限元分析软件,已从事工程力学及仿真计算工作十余年。精通ANSYS、AUTOCAD、Pro/Engineer等软件,参与编写了《ANSYS Workbench 14.0超级学习手册》一书。

目录

第1章 ANSYS Workbench 16.0概述 1 
1.1 ANSYS软件简介 1 
1.2 ANSYS Workbench 16.0平台及模块 3 
1.2.1 Workbench平台界面 4 
1.2.2 菜单栏 4 
1.2.3 工具栏 12 
1.2.4 工具箱 12 
1.3 Workbench与SolidWorks软件集成设置 16 
1.4 本章小结 18 
第2章 ANSYS Workbench几何建模 19 
2.1 DesignModeler平台概述 19 
2.1.1 DesignModeler平台界面 19 
2.1.2 菜单栏 19 
2.1.3 工具栏 28 
2.1.4 常用命令栏 30 
2.1.5 Tree Outline(模型树) 30 
2.2 DesignModeler几何建模 33 
2.2.1 DesignModeler零件建模 33 
2.2.2 DesignModeler装配体建模 38 
2.2.3 DesignModeler导入Creo Parametric软件几何数据 45 
2.2.4 DesignModeler导入SolidWorks软件几何数据 49 
2.2.5 DesignModeler建模工具 52 
2.2.6 DesignModeler概念建模工具 60 
2.3 DesignModeler几何建模综合实例 66 
2.4 本章小结 77 
第3章 Meshing网格划分 78 
3.1 Meshing平台概述 78 
3.1.1 Workbench平台界面 79 
3.1.2 菜单栏 79 
3.1.3 工具栏 82 
3.1.4 用户图形操作窗口 83 
3.1.5 模型树及详细设置窗口 84 
3.2 Meshing网格划分详解 88 
3.2.1 Meshing网格划分适用领域 88 
3.2.2 Meshing网格划分方法 89 
3.2.3 Meshing网格默认设置 92 
3.2.4 Meshing网格尺寸设置 94 
3.2.5 Meshing网格膨胀层设置 97 
3.2.6 Meshing网格Patch Conforming选项 98 
3.2.7 Meshing网格高级选项 98 
3.2.8 Meshing网格损伤设置 98 
3.2.9 Meshing网格评估统计 99 
3.3 Meshing网格划分实例 104 
3.3.1 应用实例一—网格尺寸控制 105 
3.3.2 应用实例二—扫掠网格划分 113 
3.3.3 应用实例三—多区域网格划分 119 
3.4 ICEMCFD简介与实例 124 
3.4.1 ICEMCFD软件功能 124 
3.4.2 ICEMCFD软件界面 125 
3.4.3 ICEMCFD网格划分实例 126 
3.5 本章小结 132 
第4章 Workbench结果后处理 133 
4.1 Mechanical基本操作 133 
4.1.1 关于Mechanical 133 
4.1.2 启动Mechanical 134 
4.1.3 Mechanical操作界面 134 
4.1.4 鼠标控制 137 
4.2 材料参数输入控制 137 
4.2.1 进入Engineering Data应用程序 137 
4.2.2 材料库 138 
4.2.3 添加材料 139 
4.2.4 添加材料属性 140 
4.3 Mechanical前处理操作 141 
4.3.1 几何分支 141 
4.3.2 接触与点焊 142 
4.3.3 坐标系 145 
4.3.4 网格划分 146 
4.3.5 分析设置 146 
4.4 施加载荷和约束 147 
4.4.1 约束和载荷 147 
4.4.2 惯性载荷 148 
4.4.3 力载荷 148 
4.4.4 热载荷 149 
4.4.5 常见约束 149 
4.5 模型求解 150 
4.6 后处理操作 152 
4.6.1 查看结果 152 
4.6.2 结果显示 155 
4.6.3 变形显示 155 
4.6.4 应力和应变 156 
4.6.5 接触结果 157 
4.6.6 自定义结果显示 158 
4.7 本章小结 159 
第5章 结构静力学分析 160 
5.1 线性静力学分析简介 160 
5.1.1 线性静力学分析 160 
5.1.2 线性静力学分析流程 161 
5.1.3 线性静力学分析基础 161 
5.2 静力学分析实例1—实体静力学分析 162 
5.2.1 问题描述 162 
5.2.2 启动Workbench并建立分析项目 162 
5.2.3 导入创建几何体 163 
5.2.4 添加材料库 164 
5.2.5 添加模型材料属性 166 
5.2.6 划分网格 167 
5.2.7 施加载荷与约束 168 
5.2.8 结果后处理 170 
5.2.9 保存与退出 171 
5.2.10 读者演练 171 
5.3 静力学分析实例2—梁单元线性静力学分析 172 
5.3.1 问题描述 172 
5.3.2 启动Workbench并建立分析项目 173 
5.3.3 创建几何体 173 
5.3.4 添加材料库 178 
5.3.5 添加模型材料属性 180 
5.3.6 划分网格 181 
5.3.7 施加载荷与约束 182 
5.3.8 结果后处理 183 
5.3.9 保存与退出 185 
5.3.10 读者演练 185 
5.4 静力学分析实例3—复杂实体静力学分析 186 
5.4.1 问题描述 186 
5.4.2 启动Workbench并建立分析项目 187 
5.4.3 导入创建几何体 187 
5.4.4 添加材料库 188 
5.4.5 添加模型材料属性 190 
5.4.6 划分网格 191 
5.4.7 施加载荷与约束 192 
5.4.8 结果后处理 193 
5.4.9 保存与退出 195 
5.4.10 读者演练 195 
5.5 静力学分析实例4—大变形静力学分析 196 
5.5.1 问题描述 196 
5.5.2 使用SolidWorks2015建模 196 
5.5.3 导入模型 201 
5.5.4 设定材料属性 201 
5.5.5 划分网格 202 
5.5.6 定义约束及边界条件 203 
5.5.7 求解及后处理 204 
5.5.8 开启大变形开关再次求解 205 
5.5.9 求解及后处理 206 
5.5.10 保存并退出 207 
5.6 本章小结 207 
第6章 结构动力学分析 209 
6.1 结构动力学分析简介 209 
6.1.1 结构动力学分析的平衡方程 209 
6.1.2 结构动力学分析的阻尼 209 
6.2 模态分析简介 210 
6.2.1 模态分析 210 
6.2.2 模态分析基础 211 
6.2.3 预应力模态分析 211 
6.3 模态分析实例1—模态分析 212 
6.3.1 问题描述 212 
6.3.2 启动Workbench并建立分析项目 212 
6.3.3 导入创建几何体 212 
6.3.4 添加材料库 214 
6.3.5 添加模型材料属性 216 
6.3.6 划分网格 217 
6.3.7 施加载荷与约束 217 
6.3.8 结果后处理 218 
6.3.9 保存与退出 221 
6.4 模态分析实例2—有预应力模态分析 221 
6.4.1 问题描述 221 
6.4.2 启动Workbench并建立分析项目 221 
6.4.3 导入创建几何体 222 
6.4.4 添加材料库 224 
6.4.5 添加模型材料属性 226 
6.4.6 划分网格 226 
6.4.7 施加载荷与约束 227 
6.4.8 模态分析 229 
6.4.9 后处理 229 
6.4.10 保存与退出 231 
6.4.11 读者演练 231 
6.5 响应谱分析简介 231 
6.5.1 频谱的定义 232 
6.5.2 响应谱分析的基本概念 232 
6.6 响应谱分析实例—钢构架响应谱分析 234 
6.6.1 问题描述 234 
6.6.2 启动Workbench并建立分析项目 235 
6.6.3 导入几何体模型 236 
6.6.4 模态分析 236 
6.6.5 添加材料库 237 
6.6.6 划分网格 237 
6.6.7 施加约束 238 
6.6.8 结果后处理 239 
6.6.9 响应谱分析 241 
6.6.10 添加加速度谱 242 
6.6.11 后处理 243 
6.6.12 保存与退出 245 
6.6.13 读者演练 245 
6.7 随机振动分析简介 246 
6.8 随机振动分析实例—钢构架随机振动分析 247 
6.8.1 问题描述 247 
6.8.2 启动Workbench并建立分析项目 247 
6.8.3 创建几何体模型 247 
6.8.4 模态分析 248 
6.8.5 添加材料库 249 
6.8.6 划分网格 249 
6.8.7 施加约束 250 
6.8.8 结果后处理 251 
6.8.9 随机振动分析 251 
6.8.10 添加动态力载荷 252 
6.8.11 后处理 254 
6.8.12 保存与退出 256 
6.8.13 读者演练 256 
6.9 谐响应分析简介 256 
6.9.1 谐响应分析的基本概念 256 
6.9.2 谐响应分析的载荷与输出 257 
6.9.3 谐响应分析通用方程 257 
6.10 谐响应分析实例—底座架谐响应分析 257 
6.10.1 问题描述 258 
6.10.2 启动Workbench并建立分析项目 258 
6.10.3 创建模态分析项目 259 
6.10.4 材料选择 259 
6.10.5 施加载荷与约束 260 
6.10.6 模态求解 262 
6.10.7 后处理 262 
6.10.8 创建响应谱分析项目 263 
6.10.9 施加载荷与约束 263 
6.10.10 谐响应计算 265 
6.10.11 结果后处理 265 
6.10.12 保存与退出 267 
6.10.13 读者演练 267 
6.11 线性屈曲分析简介 267 
6.11.1 结构稳定性 267 
6.11.2 线性屈曲分析 268 
6.12 线性屈曲分析实例1—圆筒屈曲分析 268 
6.12.1 问题描述 268 
6.12.2 启动Workbench并建立分析项目 269 
6.12.3 创建几何体 269 
6.12.4 设置材料 272 
6.12.5 添加模型材料属性 272 
6.12.6 划分网格 273 
6.12.7 施加载荷与约束 273 
6.12.8 结果后处理 275 
6.12.9 线性屈曲分析 276 
6.12.10 施加载荷与约束 277 
6.12.11 结果后处理 278 
6.12.12 保存与退出 279 
6.12.13 读者演练 280 
6.13 线性屈曲分析实例2—线性屈曲分析 280 
6.13.1 案例介绍 281 
6.13.2 建模 281 
6.13.3 开启模块并导入模型 285 
6.13.4 划分网格 287 
6.13.5 定义约束及边界条件 288 
6.13.6 求解及后处理 291 
6.13.7 保存并退出 295 
6.13.8 读者演练 295 
6.14 瞬态动力学分析简介 295 
6.14.1 瞬态动力学分析的基本概念 295 
6.14.2 瞬态动力学分析基本公式 295 
6.15 瞬态动力学分析实例—钢构架地震分析 296 
6.15.1 问题描述 296 
6.15.2 启动Workbench并建立分析项目 297 
6.15.3 创建几何体模型 297 
6.15.4 瞬态动力学分析 298 
6.15.5 添加材料库 298 
6.15.6 划分网格 298 
6.15.7 施加约束 299 
6.15.8 结果后处理 302 
6.15.9 保存与退出 305 
6.15.10 读者演练 305 
6.16 本章小结 305 
第7章 热力学分析 306 
7.1 热力学分析简介 306 
7.1.1 热力学分析的目的 306 
7.1.2 热力学分析的两种类型 306 
7.1.3 基本传热方式 307 
7.2 稳态热学分析实例1—热传递与对流分析 308 
7.2.1 问题描述 308 
7.2.2 启动Workbench并建立分析项目 308 
7.2.3 导入几何体模型 309 
7.2.4 创建分析项目 310 
7.2.5 添加材料库 310 
7.2.6 添加模型材料属性 311 
7.2.7 划分网格 312 
7.2.8 施加载荷与约束 313 
7.2.9 结果后处理 314 
7.2.10 保存与退出 316 
7.2.11 读者演练 316 
7.3 稳态热学分析实例2—热传递与对流分析 317 
7.3.1 问题描述 317 
7.3.2 启动Workbench并建立分析项目 317 
7.3.3 导入几何体模型 318 
7.3.4 创建分析项目 319 
7.3.5 添加材料库 319 
7.3.6 添加模型材料属性 320 
7.3.7 划分网格 321 
7.3.8 施加载荷与约束 322 
7.3.9 结果后处理 324 
7.3.10 保存与退出 325 
7.3.11 读者演练 325 
7.4 稳态热学分析实例3—水杯热学分析 325 
7.4.1 案例介绍 326 
7.4.2 启动Workbench并建立分析项目 326 
7.4.3 定义材料参数 326 
7.4.4 导入模型 327 
7.4.5 划分网格 327 
7.4.6 定义荷载 329 
7.4.7 求解及后处理 330 
7.4.8 保存并退出 334 
7.5 瞬态热学分析—散热片瞬态热学分析 334 
7.5.1 问题描述 334 
7.5.2 启动Workbench并建立分析项目 335 
7.5.3 导入几何体模型 335 
7.5.4 创建分析项目 336 
7.5.5 添加材料库 336 
7.5.6 添加模型材料属性 338 
7.5.7 划分网格 339 
7.5.8 施加载荷与约束 339 
7.5.9 瞬态热学分析 341 
7.5.10 设置分析选项 341 
7.5.11 后处理 342 
7.5.12 保存与退出 344 
7.6 本章小结 344 
第8章 接触分析 345 
8.1 接触分析简介 345 
8.2 静态接触分析实例—挖掘机臂受力分析 347 
8.2.1 问题描述 347 
8.2.2 启动Workbench软件 347 
8.2.3 导入几何体模型 348 
8.2.4 创建分析项目 349 
8.2.5 添加材料库 350 
8.2.6 添加模型材料属性 350 
8.2.7 接触设置 350 
8.2.8 划分网格 350 
8.2.9 施加载荷与约束 351 
8.2.10 结果后处理 353 
8.2.11 保存与退出 355 
8.2.12 读者演练 355 
8.3 动态接触分析实例—移动滑块接触分析 355 
8.3.1 问题描述 356 
8.3.2 启动Workbench软件 356 
8.3.3 导入几何体模型 356 
8.3.4 创建分析项目 357 
8.3.5 添加材料库 358 
8.3.6 添加模型材料属性 359 
8.3.7 创建接触 360 
8.3.8 划分网格 361 
8.3.9 施加载荷与约束 362 
8.3.10 结果后处理 365 
8.3.11 保存与退出 368 
8.3.12 读者演练 368 
8.4 本章小结 368 
第9章 电磁场分析 369 
9.1 电磁场基本理论 369 
9.1.1 麦克斯韦方程 369 
9.1.2 一般形式的电磁场微分方程 371 
9.1.3 电磁场中常见边界条件 372 
9.1.4 ANSYS Workbench平台电磁分析 372 
9.1.5 ANSOFT软件电磁分析 372 
9.2 Electric电场分析实例—直流传导 374 
9.2.1 问题描述 374 
9.2.2 启动Workbench并建立分析项目 374 
9.2.3 保存工程文件 375 
9.2.4 几何文件 375 
9.2.5 边界条件设定 376 
9.2.6 求解计算 377 
9.2.7 后处理 378 
9.2.8 保存与退出 378 
9.3 Maxwell电场分析实例—直流传导 378 
9.3.1 启动Workbench并建立分析项目 379 
9.3.2 建立几何模型 379 
9.3.3 边界条件设定 381 
9.3.4 求解计算 383 
9.3.5 后处理 383 
9.3.6 保存与退出 384 
9.4 本章小结 384 
第10章 疲劳分析 385 
10.1 疲劳分析简介 385 
10.2 疲劳分析实例—轴疲劳分析 387 
10.2.1 问题描述 387 
10.2.2 启动Workbench并建立分析项目 387 
10.2.3 导入创建几何体 388 
10.2.4 添加材料库 388 
10.2.5 添加模型材料属性 388 
10.2.6 划分网格 389 
10.2.7 施加载荷与约束 389 
10.2.8 结果后处理 391 
10.2.9 保存文件 392 
10.2.10 启动nCode程序 392 
10.2.11 疲劳分析 394 
10.2.12 保存与退出 396 
10.3 本章小结 396 
第11章 复合材料分析 397 
11.1 复合材料概论 397 
11.2 ACP模块功能概述 398 
11.3 复合材料静力学分析实例—复合板受力分析 401 
11.3.1 问题描述 401 
11.3.2 启动Workbench软件 401 
11.3.3 静力分析项目 402 
11.3.4 定义复合材料数据 403 
11.3.5 数据更新 405 
11.3.6 ACP复合材料定义 406 
11.3.7 有限元计算 413 
11.3.8 后处理 413 
11.3.9 ACP专业后处理工具 413 
11.3.10 保存与退出 416 
11.4 本章小结 416 
第12章 结构优化分析 417 
12.1 优化分析简介 417 
12.1.1 优化设计概述 417 
12.1.2 Workbench结构优化分析简介 418 
12.1.3 Workbench结构优化分析 419 
12.2 优化分析实例—响应曲面优化分析 419 
12.2.1 问题描述 419 
12.2.2 启动Workbench并建立分析项目 419 
12.2.3 导入几何模型 420 
12.2.4 结果后处理 424 
12.3 本章小结 428 
第13章 流体动力学分析 429 
13.1 流体动力学分析简介 429 
13.1.1 流体动力学分析的基本概念 429 
13.1.2 CFD基础 432 
13.2 流体动力学实例—CFX内流场分析 440 
13.2.1 问题描述 440 
13.2.2 启动Workbench并建立分析项目 441 
13.2.3 创建几何体模型 441 
13.2.4 网格划分 442 
13.2.5 流体动力学前处理 444 
13.2.6 流体计算 448 
13.2.7 结果后处理 449 
13.3 流体动力学实例—FLUENT流场分析 451 
13.3.1 问题描述 451 
13.3.2 软件启动与保存 452 
13.3.3 导入几何数据文件 452 
13.3.4 网格设置 453 
13.3.5 进入FLUENT平台 454 
13.3.6 材料选择 456 
13.3.7 设置几何属性 456 
13.3.8 流体边界条件 456 
13.3.9 求解器设置 458 
13.3.10 结果后处理 459 
13.4 本章小结 461 
第14章 多物理场耦合分析 462 
14.1 多物理场耦合分析简介 462 
14.1.1 多物理场耦合分析的基本概念 462 
14.1.2 多物理场应用场合 463 
14.2 耦合实例1—Maxwell和Mechanical电磁热结构耦合 464 
14.2.1 问题描述 464 
14.2.2 软件启动与保存 464 
14.2.3 建立电磁分析 465 
14.2.4 几何模型建立 467 
14.2.5 求解域的设置 470 
14.2.6 赋予材料属性 470 
14.2.7 添加激励 471 
14.2.8 分析步创建 472 
14.2.9 模型检查与计算 473 
14.2.10 后处理 474 
14.2.11 创建热学分析和数据共享 474 
14.2.12 材料设定 476 
14.2.13 网格划分 478 
14.2.14 添加边界条件与映射激励 479 
14.2.15 求解计算 480 
14.2.16 后处理 480 
14.2.17 应力计算 481 
14.2.18 读者演练 482 
14.3 耦合实例2—Maxwell和Mechanical线圈电磁结构耦合 482 
14.3.1 问题描述 483 
14.3.2 软件启动与保存 483 
14.3.3 导入几何数据文件 483 
14.3.4 求解器与求解域的设置 485 
14.3.5 赋予材料属性 485 
14.3.6 添加激励 486 
14.3.7 模型检查与计算 488 
14.3.8 后处理 489 
14.3.9 创建力学分析和数据共享 491 
14.3.10 材料设定 492 
14.3.11 网格划分 493 
14.3.12 添加边界条件与映射激励 494 
14.3.13 求解计算 495 
14.3.14 后处理 495 
14.4 耦合实例3—FLUENT和Mechanical流体结构耦合分析 496 
14.4.1 问题描述 497 
14.4.2 软件启动与保存 497 
14.4.3 导入几何数据文件 497 
14.4.4 抑制几何 499 
14.4.5 网格设置 500 
14.4.6 进入FLUENT平台 501 
14.4.7 材料选择 502 
14.4.8 设置几何属性 503 
14.4.9 流体边界条件 504 
14.4.10 求解器设置 506 
14.4.11 结构力学计算 508 
14.4.12 材料设定 509 
14.4.13 网格划分 510 
14.4.14 添加边界条件与映射激励 510 
14.4.15 求解计算 512 
14.4.16 后处理 512 
14.4.17 读者演练 513 
14.5 耦合实例4—Maxwell和FLUENT电磁热流耦合 513 
14.5.1 问题描述 514 
14.5.2 软件启动与保存 514 
14.5.3 导入几何数据文件 514 
14.5.4 求解器与求解域的设置 516 
14.5.5 赋予材料属性 516 
14.5.6 添加激励 517 
14.5.7 模型检查与计算 520 
14.5.8 后处理 520 
14.5.9 创建流体力学分析和数据共享 522 
14.5.10 DM中几何数据文件 523 
14.5.11 传递数据 526 
14.5.12 网格设置 526 
14.5.13 进入FLUENT平台 529 
14.5.14 材料选择 530 
14.5.15 设置几何属性 531 
14.5.16 流体边界条件 532 
14.5.17 求解器设置 533 
14.5.18 CFD—Post后处理操作 535 
14.6 本章小结 538 
附录 添加Workbench材料 539 
参考文献 542


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