第1篇
第1章 有限元分析概述 1
1.1 有限元法發展綜述 2
1.1.1 有限元法的孕育和發展 2
1.1.2 有限元法的基本思想 3
1.1.3 有限元的發展趨勢 4
1.2 工程問題的數學物理方程 6
1.2.1 工程問題的數學物理方程概述 6
1.2.2 變分函數 10
1.2.3 插值函數 10
1.2.4 形函數 10
1.2.5 剛度矩陣 11
1.2.6 連通性 11
1.2.7 邊界條件 11
1.2.8 圓柱坐標系中的問題 12
1.2.9 直接方法 13
1.3 有限元的解題步驟 13
1.4 本章小結 14
第2章 幾何建模 15
2.1 Workbench 2020平臺及模塊 16
2.1.1 Workbench 2020平臺界面 16
2.1.2 菜單欄 17
2.1.3 工具欄 23
2.1.4 工具箱 23
2.2 幾何建模 27
2.2.1 幾何建模平臺 28
2.2.2 菜單欄 28
2.2.3 工具欄 36
2.2.4 常用命令欄 38
2.2.5 模型樹 38
2.2.6 幾何建模實例——連接板 40
2.3 本章小結 47
第3章 網格劃分 48
3.1 網格劃分概述 49
3.1.1 網格劃分適用領域 49
3.1.2 網格劃分方法 49
3.1.3 網格默認設置 52
3.1.4 網格尺寸設置 53
3.1.5 網格質量設置 55
3.1.6 網格膨脹層設置 61
3.1.7 網格高級選項設置 63
3.1.8 網格統計設置 64
3.2 網格劃分實例 64
3.2.1 實例1——網格尺寸控制 64
3.2.2 實例2——掃掠網格劃分 71
3.2.3 實例3——多區域網格劃分 74
3.2.4 實例4——CDB網格導入 78
3.2.5 實例5——BDF網格導入 82
3.3 本章小結 84
第4章 后處理 85
4.1 后處理概述 86
4.1.1 查看結果 86
4.1.2 顯示結果 89
4.1.3 顯示變形 89
4.1.4 應力和應變 90
4.1.5 接觸結果 91
4.1.6 顯示自定義結果 92
4.2 案例分析 93
4.2.1 問題描述 93
4.2.2 建立分析項目 93
4.2.3 導入幾何體 94
4.2.4 添加材料庫 95
4.2.5 添加模型材料屬性 96
4.2.6 劃分網格 97
4.2.7 施加載荷與約束 98
4.2.8 結果后處理 99
4.2.9 保存與退出 103
4.3 本章小結 103
第2篇
第5章 結構靜力學分析 104
5.1 線性靜力學分析簡介 105
5.1.1 線性靜力學分析 105
5.1.2 線性靜力學分析流程 106
5.1.3 線性靜力學分析基礎 106
5.2 實例1——實體靜力學分析 106
5.2.1 問題描述 107
5.2.2 建立分析項目 107
5.2.3 導入幾何體 107
5.2.4 添加材料庫 108
5.2.5 添加模型材料屬性 110
5.2.6 劃分網格 111
5.2.7 施加載荷與約束 111
5.2.8 結果后處理 113
5.2.9 保存與退出 115
5.2.10 讀者演練 115
5.3 實例2——梁單元線性靜力學分析 115
5.3.1 問題描述 116
5.3.2 建立分析項目 116
5.3.3 創建幾何體 116
5.3.4 添加材料庫 120
5.3.5 添加模型材料屬性 121
5.3.6 劃分網格 122
5.3.7 施加載荷與約束 123
5.3.8 結果后處理 125
5.3.9 保存與退出 127
5.3.10 讀者演練 127
5.4 實例3——板單元靜力學分析 128
5.4.1 問題描述 128
5.4.2 建立分析項目 128
5.4.3 創建幾何體 129
5.4.4 添加材料庫 129
5.4.5 添加模型材料屬性 130
5.4.6 劃分網格 131
5.4.7 施加載荷與約束 131
5.4.8 結果后處理 133
5.4.9 保存與退出 134
5.4.10 讀者演練 135
5.5 本章小結 135
第6章 模態分析 136
6.1 結構動力學分析簡介 137
6.1.1 結構動力學分析 137
6.1.2 結構動力學分析的阻尼 137
6.2 模態分析簡介 138
6.2.1 模態分析概述 138
6.2.2 模態分析基礎 139
6.2.3 預應力模態分析 139
6.3 實例1——方桿模態分析 139
6.3.1 問題描述 140
6.3.2 建立分析項目 140
6.3.3 創建幾何體 140
6.3.4 添加材料庫 141
6.3.5 添加模型材料屬性 142
6.3.6 劃分網格 143
6.3.7 施加載荷與約束 143
6.3.8 結果后處理 145
6.3.9 保存與退出 147
6.4 實例2——方板在預壓力下的模態分析 148
6.4.1 問題描述 148
6.4.2 建立分析項目 148
6.4.3 創建幾何體 148
6.4.4 添加材料庫 149
6.4.5 添加模型材料屬性 151
6.4.6 劃分網格 151
6.4.7 施加載荷與約束 152
6.4.8 模態分析 153
6.4.9 結果后處理 154
6.4.10 保存與退出 156
6.5 實例3——方板在預拉力下的模態分析 156
6.5.1 問題描述 156
6.5.2 修改外載荷數據 156
6.5.3 模態分析（1） 157
6.5.4 結果后處理 157
6.5.5 保存與退出 158
6.5.6 結論 159
6.6 實例4——方板在阻尼下的模態分析 159
6.6.1 問題描述 159
6.6.2 模態分析（2） 159
6.6.3 結果后處理 160
6.6.4 保存與退出 161
6.7 本章小結 161
第7章 諧響應分析 162
7.1 諧響應分析簡介 163
7.1.1 諧響應分析概述 163
7.1.2 諧響應分析的載荷與輸出 163
7.1.3 諧響應分析通用方程 164
7.2 實例1——梁單元諧響應分析 164
7.2.1 問題描述 164
7.2.2 建立分析項目 164
7.2.3 創建模態分析項目 165
7.2.4 材料選擇 166
7.2.5 施加載荷與約束 166
7.2.6 模態求解 168
7.2.7 結果后處理（1） 168
7.2.8 創建諧響應分析項目 170
7.2.9 施加載荷與約束 171
7.2.10 諧響應計算 172
7.2.11 結果后處理（2） 172
7.2.12 保存與退出 174
7.3 實例2——實體單元諧響應分析 175
7.3.1 問題描述 175
7.3.2 建立分析項目 175
7.3.3 材料選擇 176
7.3.4 施加載荷與約束 176
7.3.5 模態求解 178
7.3.6 結果后處理（1） 178
7.3.7 諧響應分析 180
7.3.8 諧響應計算 181
7.3.9 結果后處理（2） 181
7.3.10 保存與退出 183
7.4 實例3——含阻尼諧響應分析 183
7.5 本章小結 185
第8章 響應譜分析 186
8.1 響應譜分析簡介 187
8.1.1 頻譜的定義 187
8.1.2 響應譜分析的基本概念 188
8.2 實例1——簡單梁響應譜分析 189
8.2.1 問題描述 190
8.2.2 建立分析項目 190
8.2.3 導入幾何體 191
8.2.4 靜力學分析 192
8.2.5 添加材料庫 192
8.2.6 接觸設置 192
8.2.7 完成網格劃分 193
8.2.8 施加約束 193
8.2.9 模態分析 195
8.2.10 結果后處理（1） 195
8.2.11 響應譜分析 196
8.2.12 添加加速度譜 197
8.2.13 結果后處理（2） 198
8.2.14 其他設置 200
8.2.15 保存與退出 202
8.3 實例2——建筑物響應譜分析 202
8.3.1 問題描述 202
8.3.2 建立分析項目 203
8.3.3 導入幾何體 203
8.3.4 靜力學分析 204
8.3.5 添加材料庫 204
8.3.6 劃分網格 204
8.3.7 施加曲面約束 204
8.3.8 施加固定約束 205
8.3.9 模態分析 206
8.3.10 結果后處理（1） 206
8.3.11 響應譜分析 208
8.3.12 添加加速度譜 208
8.3.13 結果后處理（2） 210
8.3.14 保存與退出 212
8.4 本章小結 212
第9章 隨機振動分析 213
9.1 隨機振動分析簡介 214
9.2 實例1——簡單橋梁隨機振動分析 215
9.2.1 問題描述 215
9.2.2 建立分析項目 215
9.2.3 導入幾何體 216
9.2.4 靜力學分析 217
9.2.5 添加材料庫 217
9.2.6 接觸設置 217
9.2.7 完成網格劃分 218
9.2.8 施加約束 218
9.2.9 模態分析 220
9.2.10 結果后處理（1） 220
9.2.11 隨機振動分析 221
9.2.12 添加加速度譜 222
9.2.13 結果后處理（2） 223
9.2.14 保存與退出 225
9.3 實例2——建筑物隨機振動分析 225
9.3.1 問題描述 225
9.3.2 建立分析項目 225
9.3.3 導入幾何體 226
9.3.4 靜力學分析 226
9.3.5 添加材料庫 226
9.3.6 劃分網格 227
9.3.7 施加曲面約束 227
9.3.8 施加固定約束 228
9.3.9 模態分析 229
9.3.10 結果后處理（1） 229
9.3.11 隨機振動分析 231
9.3.12 添加加速度譜 231
9.3.13 結果后處理（2） 233
9.3.14 保存與退出 235
9.4 本章小結 235
第10章 瞬態動力學分析 236
10.1 瞬態動力學分析簡介 237
10.2 實例1——建筑物地震分析 237
10.2.1 問題描述 237
10.2.2 建立分析項目 238
10.2.3 創建幾何體 239
10.2.4 瞬態動力學分析 239
10.2.5 添加材料庫 240
10.2.6 劃分網格 240
10.2.7 施加約束 241
10.2.8 結果后處理 243
10.2.9 保存與退出 245
10.3 實例2——震動分析 245
10.3.1 問題描述 246
10.3.2 建立分析項目 246
10.3.3 導入幾何體 246
10.3.4 模態分析 247
10.3.5 模態分析前處理 247
10.3.6 施加約束 248
10.3.7 結果后處理（1） 250
10.3.8 瞬態動力學分析 251
10.3.9 添加動態力載荷 252
10.3.10 結果后處理（2） 254
10.3.11 保存與退出 255
10.4 本章小結 256
第3篇
第11章 接觸分析 257
11.1 接觸分析簡介 258
11.2 實例——鋁合金板孔受力分析 259
11.2.1 問題描述 260
11.2.2 建立分析項目 260
11.2.3 創建幾何體 260
11.2.4 添加材料庫 262
11.2.5 添加模型材料屬性 263
11.2.6 創建接觸 263
11.2.7 劃分網格 263
11.2.8 施加載荷與約束 265
11.2.9 結果后處理 265
11.2.10 保存與退出 267
11.3 本章小結 267
第12章 顯式動力學分析 268
12.1 顯式動力學分析簡介 269
12.2 實例1——鋼球撞擊金屬網分析 270
12.2.1 問題描述 270
12.2.2 建立分析項目 270
12.2.3 啟動Workbench LS-DYNA建立項目 272
12.2.4 材料選擇與賦予 272
12.2.5 建立項目分析 273
12.2.6 分析前處理 274
12.2.7 施加載荷 274
12.2.8 結果后處理 276
12.2.9 保存與退出 278
12.2.10 問題解讀 279
12.3 實例2——金屬塊穿透鋼板分析 279
12.3.1 問題描述 279
12.3.2 建立分析項目 279
12.3.3 繪制幾何模型 280
12.3.4 添加材料庫 280
12.3.5 添加材料 282
12.3.6 顯式動力學分析前處理 283
12.3.7 施加約束 284
12.3.8 結果后處理 286
12.3.9 啟動Autodyn軟件 287
12.3.10 保存與退出 289
12.4 本章小結 289
第13章 復合材料分析 290
13.1 復合材料概述 291
13.1.1 復合材料簡介 291
13.1.2 復合材料層合板強度的計算模型 292
13.1.3 復合材料層合板強度的有限元法 293
13.2 復合材料的失效準則 294
13.2.1 Zinoviev理論 294
13.2.2 Bogetti理論 295
13.2.3 Puck理論 295
13.2.4 Cuntze理論 296
13.2.5 Tsai理論 296
13.3 ANSYS ACP模塊功能概述 297
13.4 實例1——復合板受力分析 300
13.4.1 問題描述 300
13.4.2 啟動Workbench軟件 300
13.4.3 靜力學分析項目 301
13.4.4 定義復合材料數據 302
13.4.5 數據更新 304
13.4.6 ACP復合材料定義 305
13.4.7 有限元計算 313
13.4.8 結果后處理 314
13.4.9 ACP專業后處理工具 314
13.4.10 保存與退出 316
13.5 實例2——復合筒受力分析 316
13.5.1 問題描述 316
13.5.2 啟動Workbench軟件 316
13.5.3 靜力學分析項目 317
13.5.4 定義復合材料數據 318
13.5.5 數據更新 320
13.5.6 ACP復合材料定義 321
13.5.7 有限元計算 329
13.5.8 結果后處理 329
13.5.9 ACP專業后處理工具 330
13.5.10 保存與退出 332
13.6 本章小結 332
第14章 疲勞分析 333
14.1 疲勞分析簡介 334
14.2 疲勞分析方法 335
14.2.1 疲勞程序 335
14.2.2 應力-壽命曲線 336
14.2.3 疲勞材料特性 337
14.3 實例1——椅子疲勞分析 337
14.3.1 問題描述 338
14.3.2 建立分析項目 338
14.3.3 導入幾何體 338
14.3.4 添加材料庫 339
14.3.5 添加模型材料屬性 340
14.3.6 劃分網格 341
14.3.7 施加載荷與約束 341
14.3.8 結果后處理 343
14.3.9 保存文件 345
14.3.10 添加疲勞分析命令 345
14.3.11 保存與退出 348
14.4 實例2——板模型疲勞分析 349
14.4.1 問題描述 349
14.4.2 建立分析項目 350
14.4.3 導入幾何體 350
14.4.4 添加材料庫 351
14.4.5 添加模型材料屬性 351
14.4.6 劃分網格 351
14.4.7 施加載荷與約束 352
14.4.8 結果后處理 353
14.4.9 保存文件 354
14.4.10 添加疲勞分析命令 354
14.4.11 保存與退出 356
14.5 本章小結 357
第15章 壓電分析 358
15.1 壓電材料的基本知識 359
15.1.1 壓電材料的概念 359
15.1.2 壓電材料的主要特性 359
15.1.3 壓電材料的分類 360
15.1.4 壓電材料的應用 362
15.1.5 壓電復合材料的有限元分析方法 364
15.1.6 基本耦合公式 364
15.1.7 壓電材料的主要參數 364
15.2 壓電分析模塊的安裝 367
15.3 實例1——正壓電分析 369
15.3.1 問題描述 369
15.3.2 建立分析項目 369
15.3.3 導入創建幾何體 370
15.3.4 添加材料庫 371
15.3.5 建立靜態分析項目 371
15.3.6 網格與屬性 371
15.3.7 施加載荷與約束 373
15.3.8 結果后處理 374
15.3.9 保存與退出 375
15.4 實例2——逆壓電分析 375
15.4.1 問題描述 375
15.4.2 建立分析項目 376
15.4.3 導入幾何體 376
15.4.4 添加材料庫 377
15.4.5 建立靜態分析項目 377
15.4.6 網格與屬性 378
15.4.7 施加載荷與約束 379
15.4.8 結果后處理 380
15.4.9 保存與退出 382
15.5 本章小結 382
第4篇
第16章 穩態熱力學分析 383
16.1 穩態熱力學分析簡介 384
16.1.1 熱力學分析目的 384
16.1.2 穩態熱力學分析方程 384
16.1.3 基本傳熱方式 384
16.2 實例1——熱傳導分析 385
16.2.1 問題描述 385
16.2.2 建立分析項目 385
16.2.3 導入幾何體 386
16.2.4 創建分析項目 387
16.2.5 添加材料庫 387
16.2.6 添加模型材料屬性 388
16.2.7 劃分網格 389
16.2.8 施加載荷與約束 390
16.2.9 結果后處理 391
16.2.10 保存與退出 393
16.3 實例2——熱對流分析 393
16.3.1 問題描述 393
16.3.2 建立分析項目 393
16.3.3 導入幾何體模型 394
16.3.4 創建分析項目 395
16.3.5 添加材料庫 395
16.3.6 添加模型材料屬性 396
16.3.7 劃分網格 397
16.3.8 施加載荷與約束 397
16.3.9 結果后處理 399
16.3.10 保存與退出 400
16.3.11 讀者演練 400
16.4 實例3——熱輻射分析 401
16.4.1 案例介紹 401
16.4.2 建立分析項目 401
16.4.3 定義材料參數 401
16.4.4 導入幾何模型 402
16.4.5 劃分網格 402
16.4.6 定義荷載 404
16.4.7 結果后處理 406
16.4.8 保存并退出 407
16.5 本章小結 407
第17章 瞬態熱力學分析 408
17.1 瞬態熱力學分析簡介 409
17.2 實例1——散熱片瞬態熱力學分析 409
17.2.1 問題描述 409
17.2.2 建立分析項目 409
17.2.3 創建瞬態熱分析 410
17.2.4 施加載荷與約束 410
17.2.5 結果后處理 411
17.2.6 保存與退出 411
17.3 實例2——高溫鋼塊瞬態熱力學分析 411
17.3.1 問題描述 412
17.3.2 建立分析項目 412
17.3.3 定義材料 412
17.3.4 施加載荷與約束 413
17.3.5 結果后處理 415
17.3.6 保存與退出 415
17.4 本章小結 415
第18章 計算流體動力學分析 416
18.1 計算流體動力學概述 417
18.1.1 CFD簡介 417
18.1.2 CFD基礎 420
18.2 實例1——CFX內流場分析 427
18.2.1 問題描述 428
18.2.2 建立分析項目 428
18.2.3 導入幾何體 429
18.2.4 前處理設置 429
18.2.5 初始化及求解控制 434
18.2.6 流體計算 436
18.2.7 結果后處理 437
18.3 實例2——Fluent流場分析 439
18.3.1 問題描述 439
18.3.2 啟動軟件與保存文件 440
18.3.3 導入幾何體 440
18.3.4 網格劃分 441
18.3.5 進入Fluent平臺 442
18.3.6 選擇材料 444
18.3.7 設置幾何體屬性 445
18.3.8 設置流體邊界條件 445
18.3.9 設置求解器 447
18.3.10 結果后處理 448
18.3.11 Post后處理 450
18.4 實例3——Icepak流場分析 453
18.4.1 問題描述 455
18.4.2 啟動軟件與保存文件 455
18.4.3 導入幾何體 455
18.4.4 添加Icepak模塊 456
18.4.5 設置熱源 459
18.4.6 求解分析 460
18.4.7 Post后處理 462
18.4.8 靜力學分析 464
18.5 本章小結 466
第19章 電場分析 467
19.1 電磁場基本理論 468
19.1.1 麥克斯韋方程組 468
19.1.2 一般形式的電磁場偏微分方程 469
19.1.3 電磁場中常見邊界條件 470
19.1.4 ANSYS Workbench平臺電磁分析 470
19.1.5 Ansoft軟件電磁分析 471
19.2 實例1——平行板電容計算 472
19.2.1 建立分析項目 472
19.2.2 建立幾何體 473
19.2.3 建立求解器 474
19.2.4 添加材料 474
19.2.5 網格劃分 474
19.2.6 求解計算 475
19.2.7 手動計算電容 476
19.2.8 保存與退出 477
19.3 實例2——并聯電容計算 477
19.3.1 建立分析項目 477
19.3.2 建立幾何體 478
19.3.3 建立求解器 479
19.3.4 添加材料 479
19.3.5 網格劃分 480
19.3.6 求解計算 482
19.3.7 手動計算電容 482
19.3.8 保存與退出 483
19.4 本章小結 483
第20章 磁場分析 484
20.1 電磁場基本理論 485
20.2 靜態磁場分析實例1——導體磁場計算 485
20.2.1 建立分析項目 486
20.2.2 建立幾何體 486
20.2.3 建立求解器 487
20.2.4 定義材料屬性 487
20.2.5 邊界條件與激勵 488
20.2.6 求解計算 489
20.2.7 圖表顯示 491
20.2.8 加載Maxwell工程文件 492
20.2.9 保存與退出 492
20.3 靜態磁場分析實例2——電感計算 493
20.3.1 建立分析項目 493
20.3.2 建立幾何體 494
20.3.3 建立求解器 494
20.3.4 添加材料 495
20.3.5 網格劃分 496
20.3.6 求解計算 497
20.3.7 計算互感系數 498
20.3.8 保存與退出 498
20.4 渦流磁場分析實例3——金屬塊渦流損耗 499
20.4.1 建立分析項目 499
20.4.2 導入幾何體 500
20.4.3 建立求解器 500
20.4.4 添加材料 501
20.4.5 邊界條件設定 501
20.4.6 求解計算 502
20.4.7 損耗計算 504
20.4.8 損耗計算應用 505
20.4.9 保存與退出 505
20.5 本章小結 505