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有限元法是在工程分析領域應用較為廣泛的一種數值計算方法,自20世紀中葉以來,它以獨有的計算優勢得到了廣泛的發展和應用,已出現了不同的有限元算法,并由此產生了一批非常成熟的通用和專業有限元商業軟件。隨著計算機技術的飛速發展,這些軟件得到廣泛應用。Ansys軟件以其多物理場耦合分析功能而成為計算機輔助工程(CAE)軟件的應用主流,廣泛應用于工程分析應用中。Ansys軟件是美國Ansys公司研制的大型通用有限元分析(FEA)軟件,它是世界范圍內增長最快的CAE軟件,能夠進行包括結構、熱、聲、流體以及電磁學等學科的研究,在核工業、航空航天、能源、交通、國防工業、生物醫藥等領域有著廣泛的應用。Ansys的功能強大,操作簡單方便,現在它已成為國際最流行的有限元分析軟件,在歷年FEA評比中都名列第一。目前,我國大多數院校和科研機構采用Ansys軟件進行有限元分析或者作為標準教學軟件。Workbench是Ansys公司開發的新一代協同仿真環境,與傳統Ansys相比,Workbench有利于協同仿真、項目管理,可以進行雙向的參數傳輸,具有復雜裝配件接觸關系的自動識別、接觸建模功能,可對復雜的幾何模型進行高質量的網格處理;它自帶可定制的工程材料數據庫,方便操作者編輯、應用,并且支持幾乎所有Ansys的有限元分析功能。一、編寫目的鑒于Ansys Workbench強大的功能和深厚的工程應用底蘊,我們力圖開發一本全方位介紹Ansys Workbench在工程中實際應用的書籍。不求將Ansys Workbench的所有知識點講解清楚,而是針對工程設計的需要,利用Ansys Workbench大體知識脈絡作為線索,以實例作為“抓手”,幫助讀者掌握利用Ansys Workbench進行有限元分析的基本技能和技巧。本書針對Ansys的最新版本Ansys 2022,對Ansys Workbench分析的基本思路、操作步驟、應用技巧進行了詳細介紹,并結合典型工程應用實例詳細講解了Ansys Workbench的具體應用方法。二、本書特點?專業性強本書作者擁有多年計算機輔助設計與分析領域的工作經驗和教學經驗,他們總結多年的工程應用經驗以及教學中的心得體會,精心編著,力求全面、細致地展現Ansys Workbench 2022在有限元分析應用領域的各種功能和使用方法。在具體講解的過程中,嚴格遵守有限元分析相關規范和國家標準,這種一絲不茍的細致作風融入字里行間,目的是培養讀者嚴謹細致的工程素養,傳播規范的工程分析理論與應用知識。?實例豐富全書包含數十個常見的、不同類型和大小的實例、實踐,可讓讀者在學習案例的過程中快速了解Ansys Workbench 2022的作用,并加深對知識點的掌握,力求通過實例的演練幫助讀者找到一條學習Ansys Workbench 2022的捷徑。?內容全面本書聚焦工程設計,力求相關內容全面,對Ansys Workbench有限元分析的基本思路、操作步驟、應用技巧進行了詳細介紹,并結合典型工程應用實例詳細講述了Ansys Workbench的具體工程應用方法。通過學習本書,讀者可以全景式地掌握Ansys Workbench分析的各種基本方法和技巧。?突出技能提升本書很多實例本身就是實際工程分析項目的典型案例,經過作者精心提煉和改編,不僅保證讀者能夠學好知識點,更重要的是能幫助讀者掌握實際的操作技能。全書結合實例詳細講解了Ansys Workbench知識要點,讓讀者在學習案例的過程中潛移默化地掌握Ansys Workbench軟件的操作技巧,同時也培養工程分析實踐能力。三、本書的配套資源本書提供了極為豐富的配套學習資源,讀者可登錄清華大學出版社網站(www.tup.com.cn),在對應圖書頁面下獲取其下載方式;也可掃描圖書封底的“文泉云盤”二維碼,獲取學習資源的下載方式,以便在最短的時間內學會并掌握這門技術。1.配套微課視頻本書針對實例專門制作了23集同步教學視頻,讀者可以掃描書中的二維碼觀看視頻,像看電影一樣輕松愉悅地學習本書內容,然后對照課本加以實踐和練習,可以提高學習效率。2.附贈8種類型常見零部件的分析方法為了幫助讀者拓寬視野,本書贈送了機蓋、鑄管、升降架、鋁合金彎管頭、檔桿防塵套等8種常見零部件分析的源文件和視頻演示,可以增強實戰能力。3.全書實例的源文件本書配套資源中包含實例和練習實例的源文件和素材,讀者可以在安裝Ansys Workbench 2022軟件后,打開并使用它們。四、本書的服務1.“Ansys Workbench 2022”安裝軟件的獲取按照本書的實例進行操作練習,以及使用Ansys Workbench 2022進行分析,需要事先在電腦上安裝Ansys Workbench 2022軟件。“Ansys Workbench 2022”安裝軟件可以登錄官方網站聯系購買正版軟件,或者使用其試用版。另外,當地電腦城、軟件經銷商一般有售。2.關于本書的技術問題或有關本書信息的發布如果讀者遇到有關本書的技術問題,可以掃描封底“文泉云盤”二維碼查看是否已發布相關勘誤/解疑文檔。如果沒有,可在頁面下方尋找加入QQ群的方式,我們將盡快回復。3.關于手機在線學習掃描書后刮刮卡(需刮開涂層)二維碼,即可獲取書中二維碼的讀取權限,再掃描書中二維碼,可在手機中觀看對應的教學視頻。充分利用碎片化時間,隨時隨地學習。需要強調的是,書中給出的是實例的重點步驟,詳細操作過程還需讀者通過視頻來學習并領會。五、關于作者本書由CAD/CAM/CAE技術聯盟組織編寫。CAD/CAM/CAE技術聯盟是一個集CAD/CAM/CAE技術研討、工程開發、培訓咨詢和圖書創作于一體的工程技術人員協作聯盟,包含眾多專職和兼職CAD/CAM/CAE工程技術專家。CAD/CAM/CAE技術聯盟負責人由Autodesk中國認證考試中心首席專家擔任,全面負責Autodesk中國官方認證考試大綱制定、題庫建設、技術咨詢和師資力量培訓工作,聯盟成員精通Autodesk系列軟件。他們創作的很多教材成為國內具有引導性的旗幟作品,在國內相關專業方向圖書創作領域奠定舉足輕重的地位。六、致謝在本書的寫作過程中,策劃編輯賈小紅和艾子琪女士給予了很多的幫助和支持,提出了很多中肯的建議,在此表示感謝。同時,還要感謝清華大學出版社的所有編審人員為本書的出版所付出的辛勤勞動。本書的成功出版是大家共同努力的結果,謝謝所有給予支持和幫助的人們。本書在編寫過程中雖力求盡善盡美,但由于能力有限,書中難免存在不足之處,還請廣大讀者批評指正。編 者
《Ansys Workbench 2022中文版有限元分析從入門到精通》針對以Ansys 2022版本,對Ansys Workbench分析的基本思路、操作步驟、應用技巧進行了詳細介紹,并結合典型工程應用實例詳細講述了Ansys Workbench的具體應用方法。全書共13章,第1~4章為操作基礎,詳細介紹了Ansys Workbench分析全流程的基本步驟和方法,其中包括Ansys Workbench 2022入門、DesignModeler應用程序、Mechanical應用程序和一般網格控制;第5~13章為專題實例,按不同的分析專題講解各種分析專題的參數設置方法與技巧,其中包括結構靜力學分析、模態分析、屈曲分析、諧響應分析、響應譜分析、隨機振動分析、非線性分析、熱分析和優化設計等內容。另外,本書隨書資源包中還配備了極為豐富的學習資源,具體內容如下。1.23集高清同步微課視頻,可像看電影一樣輕松學習,然后對照書中實例進行練習。2.5個經典中小型案例,用案例學習上手更快。3.18種不同類型的綜合練習實例,學以致用,動手會做才是硬道理。4.附贈8種類型常見零部件分析的視頻演示和源文件,可以拓寬視野,增強實戰能力。5.全書實例的源文件和素材,方便按照書中實例操作時直接調用。本書適用于?Ansys軟件的初、中級用戶,以及有初步使用經驗的技術人員;本書可作為理工科院校相關專業的高年級本科生、研究生及教師學習?Ansys?軟件的培訓教材,也可作為從事結構分析相關行業的工程技術人員使用Ansys軟件的參考書。
第1章AnsysWorkbench2022入門 11.1AnsysWorkbench概述 21.1.1Workbench的特點 21.1.2Workbench應用分類 31.1.3Workbench系統要求和啟動 41.1.4Workbench的設計流程 61.2Workbench分析的基本過程 61.2.1前處理 71.2.2加載并求解 71.2.3后處理 71.3Workbench的圖形用戶界面 81.3.1工具箱 81.3.2Workbench選項窗口 101.4Workbench文檔管理 101.4.1目錄結構 111.4.2顯示文件明細 111.4.3存檔文件 111.5項目原理圖 121.5.1系統和單元格 121.5.2單元格的類型 131.5.3了解單元格狀態 141.5.4項目原理圖中的鏈接 141.5.5創建項目原理圖實例 151.6工程數據應用程序 171.6.1材料庫 181.6.2添加庫中的材料 191.6.3添加新材料 19第2章DesignModeler應用程序 21(視頻講解:32分鐘)2.1DesignModeler簡介 222.1.1進入DesignModeler 222.1.2操作界面介紹 242.1.3DesignModeler和CAD類文件交互 272.1.4DesignModeler中幾何體的分類 282.1.5幫助文檔 282.2DesignModeler的操作 292.2.1圖形控制 292.2.2光標模式 302.2.3選擇過濾器 302.2.4快捷菜單 322.3繪制草圖 342.3.1創建新平面 342.3.2創建新草圖 352.3.3工具箱 352.3.4草繪附件 402.3.5草圖繪制實例—機缸墊草圖 412.4特征建模 462.4.1擠出 462.4.2旋轉 492.4.3掃掠 502.4.4蒙皮/放樣 502.4.5薄/表面 512.4.6混合(倒圓) 522.4.7倒角 522.4.8特征建模實例1—基臺 532.5體操作 572.5.1幾何體操作 582.5.2鏡像 592.5.3移動 592.5.4陣列特征 592.5.5布爾操作 602.5.6直接創建幾何體 612.5.7三維特征實例2—鏈輪 622.6概念建模 662.6.1概念建模工具 662.6.2定義橫截面 682.6.3面操作 702.6.4概念建模實例—框架 72第3章Mechanical應用程序 77(視頻講解:5分鐘)3.1Mechanical概述 783.2Mechanical界面 793.2.1Mechanical選項卡 793.2.2功能區和工具欄 813.2.3樹形目錄 823.2.4詳細信息窗格 823.2.5圖形窗口 833.3基本分析步驟 843.4一個簡單的分析實例 843.4.1問題描述 853.4.2項目原理圖 853.4.3前處理 863.4.4求解 893.4.5結果 893.4.6報告 91第4章一般網格控制 92(視頻講解:4分鐘)4.1網格劃分平臺 934.1.1網格劃分概述 934.1.2網格劃分流程 934.1.3分析類型 934.2網格劃分方法 954.2.1自動劃分方法 954.2.2四面體網格劃分方法 954.2.3掃掠網格劃分方法 984.2.4多區域網格劃分方法 984.3全局網格控制 994.3.1全局單元尺寸 994.3.2分辨率 1004.3.3初始尺寸種子 1004.3.4平滑和過渡 1014.3.5跨度角中心 1014.3.6高級尺寸功能 1024.4局部網格控制 1044.4.1尺寸調整 1044.4.2接觸尺寸 1074.4.3加密 1074.4.4面網格剖分 1084.4.5匹配控制 1094.4.6收縮 1104.4.7膨脹 1114.5網格工具 1124.5.1生成網格 1124.5.2截面 1124.5.3命名選擇 1154.6網格劃分實例—三通管網格劃分 1154.6.1定義幾何 1154.6.2Mechanical默認與CFD網格 1164.6.3截面 1174.6.4使用面尺寸調整 1174.6.5局部網格劃分 119第5章結構靜力學分析 121(視頻講解:19分鐘)5.1幾何模型 1225.1.1點質量 1225.1.2材料屬性 1225.2分析設置 1235.3載荷和約束 1245.3.1加速度和重力加速度 1245.3.2集中力和壓力 1255.3.3約束 1265.4求解模型 1275.5后處理 1285.6靜力結構分析實例1—聯軸器變形和應力校核 1305.6.1問題描述 1305.6.2項目原理圖 1305.6.3創建模型 1325.6.4前處理 1375.6.5求解 1395.6.6結果 1395.6.7報告 1415.7靜力結構分析實例2—托架基體強度校核 1425.7.1問題描述 1425.7.2建立分析項目 1425.7.3前處理 1445.7.4求解 1475.7.5結果 147第6章模態分析 149(視頻講解:12分鐘)6.1模態分析方法 1506.2模態系統分析步驟 1506.2.1幾何體和質點 1506.2.2接觸區域 1516.2.3分析類型 1516.2.4載荷和約束 1516.2.5求解 1526.2.6檢查結果 1526.3模態分析實例1—機蓋架殼體強度校核 1526.3.1問題描述 1526.3.2項目原理圖 1526.3.3前處理 1536.3.4求解 1556.3.5結果 1566.4模態分析實例2—軸裝配體 1576.4.1問題描述 1586.4.2項目原理圖 1586.4.3前處理 1596.4.4求解 1616.4.5結果 1616.5模態分析實例3—機翼 1636.5.1問題描述 1636.5.2項目原理圖 1646.5.3前處理 1666.5.4求解 1686.5.5模態分析 169第7章屈曲分析 172(視頻講解:8分鐘)7.1屈曲概述 1737.2屈曲分析步驟 1737.2.1幾何體和材料屬性 1747.2.2接觸區域 1747.2.3載荷與約束 1747.2.4設置屈曲 1747.2.5求解模型 1757.2.6檢查結果 1767.3線性屈曲分析實例1—空圓管 1767.3.1問題描述 1767.3.2項目原理圖 1777.3.3創建草圖 1787.3.4Mechanical前處理 1797.3.5求解 1817.3.6結果 1817.4線性屈曲分析實例2—支撐架 1837.4.1問題描述 1837.4.2項目原理圖 1837.4.3Mechanical前處理 1847.4.4求解 1867.4.5結果 187第8章諧響應分析 188(視頻講解:6分鐘)8.1諧響應分析簡介 1898.2諧響應分析步驟 1898.2.1建立諧響應分析項 1898.2.2加載諧響應載荷 1908.2.3求解方法 1908.2.4后處理中查看結果 1918.3諧響應分析實例—固定梁 1918.3.1問題描述 1918.3.2項目原理圖 1928.3.3前處理 1948.3.4模態分析求解 1948.3.5諧響應分析預處理 1978.3.6諧響應分析設置并求解 1988.3.7諧響應分析后處理 199第9章響應譜分析 202(視頻講解:6分鐘)9.1響應譜分析簡介 2039.1.1響應譜分析過程 2039.1.2在Workbench中進行響應譜分析 2049.2響應譜分析實例—三層框架結構地震響應分析 2059.2.1問題描述 2059.2.2項目原理圖 2059.2.3前處理 2079.2.4模態分析求解 2079.2.5響應譜分析設置并求解 2109.2.6查看分析結果 211第10章隨機振動分析 213(視頻講解:7分鐘)10.1隨機振動分析簡介 21410.1.1隨機振動分析過程 21410.1.2在Workbench中進行隨機振動分析 21410.2振動分析實例—橋梁模型隨機振動分析 21510.2.1問題描述 21510.2.2項目原理圖 21610.2.3前處理 21810.2.4模態分析求解 22010.2.5隨機振動分析設置并求解 22210.2.6查看分析結果 224第11章非線性分析 226(視頻講解:49分鐘)11.1非線性分析概論 22711.1.1非線性行為的原因 22711.1.2非線性分析的基本信息 22811.2結構非線性一般過程 23011.2.1建立模型 23011.2.2分析設置 23011.2.3查看結果 23211.3接觸非線性結構 23211.3.1接觸基本概念 23211.3.2接觸類型 23311.3.3剛度及滲透 23311.3.4搜索區域 23411.3.5對稱/非對稱行為 23511.3.6接觸結果 23611.4結構非線性實例1—剛性接觸 23711.4.1問題描述 23711.4.2項目原理圖 23711.4.3繪制草圖 23811.4.4創建面體 23811.4.5更改模型類型 23911.4.6修改幾何體屬性 23911.4.7添加接觸 24111.4.8劃分網格 24311.4.9分析設置 24511.4.10求解 24711.4.11查看求解結果 24811.5結構非線性實例2—O型圈 25111.5.1問題描述 25111.5.2項目原理圖 25111.5.3繪制草圖 25211.5.4創建面體 25311.5.5添加材料 25311.5.6修改幾何體屬性 25511.5.7添加接觸 25711.5.8劃分網格 25911.5.9分析設置 26011.5.10求解 26311.5.11查看求解結果 26311.6結構非線性實例3—橡膠密封件 26511.6.1問題描述 26511.6.2項目原理圖 26511.6.3添加材料 26611.6.4定義模型 26711.6.5添加接觸 27411.6.6設置單元尺寸 27711.6.7分析設置 27711.6.8求解 28011.6.9查看求解結果 281第12章熱分析 284(視頻講解:16分鐘)12.1熱分析基礎 28512.2熱傳遞的方式 28512.3熱分析流程 28612.3.1幾何模型 28712.3.2材料屬性 28712.3.3實體接觸 28712.3.4熱導率 28812.3.5施加熱載荷 28912.3.6熱邊界條件 28912.3.7求解選項 29012.3.8結果和后處理 29112.4熱分析實例1—傳動裝配體基座 29212.4.1問題描述 29212.4.2項目原理圖 29212.4.3前處理 29412.4.4求解 29712.4.5結果 29712.5熱分析實例2—變速箱上箱蓋 29912.5.1問題描述 30012.5.2項目原理圖 30012.5.3前處理 30112.5.4求解 30512.5.5結果 30512.6熱分析實例3—齒輪泵基座 30712.6.1問題描述 30712.6.2項目原理圖 30712.6.3前處理 30812.6.4求解 31212.6.5結果 312第13章優化設計 314(視頻講解:8分鐘)13.1優化設計概論 31513.1.1Ansys優化方法 31513.1.2設計探索的特點 31513.1.3設計探索的類型 31613.1.4參數定義 31613.2優化設計界面 31613.2.1用戶界面 31613.2.2設計探索的數據參數界面 31713.2.3讀入APDL文件 31813.3設計探索優化設計使用基礎 31813.3.1參數的設置 31813.3.2目標驅動優化 32013.3.3響應面 32113.3.4六西格瑪分析 32213.4優化設計實例—連桿六西格瑪優化設計 32413.4.1問題描述 32413.4.2項目原理圖 32413.4.3Mechanical前處理 32513.4.4設置求解 32713.4.5六西格瑪分析 329