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第1篇 操作基础篇2

第1章 ANSYS 15.0入门2

1.1 ANSYS 15.0的用户界面3

1.2 ANSYS文件系统4

1.2.1 文件类型4

1.2.2 文件管理5

1.3 ANSYS分析过程8

1.3.1 建立模型8

1.3.2 加载并求解8

1.3.3 后处理9

1.4 实例入门——托架受力分析9

1.4.1 分析实例描述9

1.4.2 建立模型10

1.4.3 查看计算结果19

第2章 几何建模21

2.1 坐标系简介22

2.1.1 总体和局部坐标系22

2.1.2 显示坐标系24

2.1.3 节点坐标系24

2.1.4 单元坐标系25

2.1.5 结果坐标系26

2.2 工作平面的使用26

2.2.1 定义一个新的工作平面27

2.2.2 控制工作平面的显示和样式27

2.2.3 移动工作平面27

2.2.4 旋转工作平面28

2.2.5 还原一个已定义的工作平面28

2.3 布尔操作28

2.3.1 布尔运算的设置29

2.3.2 交运算29

2.3.3 两两相交30

2.3.4 相加31

2.3.5 相减31

2.3.6 利用工作平面做减运算32

2.3.7 搭接33

2.3.8 分割33

2.3.9 粘接（或合并）33

2.4 编辑几何模型34

2.4.1 按照样本生成图元34

2.4.2 由对称映像生成图元35

2.4.3 将样本图元转换坐标系35

2.4.4 实体模型图元的缩放35

2.5 自底向上创建几何模型36

2.5.1 关键点37

2.5.2 硬点38

2.5.3 线39

2.5.4 面41

2.5.5 体43

2.6 实例——储液罐的实体建模44

2.6.1 GUI方式44

2.6.2 命令流方式48

2.7 自顶向下创建几何模型（体素）49

2.7.1 创建面体素49

2.7.2 创建实体体素50

2.8 实例——轴承座的实体建模51

2.8.1 GUI方式52

2.8.2 命令流方式57

2.9 从IGES文件中将几何模型导入ANSYS59

第3章 划分网格60

3.1 有限元网格概论61

3.2 设定单元属性61

3.2.1 生成单元属性表61

3.2.2 在划分网格之前分配单元属性62

3.3 网格划分的控制64

3.3.1 ANSYS网格划分工具（MeshTool）64

3.3.2 单元形状64

3.3.3 选择自由或映射网格划分65

3.3.4 控制单元边中节点的位置66

3.3.5 划分自由网格时的单元尺寸控制（SmartSizing）66

3.3.6 映射网格划分中单元的默认尺寸67

3.3.7 局部网格划分控制68

3.3.8 内部网格划分控制68

3.3.9 生成过渡棱锥单元70

3.3.10 将退化的四面体单元转化为非退化的形式70

3.3.11 执行层网格划分70

3.4 自由网格划分和映射网格划分控制71

3.4.1 自由网格划分71

3.4.2 映射网格划分72

3.5 给实体模型划分有限元网格77

3.5.1 用xMESH命令生成网格77

3.5.2 生成带方向节点的梁单元网格77

3.5.3 在分界线或者分界面处生成单位厚度的界面单元79

3.6 实例——储液罐的网格划分79

3.6.1 GUI方式79

3.6.2 命令流方式83

3.7 延伸和扫掠生成有限元模型83

3.7.1 延伸（Extrude）生成网格84

3.7.2 扫掠（VSWEEP）生成网格86

3.8 修正有限元模型88

3.8.1 局部细化网格88

3.8.2 移动和复制节点及单元91

3.8.3 控制面、线和单元的法向91

3.8.4 修改单元属性92

3.9 直接通过节点和单元生成有限元模型93

3.9.1 节点93

3.9.2 单元95

3.10 编号控制97

3.10.1 合并重复项97

3.10.2 编号压缩98

3.10.3 设定起始编号98

3.10.4 编号偏差99

3.11 实例——轴承座的网格划分99

3.11.1 GUI方式100

3.11.2 命令流方式104

第4章 施加载荷106

4.1 载荷概论107

4.1.1 什么是载荷107

4.1.2 载荷步、子步和平衡迭代108

4.1.3 时间参数109

4.1.4 阶跃载荷与坡道载荷109

4.2 施加载荷110

4.2.1 载荷分类110

4.2.2 轴对称载荷与反作用力115

4.2.3 利用表格施加载荷116

4.2.4 利用函数施加载荷和边界条件118

4.3 实例——轴承座的载荷和约束施加120

4.3.1 GUI方式120

4.3.2 命令流方式123

4.4 设定载荷步选项124

4.4.1 通用选项124

4.4.2 动力学分析选项127

4.4.3 非线性选项128

4.4.4 输出控制128

4.4.5 Biot-Savart选项129

4.4.6 谱分析选项130

4.4.7 创建多载荷步文件130

4.5 实例——储液罐的载荷和约束施加131

4.5.1 GUI方式131

4.5.2 命令流方式134

第5章 求解137

5.1 求解概论138

5.1.1 使用直接求解法138

5.1.2 使用其他求解器139

5.1.3 获得解答139

5.2 利用特定的求解控制器指定求解类型140

5.2.1 使用Abridged Solution菜单选项140

5.2.2 使用求解控制对话框140

5.3 多载荷步求解141

5.3.1 多重求解法142

5.3.2 使用载荷步文件法142

5.3.3 使用数组参数法（矩阵参数法）143

5.4 实例——轴承座和储液罐模型求解144

第6章 后处理146

6.1 后处理概述147

6.1.1 结果文件148

6.1.2 后处理可用的数据类型148

6.2 通用后处理器（POST1）149

6.2.1 将数据结果读入数据库149

6.2.2 图像显示结果155

6.2.3 列表显示结果162

6.2.4 将结果旋转到不同坐标系中并显示164

6.3 实例——轴承座计算结果后处理165

6.3.1 GUI方式165

6.3.2 命令流方式169

6.4 时间历程后处理（POST26）169

6.4.1 定义和储存POST26变量170

6.4.2 检查变量172

6.4.3 POST26后处理器的其他功能174

6.5 实例——储液罐计算结果后处理175

6.5.1 GUI方式175

6.5.2 命令流方式178

第2篇 专题实例篇180

第7章 结构静力分析180

7.1 结构静力概论181

7.2 实例——高速齿轮应力分析181

7.2.1 分析问题181

7.2.2 建立模型182

7.2.3 定义边界条件并求解197

7.2.4 查看结果199

7.2.5 命令流执行方式203

第8章 模态分析204

8.1 模态分析概论205

8.2 实例——高速齿轮模态分析205

8.2.1 分析问题205

8.2.2 建立模型205

8.2.3 进行模态设置、定义边界条件并求解212

8.2.4 查看结果215

8.2.5 命令流模式218

第9章 谐响应分析219

9.1 谐响应分析概论220

9.1.1 Full Method（完全法）220

9.1.2 Reduced Method（减缩法）221

9.1.3 Mode Superposition Method（模态叠加法）221

9.1.4 3种方法的共同局限性221

9.2 实例——弹簧质子系统的谐响应分析221

9.2.1 问题描述222

9.2.2 建立模型222

9.2.3 分析模型228

9.2.4 观察结果230

9.2.5 命令流方式233

第10章 瞬态动力学分析234

10.1 瞬态动力学概论235

10.1.1 Full Method（完全法）235

10.1.2 Mode Superposition Method（模态叠加法）235

10.1.3 Reduced Method（减缩法）236

10.2 实例——弹簧阻尼系统的自由振动分析236

10.2.1 分析问题236

10.2.2 建立模型237

10.2.3 进行瞬态动力分析设置、定义边界条件并求解242

10.2.4 查看结果246

10.2.5 命令流模式249

第11章 谱分析250

11.1 谱分析概论251

11.1.1 响应谱251

11.1.2 动力设计分析方法（DDAM）251

11.1.3 功率谱密度（PSD）251

11.2 实例——支撑平板动力效果谱分析252

11.2.1 问题描述252

11.2.2 建立模型252

11.2.3 命令流方式271

第12章 非线性分析272

12.1 非线性分析概论273

12.1.1 非线性行为的原因273

12.1.2 非线性分析的基本信息274

12.1.3 几何非线性276

12.1.4 材料非线性277

12.1.5 其他非线性问题281

12.2 实例——铆钉冲压应力分析281

12.2.1 分析问题281

12.2.2 建立模型281

12.2.3 定义边界条件并求解288

12.2.4 查看结果290

12.2.5 命令流294

第13章 结构屈曲分析295

13.1 结构屈曲概论296

13.2 实例——圆盘边缘屈曲分析296

13.2.1 分析问题296

13.2.2 建立模型296

13.2.3 定义边界条件并求解300

13.2.4 查看结果304

13.2.5 命令流309

第14章 接触问题分析310

14.1 接触问题概论311

14.1.1 一般分类311

14.1.2 接触单元311

14.2 实例——齿轮副的接触分析312

14.2.1 分析问题312

14.2.2 建立模型312

14.2.3 定义边界条件并求解323

14.2.4 查看结果325

14.2.5 命令流方式327

第15章 结构优化328

15.1 结构优化设计概论329

15.2 实例——梁结构优化设计330

15.2.1 问题描述330

15.2.2 命令流方式347

第3篇 热分析篇350

第16章 稳态热分析与瞬态热分析350

16.1 热分析概论351

16.1.1 热分析的特点351

16.1.2 热分析单元352

16.2 热载荷和边界条件的类型352

16.2.1 概述352

16.2.2 热载荷和边界条件注意事项353

16.3 稳态热分析概述353

16.3.1 稳态热分析定义353

16.3.2 稳态热分析的控制方程353

16.4 瞬态热分析概述354

16.4.1 瞬态热分析特性354

16.4.2 瞬态热分析前处理考虑因素354

16.4.3 控制方程354

16.4.4 初始条件的施加355

16.5 稳态热分析实例——换热管的热分析356

16.5.1 GUI分析过程356

16.5.2 命令流方式366

16.6 瞬态热分析实例——钢球淬火过程温度分析366

16.6.1 GUI分析过程366

16.6.2 命令流方式375

第17章 热辐射和相变分析376

17.1 热辐射基本理论及在ANSYS中的处理方法377

17.1.1 热辐射特性377

17.1.2 ANSYS中热辐射的处理方法377

17.2 实例——两同心圆柱体间热辐射分析377

17.2.1 问题描述377

17.2.2 问题分析378

17.2.3 GUI操作步骤378

17.2.4 APDL命令流程序390

17.3 实例——一长方体形坯料空冷过程分析390

17.3.1 问题描述390

17.3.2 问题分析390

17.3.3 GUI操作步骤391

17.3.4 APDL命令流程序396

17.4 相变分析概述396

17.4.1 相和相变396

17.4.2 潜在热量和焓396

17.4.3 相变分析基本思路397

17.5 实例——某零件铸造过程分析399

17.5.1 问题描述399

17.5.2 问题分析399

17.5.3 GUI操作步骤400

17.5.4 APDL命令流程序410

第4篇 电磁分析篇412

第18章 电磁场有限元分析简介412

18.1 电磁场有限元分析概述413

18.1.1 电磁场中常见边界条件413

18.1.2 ANSYS电磁场分析对象413

18.1.3 电磁场单元概述414

18.1.4 电磁宏415

18.2 远场单元及远场单元的使用416

18.2.1 远场单元417

18.2.2 使用远场单元的注意事项417

第19章 二维磁场分析419

19.1 二维静态磁场分析中要用到的单元420

19.2 实例——载流导体的电磁力分析420

19.2.1 问题描述420

19.2.2 GUI操作方法421

19.2.3 命令流实现433

19.3 二维谐波磁场分析中要用到的单元433

19.4 实例——二维非线性谐波分析433

19.4.1 问题描述433

19.4.2 GUI操作方法434

19.4.3 命令流实现442

19.5 二维瞬态磁场分析中要用到的单元442

19.6 实例——二维螺线管制动器内瞬态磁场的分析443

19.6.1 问题描述443

19.6.2 创建物理环境444

19.6.3 建立模型、赋予特性、划分网格446

19.6.4 加边界条件和载荷451

19.6.5 求解453

19.6.6 命令流实现456

第20章 三维磁场分析457

20.1 三维静态磁场标量法分析中要用到的单元458

20.2 实例——三维螺线管静态磁分析459

20.2.1 问题描述459

20.2.2 创建物理环境460

20.2.3 建立模型、赋予特性、划分网格463

20.2.4 加边界条件和载荷467

20.2.5 求解470

20.2.6 查看计算结果470

20.2.7 命令流实现472

20.3 棱边单元边方法中用到的单元473

20.4 实例——电动机沟槽中瞬态磁场分布473

20.4.1 问题描述473

20.4.2 创建物理环境474

20.4.3 建立模型、赋予特性、划分网格476

20.4.4 加边界条件和载荷477

20.4.5 求解478

20.4.6 查看计算结果481

20.4.7 命令流实现485

第21章 电场分析486

21.1 电场分析要用到的单元487

21.2 实例——正方形电流环中的磁场489

21.2.1 问题描述489

21.2.2 创建物理环境490

21.2.3 建立模型、赋予特性、划分网格491

21.2.4 加边界条件和载荷493

21.2.5 求解494

21.2.6 查看计算结果495

21.2.7 命令流实现497

21.3 h方法静电场分析中用到的单元498

21.4 实例——电容计算498

21.4.1 问题描述498

21.4.2 创建物理环境499

21.4.3 建立模型、赋予特性、划分网格501

21.4.4 加边界条件和载荷505

21.4.5 求解507

21.4.6 命令流实现508

21.5 电路分析中要用到的单元508

21.5.1 使用CIRCU124单元508

21.5.2 使用CIRCU125单元511

21.6 实例——瞬态电路分析512

21.6.1 问题描述512

21.6.2 创建物理环境512

21.6.3 建立模型、赋予特性、划分网格512

21.6.4 加边界条件和载荷517

21.6.5 求解517

21.6.6 查看计算结果520

21.6.7 命令流实现523

21.7 高频分析中要用到的单元523

21.8 实例——腔体高频模态分析523

21.8.1 问题描述523

21.8.2 创建物理环境524

21.8.3 建立模型、赋予特性、划分网格526

21.8.4 加边界条件和载荷528

21.8.5 求解528

21.8.6 查看计算结果529

21.8.7 命令流实现532

第5篇 耦合场分析篇534

第22章 耦合场分析简介534

22.1 耦合场分析的定义535

22.2 耦合场分析的类型535

22.2.1 直接方法535

22.2.2 载荷传递分析535

22.2.3 直接方法和载荷传递536

22.2.4 其他分析方法538

22.3 耦合场分析的单位制538

第23章 直接耦合场分析542

23.1 热应力耦合分析实例——换热管的热应力分析543

23.1.1 前处理543

23.1.2 求解544

23.1.3 后处理546

23.1.4 命令流方式547

23.2 热电耦合分析实例——热电发电机耦合分析548

23.2.1 前处理548

23.2.2 求解557

23.2.3 后处理558

23.2.4 命令流方式561

23.3 机电耦合分析实例——梳齿式电机耦合分析561

23.3.1 前处理561

23.3.2 求解574

23.3.3 后处理577

23.3.4 命令流方式578

第24章 多场求解-MFS单码的耦合分析579

24.1 厚壁圆筒的热应力分析580

24.1.1 前处理580

24.1.2 求解588

24.1.3 后处理593

24.1.4 命令流方式596

24.2 圆钢坯的感应加热分析596

24.2.1 前处理597

24.2.2 求解609

24.2.3 后处理615

24.2.4 命令流方式619

24.3 使用物理环境方法求解热-应力问题实例620

24.3.1 前处理（热分析）620

24.3.2 前处理（结构分析）625

24.3.3 求解（热分析）628

24.3.4 后处理（热分析）629

24.3.5 求解（结构分析）631

24.3.6 后处理（结构分析）632

24.3.7 命令流634

24.4 机电-电路耦合分析实例634

24.4.1 前处理635

24.4.2 求解641

24.4.3 后处理644

24.4.4 命令流方式646