本书通过理论结合实践的讲解方式,系统地介绍了ANSYS Workbench 2022中文版在有限元分析领域中的具体应用,涵盖了绝大部分用户需要使用的功能。本书按照从简单到复杂、从单场到多场分析的逻辑编排,每章均采用实例描述,内容完整且各章相对独立,是一本全面介绍ANSYS Workbench的参考书。全书共18章,详细介绍了创建几何模型、网格划分、结果后处理等基本操作,同时也结合工程案例详细讲解了线性静态结构分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析、瞬态动力学分析、显式动力学分析、热分析、线性屈曲分析、结构非线性分析、接触问题分析、优化设计、流体动力学分析及多物理场耦合分析等。 本书工程实例丰富、讲解详尽,内容安排循序渐进、深入浅出,本书适合理工院校土木工程、机械工程、力学、电气工程等相关专业的本科生、研究生及教师使用,同时也可作为工程技术人员从事工程研究的参考书。

第1章 初识ANSYS Workbench 1 1.1 ANSYS Workbench概述 1 1.1.1 关于ANSYS Workbench 1 1.1.2 多物理场分析模式 2 1.1.3 项目级仿真参数管理 2 1.1.4 Workbench应用模块 3 1.2 Workbench操作界面 3 1.2.1 启动Workbench 3 1.2.2 Workbench主界面 4 1.3 Workbench项目管理 6 1.3.1 复制及删除项目 6 1.3.2 关联项目 7 1.3.3 项目管理操作案例 7 1.3.4 设置项属性 8 1.4 Workbench文件管理 9 1.4.1 文件目录结构 9 1.4.2 快速生成压缩文件 10 1.5 Workbench实例入门 10 1.5.1 案例介绍 10 1.5.2 建立分析项目 11 1.5.3 导入创建几何体 11 1.5.4 添加材料库 12 1.5.5 添加模型材料属性 14 1.5.6 划分网格 15 1.5.7 施加载荷与约束 15 1.5.8 结果后处理 17 1.5.9 保存与退出 18 1.6 本章小结 19 第2章 创建���何模型 20 2.1 认识DesignModeler 20 2.1.1 进入DesignModeler 20 2.1.2 DesignModeler的操作界面 22 2.1.3 DesignModeler的鼠标操作 23 2.1.4 图形选取与控制 24 2.1.5 DesignModeler几何体 24 2.2 DesignModeler草图模式 24 2.2.1 创建新平面 25 2.2.2 创建新草图 25 2.2.3 草图模式 25 2.2.4 草图援引 26 2.3 创建3D几何体 26 2.3.1 创建3D特征 27 2.3.2 激活体和冻结体 27 2.3.3 切片特征 28 2.3.4 **体 28 2.3.5 面印记 29 2.3.6 填充与包围操作 30 2.3.7 创建多体部件体 31 2.4 导入外部CAD文件 32 2.4.1 非关联性导入文件 32 2.4.2 关联性导入文件 32 2.4.3 导入定位 32 2.4.4 创建场域几何体 33 2.5 概念建模 33 2.5.1 从点生成线体 33 2.5.2 从草图生成线体 34 2.5.3 从边生成线体 34 2.5.4 定义横截面 34 2.5.5 从线生成面体 36 2.5.6 从草图生成面体 37 2.5.7 从面生成面体 37 2.6 创建几何体的实例操作 37 2.6.1 进入DM界面 38 2.6.2 绘制零件底部圆盘 38 2.6.3 创建零件肋柱 40 2.6.4 生成线体 41 2.6.5 生成面体 42 2.6.6 保存文件并退出 42 2.7 外部模型导入实例操作 42 2.7.1 外部几何模型导入 43 2.7.2 创建线体 43 2.7.3 生成面体 44 2.7.4 创建横截面 44 2.7.5 为线体添加横截面 45 2.7.6 保存文件并退出 45 2.8 本章小结 46 第3章 网格划分 47 3.1 网格划分平台 47 3.1.1 网格划分特点 47 3.1.2 网格划分方法 48 3.1.3 网格划分技巧 49 3.1.4 网格划分流程 50 3.1.5 网格尺寸策略 50 3.2 3D几何网格划分 51 3.2.1 四面体网格的优缺点 51 3.2.2 四面体网格划分时的常用参数 51 3.2.3 四面体算法 52 3.2.4 四面体膨胀 53 3.3 网格参数设置 53 3.3.1 默认参数设置 54 3.3.2 尺寸调整 54 3.3.3 膨胀控制 55 3.3.4 网格质量 56 3.4 扫掠网格划分 57 3.4.1 扫掠划分方法 57 3.4.2 扫掠网格控制 58 3.5 多区域网格划分 59 3.5.1 多区域划分方法 59 3.5.2 多区域网格控制 59 3.6 网格划分案例 60 3.6.1 自动网格划分案例 60 3.6.2 网格划分控制案例 63 3.7 本章小结 67 第4章 Mechanical基础 68 4.1 关于Mechanical 68 4.2 Mechanical基本操作 69 4.2.1 启动Mechanical 69 4.2.2 Mechanical操作界面 69 4.2.3 鼠标控制 72 4.3 材料参数输入控制 72 4.3.1 进入工程数据应用程序 72 4.3.2 材料库 73 4.3.3 添加材料 74 4.3.4 添加材料属性 75 4.4 Mechanical前处理操作 76 4.4.1 几何结构 76 4.4.2 接触与点焊 77 4.4.3 坐标系 78 4.4.4 分析设置 79 4.5 施加载荷和约束 80 4.5.1 施加载荷 80 4.5.2 施加约束 82 4.6 模型求解 82 4.7 结果后处理 83 4.7.1 结果显示 83 4.7.2 变形显示 84 4.7.3 应力和应变 84 4.7.4 接触结果 84 4.7.5 自定义结果显示 85 4.8 本章小结 85 第5章 线性静态结构分析 86 5.1 线性静态结构分析概述 86 5.2 线性静态结构的分析流程 87 5.2.1 几何模型 87 5.2.2 材料特性 88 5.2.3 定义接触区域 88 5.2.4 划分网格 88 5.2.5 施加载荷和边界条件 89 5.2.6 模型求解控制 89 5.2.7 结果后处理 89 5.3 风力发电机叶片静态结构分析 89 5.3.1 问题描述 89 5.3.2 建立分析项目 90 5.3.3 导入几何体 90 5.3.4 添加材料库 92 5.3.5 添加模型材料属性 95 5.3.6 划分网格 96 5.3.7 施加载荷与约束 97 5.3.8 设置求解 98 5.3.9 求解并显示求解结果 99 5.3.10 更改材料观察分析结果 100 5.3.11 保存与退出 102 5.4 本章小结 102 第6章 模态分析 103 6.1 模态分析概述 103 6.2 Workbench模态分析流程 104 6.2.1 几何体和质点 105 6.2.2 接触区域 105 6.2.3 分析类型 105 6.2.4 载荷和约束 106 6.2.5 求解模型 106 6.3 飞机机翼模态分析 107 6.3.1 问题描述 107 6.3.2 建立分析项目 108 6.3.3 导入几何体 108 6.3.4 添加材料库 109 6.3.5 修改模型材料属性 111 6.3.6 划分网格 112 6.3.7 施加固定约束 113 6.3.8 设置求解 113 6.3.9 求解并显示求解结果 114 6.3.10 保存与退出 115 6.4 风力发电机叶片预应力模态分析 116 6.4.1 打开结构静态分析 116 6.4.2 创建预应力模态分析项目 116 6.4.3 结果后处理 117 6.4.4 求解并显示求解结果 118 6.4.5 保存与退出 119 6.5 本章小结 119 第7章 谐响应分析 120 7.1 谐响应分析概述 120 7.2 谐响应分析流程 121 7.2.1 施加简谐载荷 122 7.2.2 求解方法 122 7.2.3 查看结果 123 7.3 连接转轴的谐响应分析 124 7.3.1 问题描述 124 7.3.2 Workbench基础操作 124 7.3.3 创建多体部件体及**体 125 7.3.4 网格参数设置 126 7.3.5 施加载荷与约束 127 7.3.6 设置求解 128 7.3.7 求解并显示求解结果 129 7.3.8 保存与退出 131 7.4 本章小结 131 第8章 响应谱分析 132 8.1 谱分析概述 132 8.2 响应谱分析流程 132 8.3 地震位移下的响应谱分析 134 8.3.1 问题描述 134 8.3.2 启动Workbench进入DM界面 134 8.3.3 创建模型 135 8.3.4 添加材料 140 8.3.5 为体添加材料 141 8.3.6 划分网格 142 8.3.7 施加固定约束 143 8.3.8 提取模态参数设置 144 8.3.9 查看模态分析结果 144 8.3.10 添加响应谱位移 145 8.3.11 提取响应谱分析结果 146 8.3.12 查看分析结果 147 8.3.13 保存与退出 147 8.4 本章小结 148 第9章 随机振动分析 149 9.1 随机振动分析概述 149 9.2 随机振动分析流程 150 9.3 梁板结构的随机振动分析 151 9.3.1 问题描述 151 9.3.2 建立分析项目 151 9.3.3 修改模型 152 9.3.4 生成多体部件体 154 9.3.5 划分网格 155 9.3.6 施加固定约束 156 9.3.7 提取模态参数设置 156 9.3.8 查看模态分析结果 157 9.3.9 添加功率谱位移 158 9.3.10 提取随机振动的分析结果 159 9.3.11 查看随机振动的分析结果 160 9.3.12 保存与退出 161 9.4 本章小结 161 第10章 瞬态动力学分析 162 10.1 瞬态动力学分析概述 162 10.2 瞬态动力学分析流程 162 10.2.1 几何模型 163 10.2.2 时间步长 164 10.2.3 运动副 164 10.2.4 弹簧 164 10.2.5 阻尼 165 10.2.6 载荷和约束 165 10.2.7 后处理中查看结果 165 10.3 汽车主轴的瞬态动力学分析 165 10.3.1 问题描述 166 10.3.2 Workbench基础操作 166 10.3.3 为体添加材料特性 167 10.3.4 创建坐标系 167 10.3.5 划分网格 168 10.3.6 施加载荷与约束 168 10.3.7 设置求解选项 169 10.3.8 求解并显示求解结果 171 10.3.9 保存与退出 173 10.4 本章小结 173 第11章 显式动力学分析 174 11.1 显式动力学分析概述 174 11.1.1 显式算法与隐式算法的区别 174 11.1.2 ANSYS中的显式动力学模块 175 11.2 显式动力学分析流程 175 11.3 质量块冲击薄板的显式动力学分析 176 11.3.1 问题描述 176 11.3.2 启动Workbench并建立分析项目 176 11.3.3 建立几何模型 177 11.3.4 添加材料特性 179 11.3.5 添加模型材料属性 181 11.3.6 划分网格 182 11.3.7 施加载荷与约束 184 11.3.8 提取显式动力学分析结果 185 11.3.9 求解并显示求解结果 186 11.3.10 保存与退出 188 11.4 本章小结 188 第12章 热分析 189 12.1 传热概述 189 12.1.1 传热方式 190 12.1.2 热分析类型 190 12.1.3 非线性热分析 191 12.1.4 边界条件或初始条件 191 12.2 热分析流程 191 12.2.1 几何模型 192 12.2.2 实体接触 192 12.2.3 导热率 193 12.2.4 施加载荷 193 12.2.5 热边界条件 194 12.2.6 热应力分析 194 12.2.7 结果后处理 194 12.3 散热器的热分析 195 12.3.1 问题描述 195 12.3.2 启动Workbench并建立分析项目 195 12.3.3 导入几何体 196 12.3.4 添加材料库 197 12.3.5 添加模型材料属性 199 12.3.6 划分网格 200 12.3.7 施加载荷与约束 200 12.3.8 设置求解 201 12.3.9 求解并显示求解结果 202 12.3.10 热应变分析 202 12.3.11 保存与退出 204 12.4 本章小结 204 第13章 特征值屈曲分析 205 13.1 屈曲分析概述 205 13.1.1 关于欧拉屈曲 205 13.1.2 线性屈曲的计算 206 13.1.3 线性屈曲分析的特点 207 13.2 线性屈曲的分析过程 207 13.2.1 几何体和材料属性 207 13.2.2 接触区域 208 13.2.3 载荷与约束 208 13.2.4 屈曲设置 208 13.2.5 模型求解 209 13.2.6 结果检查 209 13.3 桁架结构的抗屈曲分析 210 13.3.1 问题描述 210 13.3.2 Workbench基础操作 210 13.3.3 创建多体部件体 212 13.3.4 网格参数设置 213 13.3.5 施加载荷与约束 213 13.3.6 设置求解选项 214 13.3.7 求解并显示求解结果 215 13.3.8 保存与退出 216 13.4 本章小结 216 第14章 结构非线性分析 217 14.1 结构非线性分析概述 217 14.2 结构非线性分析流程 219 14.2.1 超弹性材料 219 14.2.2 塑性材料 222 14.3 销轴的结构非线性分析 226 14.3.1 问题描述 226 14.3.2 启动Workbench并建立分析项目 227 14.3.3 创建几何体 227 14.3.4 添加模型材料属性 231 14.3.5 划分网格 233 14.3.6 求解载荷步数的设置 235 14.3.7 施加载荷与约束 235 14.3.8 设置求解项 236 14.3.9 求解并显示求解结果 237 14.3.10 保存与退出 240 14.4 本章小结 240 第15章 接触问题分析 241 15.1 接触问题分析概述 241 15.1.1 罚函数法和增强拉格朗日法 241 15.1.2 拉格朗日乘数法 242 15.1.3 多点约束法 242 15.2 接触问题分析流程 243 15.2.1 接触刚度与渗透 243 15.2.2 接触类型 244 15.2.3 对称/非对称行为 244 15.2.4 施加摩擦接触 245 15.2.5 检查接触结果 245 15.3 轴承内外套的接触分析 246 15.3.1 问题描述 246 15.3.2 启动Workbench并建立分析项目 246 15.3.3 创建几何体 247 15.3.4 添加模型材料属性 253 15.3.5 设置接触选项 255 15.3.6 划分网格 256 15.3.7 施加载荷与约束 257 15.3.8 设置求解项 259 15.3.9 求解并显示求解结果 260 15.3.10 保存与退出 261 15.4 本章小结 261 第16章 优化设计 262 16.1 设计探索概述 262 16.1.1 参数定义 262 16.1.2 设定优化方法 263 16.1.3 设计探索选项 263 16.1.4 设计探索特点 263 16.1.5 设计探索操作界面 264 16.2 设计探索优化设计基础 265 16.2.1 参数设置 265 16.2.2 响应面优化 266 16.2.3 响应曲面 267 16.2.4 实验设计 268 16.2.5 六西格玛分析 270 16.3 连接板的优化设计 271 16.3.1 问题描述 271 16.3.2 启动Workbench并建立分析项目 271 16.3.3 导入几何体 272 16.3.4 添加材料库 273 16.3.5 添加模型材料属性 275 16.3.6 划分网格 275 16.3.7 施加约束与载荷 276 16.3.8 设置求解项 277 16.3.9 求解并显示求解结果 278 16.3.10 观察优化参数 279 16.3.11 响应曲面 281 16.3.12 观察新设计点的结果 284 16.3.13 保存与退出 284 16.4 本章小结 285 第17章 流体动力学分析 286 17.1 流体动力学基础 286 17.1.1 质量守恒方程 286 17.1.2 动量守恒方程 287 17.1.3 能量守恒方程 287 17.1.4 湍流模型 288 17.2 流体动力学的分析流程 288 17.3 基于Fluent的导弹流体动力学分析 289 17.3.1 案例介绍 289 17.3.2 启动Workbench并建立分析项目 289 17.3.3 导入几何体 290 17.3.4 划分网格 291 17.3.5 网格检查与处理 293 17.3.6 设置物理模型和材料 294 17.3.7 设置操作环境和边界条件 296 17.3.8 设置求解方法和控制参数 297 17.3.9 设置监视窗口和初始化 298 17.3.10 求解和退出 300 17.3.11 计算结果的后处理 300 17.3.12 保存与退出 305 17.4 本章小结 306 第18章 多物理场耦合分析 307 18.1 多物理场耦合分析概述 307 18.2 流体结构耦合分析 308 18.2.1 案例介绍 308 18.2.2 启动Workbench并建立分析项目 309 18.2.3 导入几何体 310 18.2.4 划分网格 311 18.2.5 网格检查与处理 312 18.2.6 设置物理模型和材料 313 18.2.7 设置操作环境和边界条件 315 18.2.8 设置求解方法和控制参数 316 18.2.9 设置监视窗口和计算 317 18.2.10 计算结果的后处理 317 18.2.11 结构力学模型设置 319 18.2.12 网格划分 319 18.2.13 添加约束与载荷 320 18.2.14 设置求解项 321 18.2.15 求解并显示求解结果 321 18.2.16 保存与退出 322 18.3 本章小结 322