《ANSYS 18.2有限元分析與套用實例》是2019年8月電子工業出版社出版的圖書，作者是高耀東等。
基本介紹
- 中文名：ANSYS 18.2有限元分析與套用實例
- 作者：高耀東 等
- 出版社：電子工業出版社
- 出版時間：2019年8月
- 頁數：520 頁
- 定價：79 元
- 開本：16 開
- ISBN：9787121357701
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書在總結作者多年教學和工程經驗的基礎上，從使學習者快速入門並能夠解決實際墓墊照問題的角度出發，介紹了有限單元法的基礎理論、ANSYS軟體的使用方法及其在機械工程領域的套用實例等。本書的中心是ANSYS軟體套用，其他內容圍繞該中心展開，目的是引領讀者從實際套用出發，由淺入深，逐漸掌握ANSYS軟體和有紙戀放朵限單元法理論。力求使讀者能夠在較短時間內，既知其然，又知其所以然，真正掌握ANSYS軟體和有限元分析方法，並能將其靈活套用於實際問題中。全書包括80多個ANSYS軟體套用實例，每種分析類型都配備了入門實例和高級實例員危體，並儘量涵蓋其在實際中的主要套用。每個實例都提供了操作命令流，為方便讀者學習，入門實例還介紹了GUI操作方法。本書可以作為高等院校機械、建築、力學類專業本科生和研究生的教科書，也可以作為工程技術人員學習有限單元法和ANSYS軟體的參考書。
圖書目錄
目 錄
第1章 有限單元法基本概念 1
1.1 引言 1
1.2 有限單元法的基本原理 2
1.2.1 結構離散化 2
1.2.2 單元剛度矩陣 2
1.2.3 結構總體剛度方程 5
第2章 平面問題的墓愉辣有限單元法 7
2.1 平面問題概述 7
2.1.1 平面應力問題 7
2.1.2 平面應變問題 8
2.2 結構離散化 9
2.3 位移函式 10
2.3.1 位移函式的一般形式 10
2.3.2 3節點三角形單元的位移函式 11
2.3.3 形函式的性質 12
2.3.4 位移函式與解的收斂性 13
2.4 單元剛度矩陣 14
2.4.1 3節點三角形單元的單元剛度矩陣 14
2.4.2 單元剛度矩陣的性質 16
2.5 載荷移置與等效節點載荷 17
2.6 結構總體剛度方程 18
2.6.1 結構總體剛度方程的建立 19
2.6.2 形成結構總體剛度矩陣的方法 21
2.6.3 結構總體剛度矩陣的性質 22
2.7 位移邊界條件的處理 23
2.7.1 降階法 24
2.7.2 對角元置1法 24
2.7.3 對角元乘大數法 25
2.8 應力計算及導出結果的計算 26
2.8.1 單元應力估乃及應變的計算 26
2.8.2 主應力和主方向 26
2.8.3 節點的應力 27
2.9 解題示例 27
2.10 6節點三角形單元 31
2.10.1 面積坐標 31
2.10.2 位移函式 32
2.10.3 單元應變 33
2.10.4 單元應力 33
2.10.5 單元剛度矩陣 33
第3章 最小勢能原理和有限單元法 37
3.1 最小勢能原理 37
3.2 基於最小勢能原理的有限單元法 38
3.3 對有限單元法收斂和精度的分析 39
3.3.1 相容性要求 39
3.3.2 完備性要求 40
3.3.3 收斂和精度 40
第4章 三維問題的有限單元法 42
4.1 三維應力狀態 42
4.2 三維問題的四面體單元 43
4.2.1 位移函式 43
4.2.2 單元剛度矩陣 44
4.2.3 載荷移置與等效節點載荷 44
4.3 軸對稱問題及其有限單元法 45
4.3.1 軸對稱問題 45
4.3.2 軸對稱問題的有限單元法 46
第5章 梁單元 48
5.1 直梁平面彎曲問題及梁單元 48
5.1.1 直梁平面彎曲問題 48
5.1.2 直梁平面彎曲問題的有限單元法 48
5.2 鐵摩辛柯梁單元 52
第紙櫃達項6章 等參數單元 55
6.1 4節點矩形單元 55
6.2 平面4節點等參數單元 56
6.2.1 坐標變換和等參數單元 56
6.2.2 單元剛度矩陣的計算 58
6.2.3 其他獄套兆參數單元 60
6.3 高斯積分法 60
6.4 剪下閉鎖、體積閉鎖、沙漏等概念簡介 62
6.4.1 剪下閉鎖 62
6.4.2 體積閉鎖 62
6.4.3 沙漏 63
第7章 板殼單元 67
7.1 板彎曲的有限單元法 67
7.1.1 克希霍夫（Kirchhoff）薄板理論 67
7.1.2 基於薄板理論的非協調板單元 69
7.1.3 考慮橫向剪下影響的平板彎曲單元 71
7.2 薄殼結構的有限單元法 73
第8章 有限元方程解法 75
8.1 概述 75
8.2 總體剛度矩陣的一維變頻寬存儲 75
8.3 直接法 76
8.3.1 高斯消元法 76
8.3.2 LU分解法 76
8.3.3 波前法 77
8.4 疊代法 79
8.4.1 雅可比疊代法和賽德爾疊代法 79
8.4.2 共軛梯度法 80
第9章 結構動力學分析 83
9.1 結構的動力學方程 83
9.2 結構的自振頻率和振型 84
9.2.1 概述 84
9.2.2 基本QR法 85
9.2.3 蘭索斯法 85
9.3 結構動力回響的求解方法 86
9.3.1 直接積分法 87
9.3.2 振型疊加法 88
第10章 ANSYS的基本使用方法 90
10.1 實例E10-1——平面桁架的受力分析 90
10.1.1 問題描述及解析解 90
10.1.2 分析步驟 90
10.1.3 命令流 94
10.2 ANSYS的主要功能 95
10.3 ANSYS的特點 96
10.4 ANSYS產品簡介 96
10.5 處理器 97
10.6 ANSYS軟體的使用 97
10.6.1 ANSYS軟體解決問題的步驟 97
10.6.2 命令輸入方法 98
10.7 圖形用戶界面 99
10.7.1 圖形用戶界面（GUI） 99
10.7.2 對話框及其組成控制項 100
10.7.3 ANSYS的選單系統 102
練習題 105
第11章 實體建模技術 106
11.1 概述 106
11.2 基本建模技術 106
11.2.1 關鍵點的創建 106
11.2.2 線的創建 107
11.2.3 面的創建 115
11.2.4 體的創建 118
11.3 工作平面 119
11.3.1 工作平面的設定 120
11.3.2 工作平面的偏移和旋轉 120
11.4 高級建模技術 124
11.4.1 布爾運算 124
11.4.2 擠出 129
11.4.3 有關實體建模的其他操作 130
練習題 138
第12章 有限元模型的創建 140
12.1 幾何模型的單元劃分 144
12.1.1 單元劃分的步驟 144
12.1.2 單元類型 144
12.1.3 定義實常數 145
12.1.4 材料屬性 145
12.1.5 截面 147
12.1.6 分配單元屬性 150
12.1.7 單元形狀及劃分方法選擇 151
12.1.8 單元尺寸控制 151
12.1.9 劃分單元命令 154
12.1.10 MeshTool對話框 154
12.1.11 單元形狀檢查 154
12.1.12 修改格線 156
12.2 常用ANSYS單元類型 158
12.2.1 概述 158
12.2.2 LINK11 162
12.2.3 LINK180 163
12.2.4 BEAM188 165
12.2.5 BEAM189 174
12.2.6 PLANE182 176
12.2.7 PLANE183 179
12.2.8 SOLID185 184
12.2.9 SOLID186 187
12.2.10 SHELL181 191
12.3 ANSYS結構分析常用材料模型 201
12.3.1 常用材料模型的分類 201
12.3.2 常用材料模型的創建 202
12.4 直接生成有限元模型 203
12.4.1 節點的創建和操作 203
12.4.2 單元的創建和操作 204
12.5 創建有限元模型的高級技術 205
12.5.1 自適應單元劃分 205
12.5.2 子模型技術 207
第13章 載入和求解 210
13.1 載荷和載荷步 210
13.1.1 載荷的類型 210
13.1.2 載荷步、子步和平衡疊代 211
13.1.3 載荷步選項 211
13.2 DOF 約束 216
13.2.1 施加DOF約束 217
13.2.2 約束操作 218
13.2.3 對稱和反對稱約束 218
13.2.4 約束衝突 220
13.3 集中載荷 220
13.4 表面載荷 221
13.4.1 施加表面載荷 221
13.4.2 表面載荷操作 224
13.4.3 壓力梯度及載入 224
13.4.4 函式載入 225
13.4.5 表面效應單元 228
13.5 體載荷 229
13.5.1 施加體載荷 229
13.5.2 操作體載荷 230
13.5.3 慣性載荷 230
13.6 特殊載荷 230
13.6.1 耦合場載荷 230
13.6.2 初始狀態 231
13.6.3 預緊力載荷 233
13.7 求解器 236
13.7.1 概述 236
13.7.2 求解器類型 238
13.8 分析類型 239
13.9 多載荷步求解 239
13.9.1 用多個SOLVE命令直接求解 239
13.9.2 用載荷步檔案求解 240
13.9.3 用載荷數組參數求解 241
第14章 結果後處理 242
14.1 概述 242
14.1.1 結果檔案 242
14.1.2 基本解和導出解 242
14.2 通用後處理器 243
14.2.1 讀取結果數據到資料庫 243
14.2.2 結果坐標系 244
14.2.3 單元表 245
14.2.4 結果圖形顯示 250
14.2.5 路徑圖 258
14.2.6 列表操作 260
14.2.7 結果查詢 263
14.2.8 載荷工況 264
14.2.9 誤差估計 266
14.3 時間歷程後處理器 267
14.3.1 概述 267
14.3.2 用變數查看結果 268
14.4 動畫技術 273
第15章 其他輔助功能 275
15.1 檔案和檔案管理 275
15.1.1 概述 275
15.1.2 檔案操作 275
15.2 實體選擇、組件和部件 277
15.2.1 實體選擇 278
15.2.2 組件和部件 284
15.3 坐標系 284
15.3.1 坐標系和工作平面概述 284
15.3.2 有關坐標系的操作 287
第16章 結構線性靜力學分析 297
16.1 概述 297
16.2 桁架結構 298
16.3 梁結構 300
16.4 板殼結構 309
16.5 平面結構 311
16.6 空間結構 317
第17章 ANSYS結構動力學分析 328
17.1 概述 328
17.2 模態分析 328
17.2.1 模態分析的求解方法 328
17.2.2 模態分析步驟 329
17.2.3 模態分析選項 330
17.3 諧回響分析 341
17.3.1 諧回響分析概述 341
17.3.2 諧回響分析步驟 342
17.3.3 諧回響分析操作 344
17.4 瞬態動力學分析 353
17.4.1 瞬態動力學分析方法 353
17.4.2 完全法瞬態動力學分析步驟 354
17.4.3 模態疊加法瞬態動力學分析步驟 355
17.4.4 瞬態動力學分析操作 356
17.4.5 積分時間步長的確定 359
17.5 譜分析 374
17.5.1 概述 374
17.5.2 單點回響譜分析步驟 375
第18章 非線性分析 385
18.1 非線性分析的基本概念 385
18.1.1 概述 385
18.1.2 非線性有限元方程的求解方法 386
18.1.3 非線性分析的特性 387
18.2 非線性分析的基本過程 388
18.2.1 非線性分析的步驟 388
18.2.2 非線性分析的操作 389
18.3 幾何非線性分析 392
18.3.1 幾何非線性概述 392
18.3.2 應力和應變 392
18.3.3 幾何非線性分析的注意事項 393
18.3.4 屈曲分析 394
18.4 材料非線性分析 399
18.4.1 材料非線性概述 399
18.4.2 塑性力學的基本法則 400
18.4.3 輸入材料數據 401
18.5 狀態非線性分析 405
18.5.1 接觸概述 405
18.5.2 接觸問題的基本知識 406
18.5.3 面-面接觸 408
18.6 單元生死技術 425
18.6.1 概述 425
18.6.2 單元生死的實現和套用 426
18.6.3 使用ANSYS結果控制單元生死 427
18.6.4 單元生死有關操作 427
第19章 耦合場分析 441
19.1 耦合場分析概述 441
19.1.1 耦合場分析的定義 441
19.1.2 耦合場分析的類型 441
19.2 熱應力計算 443
19.2.1 ANSYS熱分析簡介 443
19.2.2 穩態熱分析步驟 445
19.2.3 瞬態熱分析步驟 446
19.2.4 熱應力計算方法 448
19.3 流固耦合分析 455
19.3.1 ANSYS流體動力學分析簡介 455
19.3.2 ANSYS流固耦合分析 461
第20章 參數化設計語言APDL及最佳化設計 468
20.1 參量及操作 468
20.1.1 參量的定義和賦值 468
20.1.2 數組參量 469
20.1.3 表格型數組的定義和套用 473
20.2 ANSYS內部函式和獲取函式 475
20.2.1 內部函式 475
20.2.2 獲取函式 476
20.3 分支、循環和重複功能 478
20.3.1 分支 478
20.3.2 循環 479
20.3.3 重複功能 479
20.4 宏 484
20.4.1 宏的創建 484
20.4.2 宏的運行 486
20.4.3 宏的參量 486
20.5 定製用戶化界面 487
20.5.1 創建及編輯縮寫 487
20.5.2 提示用戶輸入單個參量值 487
20.5.3 用MULTIPRO命令創建一個對話框 488
20.5.4 訊息對話框 489
20.6 最佳化設計 489
附錄 496
參考文獻 499
2.10.4 單元應力 33
2.10.5 單元剛度矩陣 33
第3章 最小勢能原理和有限單元法 37
3.1 最小勢能原理 37
3.2 基於最小勢能原理的有限單元法 38
3.3 對有限單元法收斂和精度的分析 39
3.3.1 相容性要求 39
3.3.2 完備性要求 40
3.3.3 收斂和精度 40
第4章 三維問題的有限單元法 42
4.1 三維應力狀態 42
4.2 三維問題的四面體單元 43
4.2.1 位移函式 43
4.2.2 單元剛度矩陣 44
4.2.3 載荷移置與等效節點載荷 44
4.3 軸對稱問題及其有限單元法 45
4.3.1 軸對稱問題 45
4.3.2 軸對稱問題的有限單元法 46
第5章 梁單元 48
5.1 直梁平面彎曲問題及梁單元 48
5.1.1 直梁平面彎曲問題 48
5.1.2 直梁平面彎曲問題的有限單元法 48
5.2 鐵摩辛柯梁單元 52
第6章 等參數單元 55
6.1 4節點矩形單元 55
6.2 平面4節點等參數單元 56
6.2.1 坐標變換和等參數單元 56
6.2.2 單元剛度矩陣的計算 58
6.2.3 其他參數單元 60
6.3 高斯積分法 60
6.4 剪下閉鎖、體積閉鎖、沙漏等概念簡介 62
6.4.1 剪下閉鎖 62
6.4.2 體積閉鎖 62
6.4.3 沙漏 63
第7章 板殼單元 67
7.1 板彎曲的有限單元法 67
7.1.1 克希霍夫（Kirchhoff）薄板理論 67
7.1.2 基於薄板理論的非協調板單元 69
7.1.3 考慮橫向剪下影響的平板彎曲單元 71
7.2 薄殼結構的有限單元法 73
第8章 有限元方程解法 75
8.1 概述 75
8.2 總體剛度矩陣的一維變頻寬存儲 75
8.3 直接法 76
8.3.1 高斯消元法 76
8.3.2 LU分解法 76
8.3.3 波前法 77
8.4 疊代法 79
8.4.1 雅可比疊代法和賽德爾疊代法 79
8.4.2 共軛梯度法 80
第9章 結構動力學分析 83
9.1 結構的動力學方程 83
9.2 結構的自振頻率和振型 84
9.2.1 概述 84
9.2.2 基本QR法 85
9.2.3 蘭索斯法 85
9.3 結構動力回響的求解方法 86
9.3.1 直接積分法 87
9.3.2 振型疊加法 88
第10章 ANSYS的基本使用方法 90
10.1 實例E10-1——平面桁架的受力分析 90
10.1.1 問題描述及解析解 90
10.1.2 分析步驟 90
10.1.3 命令流 94
10.2 ANSYS的主要功能 95
10.3 ANSYS的特點 96
10.4 ANSYS產品簡介 96
10.5 處理器 97
10.6 ANSYS軟體的使用 97
10.6.1 ANSYS軟體解決問題的步驟 97
10.6.2 命令輸入方法 98
10.7 圖形用戶界面 99
10.7.1 圖形用戶界面（GUI） 99
10.7.2 對話框及其組成控制項 100
10.7.3 ANSYS的選單系統 102
練習題 105
第11章 實體建模技術 106
11.1 概述 106
11.2 基本建模技術 106
11.2.1 關鍵點的創建 106
11.2.2 線的創建 107
11.2.3 面的創建 115
11.2.4 體的創建 118
11.3 工作平面 119
11.3.1 工作平面的設定 120
11.3.2 工作平面的偏移和旋轉 120
11.4 高級建模技術 124
11.4.1 布爾運算 124
11.4.2 擠出 129
11.4.3 有關實體建模的其他操作 130
練習題 138
第12章 有限元模型的創建 140
12.1 幾何模型的單元劃分 144
12.1.1 單元劃分的步驟 144
12.1.2 單元類型 144
12.1.3 定義實常數 145
12.1.4 材料屬性 145
12.1.5 截面 147
12.1.6 分配單元屬性 150
12.1.7 單元形狀及劃分方法選擇 151
12.1.8 單元尺寸控制 151
12.1.9 劃分單元命令 154
12.1.10 MeshTool對話框 154
12.1.11 單元形狀檢查 154
12.1.12 修改格線 156
12.2 常用ANSYS單元類型 158
12.2.1 概述 158
12.2.2 LINK11 162
12.2.3 LINK180 163
12.2.4 BEAM188 165
12.2.5 BEAM189 174
12.2.6 PLANE182 176
12.2.7 PLANE183 179
12.2.8 SOLID185 184
12.2.9 SOLID186 187
12.2.10 SHELL181 191
12.3 ANSYS結構分析常用材料模型 201
12.3.1 常用材料模型的分類 201
12.3.2 常用材料模型的創建 202
12.4 直接生成有限元模型 203
12.4.1 節點的創建和操作 203
12.4.2 單元的創建和操作 204
12.5 創建有限元模型的高級技術 205
12.5.1 自適應單元劃分 205
12.5.2 子模型技術 207
第13章 載入和求解 210
13.1 載荷和載荷步 210
13.1.1 載荷的類型 210
13.1.2 載荷步、子步和平衡疊代 211
13.1.3 載荷步選項 211
13.2 DOF 約束 216
13.2.1 施加DOF約束 217
13.2.2 約束操作 218
13.2.3 對稱和反對稱約束 218
13.2.4 約束衝突 220
13.3 集中載荷 220
13.4 表面載荷 221
13.4.1 施加表面載荷 221
13.4.2 表面載荷操作 224
13.4.3 壓力梯度及載入 224
13.4.4 函式載入 225
13.4.5 表面效應單元 228
13.5 體載荷 229
13.5.1 施加體載荷 229
13.5.2 操作體載荷 230
13.5.3 慣性載荷 230
13.6 特殊載荷 230
13.6.1 耦合場載荷 230
13.6.2 初始狀態 231
13.6.3 預緊力載荷 233
13.7 求解器 236
13.7.1 概述 236
13.7.2 求解器類型 238
13.8 分析類型 239
13.9 多載荷步求解 239
13.9.1 用多個SOLVE命令直接求解 239
13.9.2 用載荷步檔案求解 240
13.9.3 用載荷數組參數求解 241
第14章 結果後處理 242
14.1 概述 242
14.1.1 結果檔案 242
14.1.2 基本解和導出解 242
14.2 通用後處理器 243
14.2.1 讀取結果數據到資料庫 243
14.2.2 結果坐標系 244
14.2.3 單元表 245
14.2.4 結果圖形顯示 250
14.2.5 路徑圖 258
14.2.6 列表操作 260
14.2.7 結果查詢 263
14.2.8 載荷工況 264
14.2.9 誤差估計 266
14.3 時間歷程後處理器 267
14.3.1 概述 267
14.3.2 用變數查看結果 268
14.4 動畫技術 273
第15章 其他輔助功能 275
15.1 檔案和檔案管理 275
15.1.1 概述 275
15.1.2 檔案操作 275
15.2 實體選擇、組件和部件 277
15.2.1 實體選擇 278
15.2.2 組件和部件 284
15.3 坐標系 284
15.3.1 坐標系和工作平面概述 284
15.3.2 有關坐標系的操作 287
第16章 結構線性靜力學分析 297
16.1 概述 297
16.2 桁架結構 298
16.3 梁結構 300
16.4 板殼結構 309
16.5 平面結構 311
16.6 空間結構 317
第17章 ANSYS結構動力學分析 328
17.1 概述 328
17.2 模態分析 328
17.2.1 模態分析的求解方法 328
17.2.2 模態分析步驟 329
17.2.3 模態分析選項 330
17.3 諧回響分析 341
17.3.1 諧回響分析概述 341
17.3.2 諧回響分析步驟 342
17.3.3 諧回響分析操作 344
17.4 瞬態動力學分析 353
17.4.1 瞬態動力學分析方法 353
17.4.2 完全法瞬態動力學分析步驟 354
17.4.3 模態疊加法瞬態動力學分析步驟 355
17.4.4 瞬態動力學分析操作 356
17.4.5 積分時間步長的確定 359
17.5 譜分析 374
17.5.1 概述 374
17.5.2 單點回響譜分析步驟 375
第18章 非線性分析 385
18.1 非線性分析的基本概念 385
18.1.1 概述 385
18.1.2 非線性有限元方程的求解方法 386
18.1.3 非線性分析的特性 387
18.2 非線性分析的基本過程 388
18.2.1 非線性分析的步驟 388
18.2.2 非線性分析的操作 389
18.3 幾何非線性分析 392
18.3.1 幾何非線性概述 392
18.3.2 應力和應變 392
18.3.3 幾何非線性分析的注意事項 393
18.3.4 屈曲分析 394
18.4 材料非線性分析 399
18.4.1 材料非線性概述 399
18.4.2 塑性力學的基本法則 400
18.4.3 輸入材料數據 401
18.5 狀態非線性分析 405
18.5.1 接觸概述 405
18.5.2 接觸問題的基本知識 406
18.5.3 面-面接觸 408
18.6 單元生死技術 425
18.6.1 概述 425
18.6.2 單元生死的實現和套用 426
18.6.3 使用ANSYS結果控制單元生死 427
18.6.4 單元生死有關操作 427
第19章 耦合場分析 441
19.1 耦合場分析概述 441
19.1.1 耦合場分析的定義 441
19.1.2 耦合場分析的類型 441
19.2 熱應力計算 443
19.2.1 ANSYS熱分析簡介 443
19.2.2 穩態熱分析步驟 445
19.2.3 瞬態熱分析步驟 446
19.2.4 熱應力計算方法 448
19.3 流固耦合分析 455
19.3.1 ANSYS流體動力學分析簡介 455
19.3.2 ANSYS流固耦合分析 461
第20章 參數化設計語言APDL及最佳化設計 468
20.1 參量及操作 468
20.1.1 參量的定義和賦值 468
20.1.2 數組參量 469
20.1.3 表格型數組的定義和套用 473
20.2 ANSYS內部函式和獲取函式 475
20.2.1 內部函式 475
20.2.2 獲取函式 476
20.3 分支、循環和重複功能 478
20.3.1 分支 478
20.3.2 循環 479
20.3.3 重複功能 479
20.4 宏 484
20.4.1 宏的創建 484
20.4.2 宏的運行 486
20.4.3 宏的參量 486
20.5 定製用戶化界面 487
20.5.1 創建及編輯縮寫 487
20.5.2 提示用戶輸入單個參量值 487
20.5.3 用MULTIPRO命令創建一個對話框 488
20.5.4 訊息對話框 489
20.6 最佳化設計 489
附錄 496
參考文獻 499
