ANSYS Workbench 17.0數值模擬與實例精解

《ANSYS Workbench 17.0數值模擬與實例精解》是2017年人民郵電出版社出版的圖書，作者是付穌昇。

基本介紹

• 書名：ANSYS Workbench 17.0數值模擬與實例精解
• 作者：付穌昇
• 出版社：人民郵電出版社
• 出版時間：2017年12月01日
• 頁數：323 頁
• 定價：79 元
• 開本：16 開
• 裝幀：平裝
• ISBN：9787115466358

內容簡介

本書以ANSYS Workbench 17.0軟體平台為基礎進行編寫，涵蓋的分析範圍領域較寬泛，主要內容包括DM幾何建模與模型清理，格線劃分，工程數據定義，Mechanical常用（前、後處理）設定，線性靜力學，動力學（模態、諧回響、隨機振動、譜分析、瞬態動力學、顯示動力學和剛體動力學等），非線性問題（接觸非線性、狀態非線性和材料非線性），屈曲分析（非線性與線性），熱分析（穩態、瞬態、相變和熱結構耦合），子模型，ACP複合材料，nCode疲勞，Fatigue Tool疲勞工具，多物理耦合場，以及DX最佳化設計等。

全書以基本理論簡述、仿真流程說明、複雜實例詳解為主線進行講解，提供詳盡的Step By Step操作流程，難能可貴的是對當前同類書籍中未能提及的重點內容進行詳細講解和舉例說明，並提供複雜問題和操作的視頻講解。讀者仔細閱讀本書並勤加練習，一定會在ANSYS Workbench軟體使用和相關工程項目計算方面有所收穫。

本書附贈45個案例的660分鐘的多媒體教學視頻及案例分析檔案，讀者可掃描二維碼自行獲取並使用。

本書適合於從事產品設計、分析與最佳化的工程技術人員，以及CAE仿真分析的愛好者自學。

作者簡介

付穌昇：碩士，中國機械工程學會機械工程師，曾完成多項大型機械結構產品的強度、疲勞、動力學和非線性等相關計算及最佳化工作，工作於中國航天科技集團某上市集團公司技術研發中心。

圖書目錄

第1章　ANSYS Workbench基礎介紹　12

1．1　ANSYS Workbench概述　12

1．2　ANSYS Workbench平台與模組　12

1．2．1　ANSYS Workbench啟動方式　12

1．2．2　Workbench平台界面　13

1．2．3　主選單欄　14

1．2．4　基本工具列　15

1．2．5　工具箱　15

1．2．6　項目流程圖　16

1．3　ANSYS Workbench檔案管理　16

1．4　ANSYS Workbench單位系統　17

1．5　本章小結　18

第2章　幾何建模與模型清理　19

2．1　DesignModeler概述　19

2．1．1　DesignModeler介紹　19

2．1．2　DesignModeler啟動和CAD檔案互動　19

2．1．3　DesignModeler互動界面　20

2．1．4　DesignModeler主選單欄　20

2．1．5　DesignModeler工具列　21

2．1．6　滑鼠操作　22

2．1．7　選擇過濾器　22

2．1．8　框選　22

2．1．9　選擇面板　23

2．1．10　圖形控制　23

2．1．11　彈出快捷選單　23

2．2　草圖繪製　24

2．2．1　單位制　25

2．2．2　創建新平面和平面變換　25

2．2．3　創建新草繪　26

2．2．4　草繪工具　26

2．2．5　草圖投影與援引　28

2．3　3D建模創建與工具　28

2．3．1　體和零件　28

2．3．2　3D特徵操作（【Create】選單）　29

2．3．3　高級工具（【Tools】選單）　30

2．4　參數化建模　31

2．4．1　DM參數化建模　31

2．4．2　一般CAD軟體參數化導入DM的方法　32

2．5　概念建模　33

2．5．1　創建線體　33

2．5．2　建立面　35

2．6　幾何建模實例　36

2．6．1　構件搬運台車建模實例　36

2．6．2　飛機機翼1D和2D混合建模實例　40

2．7　幾何清理實例　45

渦輪機外殼結構幾何清理簡化實例　45

2．8　本章小結　48

第3章　工程數據定義與格線劃分　49

3．1　工程數據定義基礎　49

3．1．1　Engineering Data界面　49

3．1．2　定義材料參數　50

3．1．3　添加新材料進入材料庫　51

3．1．4　賦予材料屬性　52

3．2　格線劃分技術　52

3．2．1　全局格線控制　52

3．2．2　局部格線劃分控制　55

3．2．3　虛擬拓撲　59

3．2．4　預覽和生成格線　60

3．3　格線劃分實例　61

3．3．1　裁紙凹模三維結構格線劃分　61

3．3．2　Semi-Elliptocal Crack裂紋格線劃分　63

3．3．3　旋風分離器格線劃分　65

3．3．4　三通管膨脹層格線劃分實例　67

3．3．5　簡易形狀結構快速格線劃分實例　68

3．4　本章小結　70

第4章　Workbench-Mechanical 通用設定　71

4．1　Workbench-Mechanical概述　71

4．2　Mechanical分析基本步驟　71

4．3　Mechanical互動界面　72

4．3．1　選單欄　72

4．3．2　工具列　72

4．3．3　導航樹　73

4．3．4　明細欄　73

4．3．5　圖形視窗　73

4．3．6　程式套用嚮導　74

4．4　導航樹基本分支與操作流程說明　74

4．4．1　預處理　74

4．4．2　求解模型　75

4．4．3　後處理　75

4．5　常用基本預處理操作　76

4．5．1　坐標系Coordinate Systems　76

4．5．2　命名選擇Named Selections　76

4．5．3　目標生成器Object Generator　77

4．5．4　注釋設定Annotation Preferences　77

4．5．5　自定義節點編號Mesh Numbering　78

4．5．6　遠程點Remote Point　78

4．6　本章小結　79

第5章　線性靜力學結構分析　80

5．1　線性靜力學分析基礎　80

5．1．1　2D平面問題　80

5．1．2　1D桿與梁的問題　81

5．1．3　板殼和3D結構分析　82

5．2　線性靜力學分析流程　82

5．3　線性靜力學分析載荷與支撐　83

5．3．1　慣性載荷　83

5．3．2　載荷與約束　84

5．4　結果後處理　86

5．4．1　變形　87

5．4．2　應力和應變　87

5．4．3　線性化應力　88

5．4．4　應力工具　89

5．4．5　接觸工具　90

5．4．6　疲勞工具　90

5．4．7　梁工具　90

5．4．8　探測　91

5．4．9　用戶自定義結果　91

5．4．10　圖形顯示　91

5．4．11　求解組合　92

5．4．12　收斂　92

5．4．13　應力奇異　92

5．5　靜力學結構分析實例　93

5．5．1　一榀鋼樑結構靜力學分析　93

5．5．2　電動缸銷軸結構靜力學分析　95

5．6　本章小結　99

第6章　動力學分析概述　100

6．1　動力學分析的目的　100

6．1．1　動力學分析涉及的物理現象　100

6．1．2　動力學分析類型　100

6．1．3　動力學有限元建模原則　101

6．2　通用運動控制方程　101

6．3　阻尼　102

6．3．1　單元阻尼　102

6．3．2　Alpha阻尼和Beta阻尼　102

6．3．3　常數阻尼　103

6．3．4　數值阻尼　104

6．4　本章小結　104

第7章　模態分析　105

7．1　模態分析基礎　105

7．1．1　模態分析的目的　105

7．1．2　術語和概念　105

7．1．3　振型歸一化　106

7．1．4　模態分析接觸設定　106

7．1．5　預應力設定　106

7．1．6　分析設定　106

7．1．7　參與因子與有效質量　107

7．2　模態分析基本流程　108

7．3　模態分析實例　108

簡易機翼結構預應力模態分析　108

7．4　本章小結　112

第8章　諧回響分析　113

8．1　諧回響分析基礎　113

8．1．1　諧回響分析的目的　113

8．1．2　諧回響分析的輸入與輸出　113

8．1．3　諧回響分析運動方程　113

8．1．4　諧回響分析求解方法　114

8．2　諧回響分析基本流程　114

8．3　諧回響分析實例　116

連桿結構諧回響分析　116

8．4　本章小結　121

第9章　回響譜分析　122

9．1　回響譜分析意義　122

9．2　回響譜分析基礎　122

9．2．1　回響譜的定義與產生　122

9．2．2　回響譜分析類型　123

9．2．3　單點回響譜分析　123

9．2．4　多點回響譜分析　124

9．3　回響譜分析基本流程　124

9．4　回響譜分析實例　126

石油井架地震單點回響譜分析　126

9．5　本章小結　128

第10章　隨機振動分析　129

10．1　隨機振動分析的目的　129

10．2　功率譜密度　129

10．3　隨機振動理論簡介　130

10．3．1　隨機振動計算的假設與限制　130

10．3．2　隨機振動分布規律　130

10．3．3　隨機振動理論　130

10．4　隨機振動分析基本流程　131

10．5　隨機振動分析實例　132

車用杯架隨機振動分析　132

10．6　本章小結　134

第11章　瞬態動力學分析　135

11．1　瞬態動力學分析基礎　135

11．1．1　瞬態動力學分析特點　135

11．1．2　瞬態動力學分析術語　135

11．2　瞬態動力學分析求解技術（完全法）　136

11．2．1　瞬態分析中的非線性　136

11．2．2　平衡疊代與收斂　137

11．2．3　載荷步、子步與平衡疊代　137

11．2．4　自動時間步　138

11．2．5　完全瞬態動力學的分析設定　138

11．2．6　Initial Conditions初始條件設定　139

11．2．7　載荷與約束　140

11．3　瞬態動力學分析求解技術（模態疊加法）　140

11．4　瞬態動力學分析基本流程　140

11．5　瞬態動力學分析實例　141

銅管折彎瞬態動力學分析　141

11．6　本章小結　143

第12章　剛體動力學分析　144

12．1　剛體動力學分析簡介　144

12．2　剛體動力學裝配連線　144

12．2．1　運動副（Joints）　144

12．2．2　彈簧（Springs）　145

12．2．3　接觸對關係　145

12．2．4　約束方程　145

12．3　剛體動力學分析流程　146

12．4　Motion Load載荷導入靜力學分析流程　147

12．5　剛體動力學分析實例　147

某剪下送物機構剛體動力學分析　147

12．6　本章小結　151

第13章　顯式動力學分析　152

13．1　顯式動力學分析簡介　152

13．2　顯式動力學分析流程　153

13．3　顯式動力學分析實例　154

13．3．1　易拉罐顯式動力學分析　154

13．3．2　沖錘撞擊鋼筋混凝土結構顯式動力學分析　156

13．3．3　電路板跌落顯式動力學分析　158

13．4　本章小結　161

第14章　結構非線性分析　162

14．1　非線性分析背景　162

14．1．1　結構非線性的定義　162

14．1．2　非線性行為類型　162

14．1．3　構建非線性模型　163

14．2　非線性求解與收斂　164

14．2．1　牛頓-辛普森方程　164

14．2．2　收斂與收斂判據　164

14．2．3　載荷步、時間步與平衡疊代　164

14．2．4　求解控制　165

14．2．5　重啟動控制　165

14．2．6　非線性控制　166

14．3　接觸與接觸設定　166

14．3．1　接觸的基本概念　166

14．3．2　接觸協調　167

14．3．3　探測方法　168

14．3．4　修剪接觸　168

14．3．5　穿透和滑移容差　168

14．3．6　法向接觸剛度　169

14．3．7　Pinball區域　170

14．3．8　對稱/非對稱行為　170

14．3．9　接觸中的體類型　171

14．3．10　界面處理與接觸幾何修正　171

14．3．11　接觸工具　173

14．4　率無關塑性基礎　173

14．4．1　金屬塑性背景　173

14．4．2　屈服準則　174

14．4．3　塑性流動法則　175

14．4．4　強化準則　176

14．4．5　雙線性隨動（等向）強化　176

14．4．6　多線性隨動（等向）強化　177

14．4．7　Chaboche隨動強化　177

14．4．8　Chaboche材料擬合與輸入　178

14．4．9　循環載入　179

14．5　超彈體基礎　180

14．5．1　超彈體概述　180

14．5．2　超彈體常用模型　181

14．5．3　超彈體曲線擬合方法　183

14．6　非線性分析實例　184

14．6．1　鋼板彈簧非線性分析　184

14．6．2　彈片按鈕非線性分析　187

14．6．3　密封圈擠壓非線性分析　191

14．7　本章小結　194

第15章　屈曲分析　195

15．1　屈曲分析的目的　195

15．2　特徵值屈曲分析　195

15．2．1　特徵值屈曲分析基礎　195

15．2．2　特徵值屈曲分析流程　196

15．3　非線性屈曲分析　198

15．3．1　非線性屈曲分析求解方法　198

15．3．2　非線性屈曲引入缺陷的一種方法　199

15．3．3　非線性屈曲分析求解過程　199

15．4　線性屈曲分析實例　199

電動缸活塞桿線性屈曲分析　199

15．5　非線性屈曲分析實例　202

外殼結構非線性屈曲分析　202

15．6　本章小結　204

第16章　子模型分析　205

16．1　子模型方法簡介　205

16．1．1　子模型方法定義　205

16．1．2　子模型分析方法意義　205

16．1．3　子模型計算前提　206

16．1．4　子模型分析的注意事項　206

16．2　子模型分析流程　206

16．3　子模型法分析實例　206

夾緊機構鉗型零件子模型分析實例　206

16．4　本章小結　210

第17章　熱分析　211

17．1　熱分析基礎　211

17．1．1　熱分析的目的　211

17．1．2　熱傳遞的3種基本類型　211

17．1．3　熱力學第一定律　212

17．1．4　熱分析的控制方程　212

17．1．5　熱載荷與邊界條件　213

17．2　穩態熱分析　214

17．3　瞬態熱分析與非線性熱分析　214

17．3．1　瞬態熱分析定義與考慮因素　214

17．3．2　瞬態熱分析控制方程　214

17．3．3　時間步長預測與時間積分　215

17．3．4　非線性熱分析　216

17．3．5　初始條件　217

17．4　相變分析　217

17．4．1　潛在熱量與焓　217

17．4．2　相變分析基本思路　217

17．5　熱-結構耦合分析　218

17．5．1　熱-結構耦合分析簡介　218

17．5．2　熱-結構順序耦合分析設定　219

17．6　熱分析基本過程　220

17．7　穩態熱分析實例　220

簡易城牆穩態熱分析　220

17．8　瞬態熱分析實例　222

奶瓶降溫瞬態熱分析　222

17．9　相變熱分析實例　225

鑄鋼軸相變熱分析　225

17．10　熱輻射分析實例　226

雙環結構熱輻射分析　226

17．11　本章小結　228

第18章　ACP複合材料分析　229

18．1　複合材料與ACP　229

18．2　失效準則　229

18．3　ACP分析基本流程　231

18．3．1　ACP（Pre）前處理　231

18．3．2　ACP（Pre）互動界面　232

18．3．3　Material Data設定　232

18．3．4　Element Sets與Edge Sets設定　233

18．3．5　Geometry設定　233

18．3．6　Rosettes設定　233

18．3．7　Oriented Element Sets設定　234

18．3．8　ModelingGroup設定　234

18．3．9　Solid Models設定　235

18．3．10　ACP（Post）後處理　235

18．4　複合材料ACP分析實例　235

18．4．1　風機導流罩鋪層設計　235

18．4．2　實體複合材料板組合裝配拉伸分析　239

18．5　本章小結　245

第19章　疲勞工具Fatigue Tool　246

19．1　疲勞分析概述　246

19．1．1　疲勞破壞機理　247

19．1．2　疲勞問題的分類　247

19．2　應力疲勞分析　248

19．2．1　應力定義　248

19．2．2　S-N曲線（應力壽命曲線）　248

19．2．3　平均應力的影響　249

19．2．4　疲勞強度因子（Fatigue Strength Factor）　250

19．2．5　雨流計數　250

19．2．6　Miner損傷累積　251

19．2．7　恆定振幅、比例載荷應力疲勞分析與流程　251

19．2．8　不定振幅載荷應力疲勞分析　254

19．2．9　非比例載荷疲勞分析與流程　255

19．3　應變疲勞流程　255

19．3．1　應變疲勞材料定義　255

19．3．2　平均應力修正　256

19．4　Fatigue Tool疲勞工具分析實例　257

19．4．1　雙圓形缺口板狀結構應變疲勞分析　257

19．4．2　把手結構非比例載荷應力疲勞分析　259

19．5　本章小結　262

第20章　ANSYS nCode DesignLife疲勞基礎　263

20．1　ANSYS nCode DesignLife與Workbench平台　263

20．2　ANSYS nCode DesignLife標準5框圖　263

20．2．1　FE_Input設定　264

20．2．2　Material Mapping設定　265

20．2．3　Load Mapping設定　266

20．2．4　Analysis Engine設定　267

20．2．5　Fatigue_Results_Display設定　268

20．3　預定義nCode疲勞分析流程　269

20．4　nCode應力疲勞分析實例　269

20．4．1　連桿結構應力疲勞分析　269

20．4．2　某減震鋼片隨機振動疲勞分析　274

20．4．3　托架結構焊縫疲勞分析　276

20．5　本章小結　279

第21章　多物理耦合場分析　280

21．1　Workbench多物理耦合場分析簡介　280

21．2　多物理耦合分析實例　281

21．2．1　城牆穩態熱結構耦合分析　281

21．2．2　鏡筒熱形變瞬態順序耦合分析　282

21．2．3　基於ACT的壓電梁靜力學分析　285

21．2．4　三通管熱流固耦合分析　287

21．2．5　基於ACT的泊車位移感測器測距分析　296

21．3　本章小結　299

第22章　最佳化工具Design　Exploration　300

22．1　Design Exploration最佳化工具概述　300

22．2　Design Exploration分析流程　300

22．2．1　參數定義與參數設定Parameter Set　301

22．2．2　實驗設計法DOE（Design of Experiments）　303

22．2．3　參數關聯性（Parameter Correlation）　304

22．2．4　回響面（Response Surface）　305

22．2．5　Optimization（最佳化）　306

22．2．6　Six Sigma分析　308

22．3　Design Exploration最佳化分析實例　309

22．3．1　吊鉤結構回響面最佳化分析　309

22．3．2　承載鋼片6_sigma可靠性分析　313

22．4　本章小結　317

第23章　拓撲最佳化　318

23．1　ANSYS拓撲最佳化簡述　318

23．2　Shape Optimization（Beta）最佳化實例　318

基於Shape Optimization腳踏車車架拓撲最佳化　318

23．3　Ansys Topology Optimization（ACT）拓撲最佳化實例　320

23．3．1　基於ANSYS Shape Optimization（ACT）腳踏車車架拓撲最佳化　320

23．3．2　基於ANSYS Shape Optimization（ACT）機械臂拓撲最佳化　321

23．4　本章小結　323

參考文獻　324