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ANSYS Workbench基础教程与实例详解(第2版) 评分

ANSYS Workbench基础教程与实例详解(第2版 ANSYS Workbench基础教程与实例详解(第2版 ANSYS Workbench基础教程与实例详解(第2版
万水 ANSYS技术丛书 ANSYS Workbench基础教程与 实例详解(第二版) 浦广益编著 0枣利邮电版 www.waterpub.com.cn 内容提要 本书融有限元分析的基础知识和 ANSYS Workbench应用实例为一体,配以大量的案例 分析,从而在基础理论和工程实践应用之间架起座桥梁。全书共14章,分别讲解 ANSYS Work bench基础知识;几何建模基础:网格划分平台: Workbench界面与经典 ANSYS ( MAPDI):线性静力结构分析、工程热分析、动力学分析(包括隐式和显式动力学)、屈 曲分析、结构非线性分析:流体动力学分析;电磁场分析:优化设计和多物理场耦合分析及 综合应用,主要包括不同物理场耦合技术在产品研发中的应用,这些都反映了当今国际上仿 真技术发展的最新应用成果。 为了提高读者的学习效率,本书还特别配套2张DVD光盘,内含书中实例的模型文件 和计算文件。 本书可作为机械、土木、工程力学、能源、电子通信、航空航天等专业的高年级本科生 广大研究生和教师的参考书及教学用书,亦可供相关领域从事产品设计、仿真与优化的工程 技术人员和广大CAE爱好者学习参考。 图书在版编目(CIP)数据 ANSYS Workbench基础教程与实例详解/浦广益编著 2版.一北京:中国水利水电出版社,2013.4 (万水 ANSYS技术从书) ISBN978-7-5170-0635-0 ①A…I.①浦…Ⅲ.①有限元分析一应用软件 Ⅳ.①0241.82-39 中国版本图书馆CIP数据核字(2013)第022353号 策划编辑:杨元泓 责任编辑:宋俊娥 封面设计:李佳 书名万水 ANSYS技术丛书 ANSYS Workbench基础教程与实例详解(第二版) 作者浦广益编著 出版发行中国水利水电出版社 北京市海淀区玉渊潭南路1号D座100038) 网址:www.waterpub.com.cn E-mail: channel(a263.net(万水) sales(a waterpub. com. cn 电话:(010)68367658(发行部)、82562819(万水) 经售北京科水图书销售中心(零售) 电话:(010)88383994、63202643、68545874 全国各地新华书店和相关出版物销售网点 排版北京万水电子信息有限公司 印刷北京蓝空印刷厂 规格184mm×260mm16开本37.25印张946于字 版次2010年10月第1版2010年10月第1次印刷 2013年4月第2版2013年4月第1次印刷 印数0001-4000册 定价780元(赠2DVD) 凡购买我社图书,如有缺页、倒页、脱页的,木社发行部负责调换 版权所有·侵权必究 序 我国正处于从中国制造到中国创造的转型期,经济环境充满挑战。由于80%的 成本在产品研发阶段确定,如何在产品研发阶段提高产品附加值成为制造企业关 注的焦点 在当今世界,不借助数字建模来优化和测试产品,新产品的设计将无从着手 因此越来越多的企业认识到工程仿真的重要性,并在不断加强应用水平。工程仿 真已在航空、汽车、能源、电子、医疗保健、建筑和消费品等行业得到广泛应用。 大量研究及工程案例证实,使用工程仿真技术已经成为不可阻挡的趋势。 工程仿真是一件复杂的工作,工程师不但要有工程实践经验,同时要对多种不 同的工业软件了解掌握。与发达国家相比,我国仿真应用成熟度还有较大差距 仿真人才缺乏是制约行业发展的重要原因,这也意味着有技能、有经验的仿真工 程师在未来将具有广阔的职业前景。 ANSYS作为世界领先的工程仿真软件供应商,为全球各行业提供能完全集成 多物理场仿真软件工具的通用平台。对有意从事仿真行业的读者来说,选择业内 领先、应用广泛、前景广阔、覆盖面广的 ANSYS产品作为仿真工具,无疑将成为 您职业发展的重要助力 为满足读者的仿真学习需求, ANSYS与中国水利水电出版社合作,联合国内 多个领域仿真行业实战专家,出版了本系列丛书,包括 ANSYS核心产品系列、 ANSYS工程行业应用系列和 ANSYS高级仿真技术系列,读者可以根据自己的需 求选择阅读 作为工程仿真软件行业的领导者,我们坚信,培养用户走向成功,是仿真驱动 产品设计、设计创新驱动行业进步的关键。 ANSYS大中华区总经理,副总裁 于上海,2013年1月16日 前言 有人将CAE技术称为当今“科学与技术的完美结合”。这句话说得可能比较夸张,但不 可否认,CAE技术的确是现代产品研发的重要基础技术,且其理论性和需要的学科知识厚重 而宽广。 ANSYS有限元软件是目前CAE的主流分析软件之一,在全球拥有最大的用户群。2002 年, ANSYS公司开发了新一代产品研发集成平台 ANSYS Workbench,其新颖的操作界面和操 作思路一直深受用户欢迎,特别是近几年 ANSYS公司兼并了CFX和 FLUENT及 Ansoft等软 件,其一举成为全球CAE界的巨无霸。所有的这些软件均可集成于 ANSYS Workbench中, 可以想象 ANSYS Workbench具有多么强大的分析功能, Workbench集成平台亦是 ANSYS公 司今后重点发展的方向。 目前,国内关于 ANSYS Workbench的中文书籍整体来说还是较少。如何快速地掌握 ANSYS Workbench并用来解决实际工程问题一直是广大用户所面临的难题。 本书融有限元分析的基础知识和 ANSYS Workbench应用实例为一体,配以大量的案例分 析,从而在基础理论和匚程实践应用之间架起一座桥梁。全书共14章,第Ⅰ章讲解 ANSYS Workbench140基础知识:第2章讲解几何建模基础方法;第3章讲解在 Workbench下的网格 划分平台;第4章讲述了线性静力结构分析:第5章详细描述了 ANSYS Workbench与经典 ANSYS即 Mechanical APDL之间的关系;第6~13章分别讲解工程热分析、动力学(包括显 式动力学分析)、屈曲分析、结构非线性分析、流体动力学分析、电磁场分析、优化分析;第 14章是多物理场耦合分析的综合应用,主要包括不同物理场耦合技术在产品研发中的应用, 这些都反映了当令国际上仿真技术发展的最新应用成果 本书可作为机械、土木、工程力学、能源、电子通信、航空航天等专业的高年级本科生、 广大研究生和教师的参考书及教学用书,亦可供相关领域从事产品设计、仿真与优化的工程技 术人员和广大CAE爱好者学习参考。 木书在写作过程中得到了江南大学机槭工程学院和君远学院广大师生的大力支持,在此 深表谢意。感谢盛辉、浦阿亮、周文英、盛阶平、钱培珍、浦澄夕、周文虎、盛敏、周文龙和 蔡建新以及中国水利水电出版社等给予本书的帮助。 由于时间仓促,加之本书内容新、书中涉及面广及作者水平有限,书中不足甚至错误之 处在所难免,恳请广大读者批评指正。 作者于江南大学机械工程学院 2013年1月 目录 序 前言 第1章 ANSYS Workbench14.0基础 2.6 Design modeler与商业CAD软件…………26 1. ANSYS Work bench|40新功能概述1……1 27 DesignModeler实例分析……………………27 1.1.1扩展了工程应用… +“+++++“444 2.8概念建模……… 1目, 1.1.2复杂系统的仿真………… +++++4,+. 2.8.1从点生成线体………… 1.1.3HPC驱动创新…………………… 2.82从草图生成线体 12 ANSYS Work bench14.0的工作流程2……4 28.3从边生成线体 31 12.1启动 ANSYS Workbench140的方法…5 284从外部曲线的坐标文件生成线体……31 122 ANSYS Workbench140的用户界面 29概念建模实例…… (GUI)………… 2.10直接建模工具 ANSYS SCDM………………40 13 ANSYS Workbench140的文件管理 7 210.1 SpaceClaim软件4……………40 14 Mechanical apdi…,9 2.10.2 ANSYS Space Claim Direct Modeler 40 15启动 Mechanical aPDl的方法3……………10 2.10.3启动 ANSYS SCDM的方法 40 1.6本章小结 2.104 ANSYS SCDM建模工具…………41 第2章几何建模… …13 2.10.5 ANSYS SCDM的几何接口………42 2.1 DesignModeler几何建模基础 13 2.1 ANSYS SCDM建模实例 43 21.1 DesignModeler I4.0建模平台………13 2.12本章小结……… ……47 2.1.2 Design Modeler的鼠标操作 16 第3章网格划分…… 2.1.3特征抑制…… 17 3.1认识网格划分平台 ……48 2.2平面和草图模式 18 3.2典型网格划分法 …49 2.2.1进入草图 ……18 3,2.1四面体网格… 49 222创建新平面………………… 18 3.22扫掠型网格………49 2.23创建草图……………………………19 323自动划分法( Automatic Method)……50 233D几何体的生成…………… 3.24 Hex dominant网格划分… ……51 23.1多体部件体( Multi-Body Parts)……20 32.5多域扫掠型( MultiZone Sweep 23,2表面印记( Imprint Faces)… 21 Meshing)…………………:51 2.3.3填充(Fil)与包围( Enclosure)…23 326面体和线体的网格划分 24几何体的修复与简化…… …24 3.27直接划分网格…………………………52 24l几何体的修复( Repair)……………24 3.3网格划分的工作流程……………………52 2.4.2提取中面(Mid- Surface)……24 3.3.1确定物理场和网格划分法……………52 2.4.3接合( Joint) 3.32确定全局网格的设置 25分析工具( Analysis Tools) 3.3.3确定局部网格的设置 334预览并划分网格………………55 5.52材料特性…… …160 3.3.5检査网格质量· 5.53实常数或横截面特性 161 34网格划分实例…………………………56 554单元坐标系 …………………161 3.5 ANSYS ICEM-CFD介绍…………………73 56APDL命令…… …163 3.51 ANSYS ICEM CFD140软件…………73 561APDL命令的特点 163 3.52 ICEM CFD140文件类型……………74 5.6.2APDL参数 …164 3.53 ANSYS ICEM CFD140主菜单和 57 Mechanical中插入命令行…………………165 功能栏 75 57.1在树形窗 Geometry内插入命令行…166 3.54 ICEM CFD140的工作流程… 5.72在 Remote points(远端点)内 3.55 Workbench14.0和 ICEM CFD140…77 插入命令行 …167 356 ANSYS ICEM CFD140的实例分析·78 573在 Contact Regions(接触区域)内 3.6本章小结………… 95 插入命令行… ……167 第4章线性静力结构分析……… 96 5.74在 Joints(运动副)内插入命令行…168 4.1结构线性静力分析基础 96 575在弹簧( Springs)和梁( Beams)下 4.1.1平面问题 6 插入命令行 ……168 4.1.2杆系与梁系问题……… 57.6在分析设置( Analysis Settings)下 4.2 Work bench140与线性静力学分析………99 插入命令行 …169 4.2.1几何模型……………100 577在求解项( Solution)下插入 4.2.2材料属性 命令行…………………………………170 4.2.3装配体 …100 578在 Mechanica中输入和输出参数…170 4.24载荷及约束……… …l0l 579实例分析…… 171 4.2.5 Mechanical中常见的载荷…………101 58本章小结… 20l 42.6 Mechanical中常见的支撑约束……102第6章热分析……………202 42.7 Mechanical中求解选项………………103 6l热分析基础… 202 4.28后处理结果…………………………104 62主要的传热模式…………………………203 43 Workbench140线性静力学分析实例…106 62.1热传导…………………………………203 4.4本章小结… 制中料,着 6,22热对流 03 第5章 ANSYS Workbench与 Mechanical 623热辐射……………………………204 APDL… …153 6.24相变………… 204 5.1 Mechanical APDL ANSYS Mechanical 153 6,3总能量传输方程 4品品品非4 52启动 Mechanical APDL的方法…………154 6.4 ANSYS Work bench与热分析…………204 53 Mechanical APDL界面………………155 64.1几何模型 ……204 54 Mechanical apdl的文件格式………156 64.2材料属性…………205 5.4.1保存数据文件( file. db)………………157 64.3装配体与接触 205 54.2恢复数据( Resuming Databases)…157 644热载荷… 206 54.3读入数据( Reading results)………158 645热边昇条件……………206 5.5单元属性( Element Attributes)…158 64.6求解选项 3 551单元类型 158 647结果和后处理 ………………207 65实例分析…… 208 794轴承单元 307 66本章小结… 795坎贝尔图( Campbell diagram)…308 第7章动力学分析 …239 796转子动力学实例 08 7.1动力学分析基础…………………………239 7.10本章小结 …314 7.,2模态分析基础……………… 240第8章显式动力学分析…………………………315 7.2.1模态分析过程 ……240 81 ANSYS与显式动力学……………………315 7.22模态分析中的几何体 8.1.1拉格朗日( Lagrange)求解器……316 7,2,3建立模态分析项 241 8.1,2欧拉( Euler)求解器………………316 7.24载荷和约束及求解结果…………241 81,3任意拉格朗日欧拉( Arbitrary Lagrange 7.3谐响应分析…… …242 Euler)法 316 73.1谐响应分析过程…………………………243 8.1.4无网格(SPH)法 316 7.3.2建立谐响应分析项 81.5 Workbench与显式动力学…………316 733加载谐响应载荷及求解… 82显式动力学实例 318 734后处理中查看结果……… 24 83本章小结……… 336 7.4响应谱分析…… 244第9章屈曲分析 337 74.1响应谱分析过程 ………245 9.1线性屈曲分析的基础 …37 74.2在 Workbench中进行响应谱分析……245 9.2在 Workbench中进行届曲分析……………338 7.5随机振动分析……………………………………245 921线性屈曲分析的步骤 1t曹tm1t 338 7.5.1随机振动分析过程………… …246 9.22几何模型和材料属性 338 75,2在 Workbench中进行随机振动分析246 923接触对…………………………………338 7.6多体动力学分析( Multibody dynamic 924载荷和约束……… 339 Analysis)o…………… 925屈曲分析的项目结构 ………339 76.1多体动力学分析过程 247 9.2.6求解模型…… ……39 7.62多体动力学结构部件的特性 248 9.27观察结果……… 339 7.6.3多体动力学单元特性 248 93屈曲分析实例分析 340 7.6.4多体动力学初始条件… 94本章小结 354 76.5阻尼…………… 第10章结构非线性分析 355 766部件间的连接 10.1非线性分析基础………………………355 7.6.7载荷和约束支撑…… 10.1.1几何非线性 355 76.8多体动力学求解器…… …252 10.1.2材料非线性……………………356 7.6.9时间步长 10.1.3接触(状态)非线性… 356 7.6.10多体动力学后处理结果值……………252 10.2超弹性材料……………………356 7.7 Workbench中动力学模块… 10.21什么是超弹性体……………………356 78动力学实例分析… 10.22 ANSYS中的超弹性体……………356 79转子动力学………………………………306 10.23 Work bench中曲线的拟合……357 7.9.1转子动力学的力学模型 ………306 10.3金属塑性 tt+++:> 79.2转子动力学方程 307 10.3.1金属塑性 9 793 ANSYS转子动力学的计算功能……307 10.32届服准则156 360 10.3.3强化准则………………… …1361 124本章总结 473 10.34材料数据的输入…… 362第13章优化设计……………… 474 104 ANSYS Workbench中的接触非线性……363 13. Design Exploration基础 474 10.4.1接触的基本概念……………… 363 13.1.1参数定义 474 10.42 Workbench中的接触类型…… 364 13.1.2优化方法设定 ……475 10.43对称/非对称行为… 364 13.13 Design Explorer的特征………475 10.44接触工具 364 13.14 Design Explorer的特点……………475 10.4.5摩擦接触………………………365 13.5 Design Explorer的用户界面……476 10.46接触结果… 366 13.2 Design Exploration分析使用基础………476 10.5结构非线性实例分析………… 366 13.2.1参数的设置 477 10.6本章小结……… :404 13.2.2目标驱动优化(GDO)… 477 第11章流体动力学分析 405 1323响应图表( Response Charts)…479 111CFD简介1n………405 13.24实验设计法( Design of 11.2 ANSYS CFD介绍………………………406 Experiments)… ………479 11.3 Workbench界面下CFD模块…………407 132.5六西格玛设计( Six Sigma)……480 114 ANSYS CFD实例分析………… 408 13.2.6 Design Explorer APDL 481 115磁流体动力学[81… 426 13.3 Design Exploration分析实例……481 11.6本章小结 …437 134本章小结 498 第12章电磁场分析……………………438第14章 Workbench多物理场耦合分析 12.1宏观电磁场理论基础12 438 及综合应用 111国L 499 12.1.1麦克斯韦第一方程…………………438 141场的基本概念 :::::499 12.1.2麦克斯韦第二方程 ……438 14.2耦合场分析……500 12.1.3麦克斯韦第三方程 ……………439 14.3 Workbench界面下进行多物理场 12.1.4麦克斯韦第四方程…… 439 耦合分析………… 501 12.1.5电流连续性方程 439 14.3.1直接采用耦合模块 50l 12.1.6补充方程 439 14.3.2插入命令流方式实现耦合分析……501 12.1.7边界条件… 444日aa 439 14.33顺序耦合法实现耦合场分析 502 12.2在 Workbench平台上进行电磁场分析…440 144流场腔内固定块的应力场优化………503 12.2.1在 Mechanica中进行电场分析……441 14.5风机的流-固耦合计算……………520 12.22电场实例分析………… …441 146主板的综合分析………………535 12.23在 Mechanical中进行静磁场分析…444 14.7电气插件分析… 548 12.2.4静磁场实例分析… 445 148微型执行器片分析…………556 123高频电磁场分析………………………463 14.9耳模型的响应分析………………………563 12.3.1在 ANSYS Multiphysics中进行高频 14.10排气集管的耦合场分析…………………571 电磁场分析 463 14.11本章小结 …………587 123.2高频电磁场实例分析……464参考文献 ………588

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