内容简介
《ANSYS 14.0有限元分析从入门到精通》以ANSYS的最新版本ANSYS14.0为依托,对ANSYS分析的基本思路、操作步骤、应用技巧进行了详细介绍,并结合典型工程应用实例详细讲述了ANSYS的具体工程应用方法。
《ANSYS 14.0有限元分析从入门到精通》前7章为操作基础,详细介绍了ANSYS分析全流程的基本步骤和方法:第1章ANSYS概述;第2章几何建模;第3章建模实例;第4章网格划分;第5章施加载荷;第6章求解;第7章后处理。后9章为专题实例,按不同的分析专题讲解了各种分析专题的参数设置方法与技巧:第8章静力分析:第9章非线性分析;第10章模态分析;第11章接触问题分析;第12章瞬态动力学分析;第13章谱分析;第14章谐响应分析;第15章结构屈曲分析;第16章优化设计。
《ANSYS 14.0有限元分析从入门到精通》可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生及教师学习ANSYS软件的培训教材,也可作为从事结构分析相关行业的工程技术人员使用ANSYS软件的参考书。
内页插图
目录
前言
第1章 ANSYS概述
1.1 CAE软件简介
1.2 有限元法简介
1.2.1 有限元法的基本思想
1.2.2 有限元法的特点
1.3 ANSYS简介
1.3.1 ANSYS的发展
1.3.2 ANSYS的功能
1.3.3 ANSYS14.0的启动
1.3.4 ANSYS14.0运行环境配置
1.4 程序结构
1.4.1 处理器
1.4.2 文件格式
1.4.3 输入方式
1.4.4 输出文件类型
1.5 ANSYS分析的基本过程
1.5.1 前处理
1.5.2 加载并求解
1.5.3 后处理
1.5.4 实例导航——导弹发动机药柱承受温度和内压载荷数值模拟
第2章 几何建模
2.1 几何建模概论
2.1.1 自底向上创建几何模型
2.1.2 自顶向下创建几何模型
2.1.3 布尔运算操作
2.1.4 拖拉和旋转
2.1.5 移动和复制
2.1.6 修改模型(清除和删除)
2.1.7 从IGES文件几何模型导入到ANSYS
2.2 坐标系简介
2.2.1 总体和局部坐标系
2.2.2 显示坐标系
2.2.3 节点坐标系
2.2.4 单元坐标系
2.2.5 结果坐标系
2.3 工作平面的使用
2.3.1 定义一个新的工作平面
2.3.2 控制工作平面的显示和样式
2.3.3 移动工作平面
2.3.4 旋转工作平面
2.3.5 还原一个已定义的工作平面
2.3.6 工作平面的高级用途
2.4 自底向上创建几何模型
2.4.1 关键点
2.4.2 硬点
2.4.3 线
2.4.4 面
2.4.5 体
2.5 自顶向下创建几何模型(体素)
2.5.1 创建面体素
2.5.2 创建实体体素
2.6 使用布尔操作来修正几何模型
2.6.1 布尔运算的设置
2.6.2 布尔运算之后的图元编号
2.6.3 交运算
2,6.4 两两相交
2.6.5 相加
2.6.6 相减
2.6.7 利用工作平面作减运算
2.6.8 搭接
2.6.9 分割
2.6.10 粘接(或合并)
2.7 移动、复制和缩放几何模型
2.7.1 按照样本生成图元
2.7.2 由对称映像生成图元
2.7.3 将样本图元转换坐标系
2.7.4 实体模型图元的缩放
2.8 实例导航——导弹发动机药柱建模
2.8.1 自底向上建立药柱模型
2.8.2 布尔操作建立药柱模型
2.8.3 导入SolidWorks中创建的药柱模型
第3章 建模实例
第4章 网格划分
第5章 施加载荷
第6章 求解
第7章 后处理
第8章 静力分析
第9章 非线性分析
第10章 模态分析
第11章 接触问题分析
第12章 瞬态动力学分析
第13章 谱分析
第14章 谐响应分析
第15章 结构屈曲分析
第16章 优化设计
前言/序言
有限元法作为数值计算方法中在工程分析领域应用较为广泛的一种计算方法,自20世纪中叶以来,以其独有的计算优势得到了广泛的应用,已出现了不同的有限元算法,并由此产生了一批非常成熟的通用和专业有限元商业软件。随着计算机技术的飞速发展,各种工程软件也得以广泛应用。ANSYS软件以它的多物理场耦合分析功能而成为CAE软件的应用主流,在工程分析应用中得到了较为广泛的应用。
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件,它是世界范围内增长最快的CAE软件,能够进行包括结构、热、声、流体以及电磁场等学科的研究,在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医药、轻工、地矿、水利、家电等领域有着广泛的应用。ANSYS的功能强大,操作简单方便,现在它已成为国际最流行的有限元分析软件,在历年FEA评比中都名列第一。目前,中国大多数科研院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。
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《ANSYS 14.0 有限元分析从入门到精通》是一本面向广大工程师、技术人员、学生以及对有限元分析技术感兴趣的读者的综合性教程。本书旨在帮助读者从零基础开始,逐步掌握 ANSYS 14.0 软件的核心功能和应用技巧,最终达到能够独立进行复杂工程问题的有限元分析的水平。 本书的独特性与价值: 与其他同类书籍相比,《ANSYS 14.0 有限元分析从入门到精通》在内容设计、案例选择和讲解深度上都力求做到精益求精。本书不仅仅罗列软件的功能,更注重将理论知识与实际工程应用紧密结合,通过大量贴近实际工程的算例,让读者在动手实践中理解并掌握有限元分析的原理和方法。 内容结构与特点: 本书内容结构清晰,循序渐进,从基础概念到高级应用,层层递进,适合不同水平的读者。 第一部分:有限元分析基础理论与 ANSYS 14.0 入门 有限元方法概述: 详细阐述有限元法的基本思想,包括单元离散、形函数、刚度矩阵建立、载荷集、方程求解等核心概念。解释有限元法在解决连续介质力学问题中的优势和局限性。 ANSYS 14.0 软件环境介绍: 全面介绍 ANSYS 14.0 的用户界面、菜单结构、常用工具栏以及基本的项目管理方法。指导读者如何快速熟悉和上手 ANSYS 软件。 前处理基础: 模型创建与导入: 详细介绍在 ANSYS Workbench 环境下如何创建几何模型,包括点、线、面、体的绘制和编辑。同时,也涵盖了如何导入外部 CAD 软件生成的模型,并进行必要的修复和检查。 材料属性定义: 讲解如何为模型定义各种材料属性,包括线弹性、非线性材料(如塑性、弹塑性)、温度相关材料等。重点介绍各种材料模型的选择和参数设置。 网格划分: 这是有限元分析中至关重要的环节。本书将深入讲解不同类型的单元(如实体单元、壳单元、梁单元等)的选择,以及各种网格划分技术,包括映射网格、扫掠网格、自由网格等。同时,也会指导读者如何进行网格质量检查和优化,以确保分析结果的准确性。 载荷与边界条件施加: 详细介绍各种载荷类型的施加方法,如集中载荷、分布载荷、面载荷、体积载荷、温度载荷、位移约束等。重点讲解如何根据实际工程问题准确地模拟这些条件。 求解器设置与求解: 介绍不同求解器的选择(如直解法、迭代法)以及求解设置的优化。指导读者如何启动求解,并监控求解过程。 第二部分: ANSYS 14.0 结构力学分析 静态结构分析: 这是有限元分析中最基础也最常用的分析类型。本书将通过大量实例,演示如何进行各种静态结构分析,包括: 位移、应力、应变计算: 分析结构的变形情况,计算关键点的应力分布,判断结构是否会发生屈服或断裂。 接触分析: 讲解在装配体中如何定义和处理不同类型的接触(如无摩擦接触、摩擦接触、粘结接触等),以及其对分析结果的影响。 梁、板、壳结构分析: 重点讲解针对不同类型结构的建模和分析方法。 强度校核与可靠性评估: 结合工程规范,指导读者如何根据分析结果进行强度校核。 模态分析: 自由振动模态分析: 介绍如何计算结构的固有频率和振型,为避免共振提供理论依据。 屈曲分析: 分析结构在受压时的稳定性,预测发生失稳的临界载荷。 动力学分析: 瞬态动力学分析: 模拟结构在随时间变化的载荷作用下的响应,如冲击、碰撞等。 谐响应分析: 分析结构在周期性载荷作用下的稳态响应。 随机响应分析: 模拟结构在随机激励下的响应。 第三部分: ANSYS 14.0 热分析 稳态热分析: 讲解如何分析物体在稳定温度场下的热量传递,计算温度分布、热流密度和热应力。 传导、对流、辐射: 详细介绍各种热边界条件的定义和应用。 瞬态热分析: 模拟物体温度随时间的变化过程,例如快速加热或冷却过程。 热-结构耦合分析: 讲解如何将热分析结果作为载荷施加到结构分析中,研究温度变化引起的结构变形和应力。 第四部分: ANSYS 14.0 非线性分析 几何非线性分析: 讲解当结构变形较大时,需要考虑几何尺寸变化对刚度的影响,例如大变形、应力硬化等。 材料非线性分析: 塑性分析: 模拟材料屈服后的塑性变形,预测结构的承载能力。 弹塑性分析: 结合材料的弹性和塑性行为。 超弹性分析: 针对橡胶、高分子材料等进行分析。 接触非线性分析: 深入讲解复杂接触条件下的非线性分析。 第五部分: ANSYS 14.0 高级应用与工程实例 疲劳分析: 基于结构应力分析结果,预测结构的疲劳寿命。 优化设计: 介绍如何利用 ANSYS 进行参数化优化,寻找最优的结构设计方案。 多物理场耦合分析: 流-固耦合(CFD-FEA): 讲解如何将 CFD 软件的流体载荷传递到结构分析中。 电-热-结构耦合: 分析电加热或电磁力对结构的影响。 复合材料分析: 介绍针对层合板等复合材料的建模和分析方法。 疲劳裂纹扩展分析: 预测结构在服役过程中裂纹的扩展过程。 ANSYS APDL(Ansys Parametric Design Language)基础: 介绍 APDL 脚本语言,方便用户实现自动化和定制化分析。 附带的 DVD 光盘内容: 本书附带一张 DVD 光盘,其中包含了: ANSYS 14.0 软件的安装教程和配置指导: 帮助读者顺利完成软件的安装和环境搭建。 本书所有案例的 ANSYS 14.0 工程文件: 方便读者直接打开、运行、修改和学习。 配套的视频教程: 对书中的重要章节和难点进行视频讲解,提供更直观的学习体验。 相关技术文档和参考资料: 扩展读者的知识面。 本书的目标读者: 机械工程师、结构工程师、航空航天工程师、汽车工程师、土木工程师等: 需要使用有限元分析来解决实际工程问题的专业人士。 在校大学生和研究生: 学习结构力学、材料力学、有限元方法等课程的学生,以及进行毕业设计和科研项目的学生。 对有限元分析技术感兴趣的爱好者: 希望系统学习和掌握 ANSYS 软件的个人。 学习本书能获得的收获: 通过学习本书,读者将能够: 深刻理解有限元分析的基本原理和方法。 熟练掌握 ANSYS 14.0 软件的各项功能和操作流程。 独立完成各种工程问题(结构、热、模态、动力学、非线性等)的有限元分析。 准确地解释和评估有限元分析结果,并将其应用于实际工程设计。 具备分析和解决更复杂、更前沿的工程问题的能力。 《ANSYS 14.0 有限元分析从入门到精通》是一本集理论、实践、软件操作于一体的优质教材,是您学习和掌握 ANSYS 有限元分析技术的理想选择。
这本书对于想要深入理解ANSYS 14.0有限元分析的用户来说,绝对是一个宝藏。作者的专业知识和丰富的实践经验在这本书中得到了充分的体现。在讲解一些高级概念时,比如非线性分析、接触算法、材料本构模型等,作者的讲解既严谨又不失通俗易懂,他能够将复杂的理论用简洁的语言阐释清楚,并结合具体的案例来帮助读者理解。书中的内容覆盖面非常广,不仅仅停留在入门级别,还涉及到了许多专业性的分析技巧和注意事项,比如网格收敛性分析、载荷施加的注意事项、以及如何处理一些典型的工程难题。DVD光盘的价值更是无可估量,其中包含了大量的实战案例的详细步骤和详细讲解,很多都是在实际工程中经常遇到的问题,这对于我这种需要将ANSYS应用于实际工作的人来说,简直是雪中送炭。我记得我曾经在工作中遇到一个关于大型结构变形的难题,正是参考了书中类似案例的解决方法,才最终找到了解决方案。这本书的叙述方式非常流畅,而且逻辑性很强,让你在阅读过程中能够保持高度的专注。它不仅仅是让你学会怎么操作,更是让你理解为什么这样做,以及这样做可能带来的影响。