ANSYS Workbench 19.0基础入门与工程实践(附教学视频)

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江民圣 (作者)

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内容摘要

本书基于Workbench 19.0有限元仿真平台进行讲解。首先介绍软件的基本使用和操作方法,然后通过具体实例分析,详细介绍软件平台的每一个功能模块的理论基础和使用方法。通过对每个操作步骤的具体说明,为读者轻松入门和掌握最新版本的软件使用提供有效的指导。
本书分为24章,涵盖软件通用功能的介绍,如几何建模、网格划分以及结果后处理等方面内容,同时包括静力学分析、模态分析、谐响应分析、随机振动分析、屈曲分析、热力学分析、电磁场仿真以及流体力学分析等诸多领域的仿真讲解,对仿真平台进行了系统的介绍。
本书通俗易懂、案例丰富,与工程实际紧密贴合,特别适合有志于从事CAE仿真领域的学生、工程技术研发人员和科研人员。另外,本书也适合其他对有限元仿真感兴趣的技术人员。

目录

第1章 初识ANSYS Workbench 19.0 1
1.1 模块简介 2
1.1.1 软件启动 2
1.1.2 外部模型接口 3
1.1.3 通用功能 4
1.1.4 拓扑优化 7
1.1.5 网格划分 7
1.1.6 动力学分析 7
1.1.7 接触功能 7
1.2 文件管理 8
1.2.1 文件类型 9
1.2.2 文件归档 10
1.3 项目新建 10
1.3.1 新建方法 10
1.3.2 项目保存 11
1.4 分析流程 12
1.5 实例操作 12
1.5.1 实例描述 12
1.5.2 几何建模 13
1.5.3 材料属性设置 13
1.5.4 网格划分 14
1.5.5 载荷及约束设置 14
1.5.6 模型求解 15
1.5.7 结果后处理 16
1.6 本章小结 17
第2章 材料库介绍 18
2.1 认识材料库 19
2.2 材料库的操作 19
2.2.1 材料属性编辑 19
2.2.2 新建材料编辑 21
2.3 常用材料库数据 23
2.3.1 线性静力学分析 23
2.3.2 动力学分析 24
2.3.3 塑性变形分析 25
2.3.4 超弹性材料分析 25
2.3.5 热力学分析 25
2.3.6 显式动力学分析 26
2.4 本章小结 26
第3章 几何建模 27
3.1 认识DesignModeler 28
3.2 DM常用操作指南 28
3.2.1 开启界面 28
3.2.2 草图绘制 29
3.2.3 草图修改 32
3.2.4 特征建模 33
3.2.5 模型参数化 34
3.2.6 外部几何模型导入 37
3.2.7 高级操作 39
3.3 认识SpaceClaim 41
3.4 SCDM常用操作指南 41
3.4.1 开启界面 41
3.4.2 几何建模 42
3.4.3 模型编辑 46
3.5 建模应用举例 48
3.5.1 DM建模实例 48
3.5.2 SCDM建模实例 53
3.6 本章小结 56
第4章 网格划分 57
4.1 认识网格划分功能 58
4.2 常用网格类型 58
4.3 网格划分技术 59
4.3.1 扫掠法 59
4.3.2 四面体划分法 62
4.3.3 自动划分法 63
4.3.4 六面体主体法 63
4.3.5 多区域法 64
4.3.6 笛卡儿法 64
4.4 网格控制技术 65
4.4.1 全局网格控制 65
4.4.2 局部网格控制 66
4.4.3 网格质量检查 69
4.5 ICEM CFD 19.0网格划分简介 72
4.6 TurboGrid 19.0网格划分简介 74
4.7 本章小结 74
第5章 结果后处理 75
5.1 认识后处理的功能 76
5.2 后处理的常用操作 76
5.2.1 结果查看 76
5.2.2 显示方式 77
5.2.3 位移缩放 79
5.2.4 结果检测 80
5.2.5 图形表格创建 81
5.2.6 收敛性 84
5.2.7 图表输出 85
5.2.8 动画输出 86
5.3 本章小结 86
第6章 静力学分析 87
6.1 基本理论介绍 88
6.2 线性静力学分析实例——支架静力分析 88
6.2.1 问题描述 88
6.2.2 分析模型建模 89
6.2.3 材料属性设置 90
6.2.4 网格划分 91
6.2.5 载荷及约束设置 91
6.2.6 模型求解 93
6.2.7 结果后处理 94
6.3 线性静力学分析实例——口型梁静力分析 94
6.3.1 问题描述 95
6.3.2 分析模型建模 95
6.3.3 材料属性设置 97
6.3.4 网格划分 97
6.3.5 载荷及约束设置 98
6.3.6 模型求解 99
6.3.7 结果后处理 100
6.4 线性静力学分析实例——壳单元分析实例 101
6.4.1 问题描述 101
6.4.2 几何建模 101
6.4.3 材料属性设置 102
6.4.4 网格划分 102
6.4.5 载荷及约束设置 103
6.4.6 模型求解 103
6.4.7 结果后处理 103
6.4.8 实体模型计算结果对比 104
6.5 本章小结 106
第7章 接触分析 107
7.1 接触分析简介 108
7.1.1 点-点接触模型 108
7.1.2 点-面接触模型 108
7.1.3 面-面接触模型 109
7.2 接触类型介绍 109
7.3 接触分析实例——法兰盘连接 110
7.3.1 问题描述 110
7.3.2 几何建模 110
7.3.3 材料属性设置 111
7.3.4 接触设置 111
7.3.5 网格划分 112
7.3.6 载荷及约束设置 112
7.3.7 模型求解 113
7.3.8 结果后处理 113
7.4 接触分析实例——螺栓连接 114
7.4.1 问题描述 114
7.4.2 几何建模 114
7.4.3 材料属性设置 117
7.4.4 接触设置 118
7.4.5 网格划分 119
7.4.6 载荷及约束设置 119
7.4.7 模型求解 121
7.4.8 结果后处理 121
7.5 本章小结 123
第8章 模态分析 124
8.1 认识模态分析 125
8.2 自由模态分析实例——机床床身计算 126
8.2.1 问题描述 126
8.2.2 几何建模 126
8.2.3 材料属性设置 127
8.2.4 网格划分 128
8.2.5 模态求解设置 128
8.2.6 结果后处理 129
8.3 自由模态分析实例——变速箱箱体计算 130
8.3.1 问题描述 130
8.3.2 几何建模 130
8.3.3 材料属性设置 131
8.3.4 网格划分 131
8.3.5 模态求解设置 132
8.3.6 结果后处理 132
8.4 预应力模态分析实例——方板结构预应力模态分析 133
8.4.1 问题描述 133
8.4.2 几何建模 133
8.4.3 材料属性设置 134
8.4.4 网格划分 134
8.4.5 载荷及约束设置 135
8.4.6 模型求解 135
8.4.7 结果后处理 135
8.5 本章小结 136
第9章 谐响应分析 137
9.1 谐响应分析简介 138
9.2 谐响应分析求解方法 138
9.2.1 完整法 139
9.2.2 模态叠加法 139
9.3 谐响应分析实例——支撑面板谐响应分析 139
9.3.1 问题描述 139
9.3.2 几何建模 139
9.3.3 材料属性设置 140
9.3.4 网格划分 141
9.3.5 边界及谐波载荷设置 141
9.3.6 求解设置 141
9.3.7 模型求解 142
9.3.8 结果后处理 142
9.4 谐响应分析实例——电器控制柜谐响应分析 144
9.4.1 问题描述 144
9.4.2 几何建模 144
9.4.3 材料属性设置 145
9.4.4 网格划分 146
9.4.5 分析设置 146
9.4.6 模型求解 148
9.4.7 结果后处理 148
9.5 本章小结 150
第10章 瞬态分析 151
10.1 瞬态分析简介 152
10.1.1 直接法 152
10.1.2 迭代法 152
10.2 瞬态分析实例——某回转结构瞬态分析 152
10.2.1 问题描述 153
10.2.2 几何建模 153
10.2.3 材料属性设置 154
10.2.4 网格划分 155
10.2.5 载荷及约束设置 155
10.2.6 求解设置 156
10.2.7 结果后处理 157
10.3 瞬态分析实例——单自由度滑块运动分析 158
10.3.1 问题描述 158
10.3.2 几何建模 158
10.3.3 材料属性设置 158
10.3.4 创建运动约束 158
10.3.5 网格划分 160
10.3.6 载荷设置 160
10.3.7 求解设置 161
10.3.8 结果后处理 162
10.4 本章小结 163
第11章 响应谱分析 164
11.1 响应谱分析简介 165
11.1.1 单点响应谱 165
11.1.2 多点响应谱 166
11.2 响应谱分析实例——某桥架结构响应谱分析 166
11.2.1 问题描述 166
11.2.2 几何建模 167
11.2.3 材料属性设置 167
11.2.4 网格划分 168
11.2.5 模态求解设置 168
11.2.6 载荷谱加载 169
11.2.7 响应谱求解设置 170
11.2.8 结果后处理 170
11.3 响应谱分析实例——某驾驶室响应谱分析 171
11.3.1 问题描述 171
11.3.2 几何建模 171
11.3.3 材料属性设置 172
11.3.4 网格划分 172
11.3.5 模态求解设置 173
11.3.6 载荷谱加载 173
11.3.7 响应谱求解设置 174
11.3.8 结果后处理 174
11.4 本章小结 175
第12章 随机振动分析 176
12.1 随机振动分析简介 177
12.2 随机振动分析实例——某转轴随机振动分析 177
12.2.1 问题描述 178
12.2.2 几何建模 178
12.2.3 材料属性设置 178
12.2.4 网格划分 179
12.2.5 模态求解设置 179
12.2.6 PSD载荷谱施加 180
12.2.7 求解计算 181
12.2.8 结果后处理 182
12.3 随机振动分析实例——某直升机机载设备随机振动分析 183
12.3.1 问题描述 183
12.3.2 几何建模 183
12.3.3 材料属性设置 184
12.3.4 网格划分 184
12.3.5 模态求解设置 184
12.3.6 PSD载荷谱施加 185
12.3.7 求解计算 186
12.3.8 结果后处理 186
12.4 本章小结 187
第13章 显式动力学分析 188
13.1 显式动力学简介 189
13.2 显式动力学实例——子弹射击简单模拟 190
13.2.1 问题描述 190
13.2.2 几何建模 190
13.2.3 材料属性设置 190
13.2.4 接触设置 191
13.2.5 网格划分 191
13.2.6 边界及载荷施加 192
13.2.7 求解设置 193
13.2.8 结果后处理 193
13.3 显式动力学实例——跌落分析 194
13.3.1 问题描述 194
13.3.2 几何建模 195
13.3.3 材料属性设置 195
13.3.4 接触设置 197
13.3.5 网格划分 197
13.3.6 边界及载荷施加 197
13.3.7 求解设置 198
13.3.8 结果后处理 198
13.4 本章小结 199
第14章 刚体动力学分析 200
14.1 刚体动力学简介 201
14.1.1 拉格朗日法 201
14.1.2 笛卡儿法 201
14.2 刚体动力学实例——压力机分析 202
14.2.1 问题描述 202
14.2.2 几何建模 202
14.2.3 材料属性设置 202
14.2.4 运动副设置 203
14.2.5 载荷及驱动设置 206
14.2.6 模型求解设置 207
14.2.7 结果后处理 207
14.3 刚体动力学实例——齿轮啮合分析 208
14.3.1 问题描述 208
14.3.2 几何建模 208
14.3.3 材料属性设置 209
14.3.4 运动副及接触创建 209
14.3.5 网格划分 210
14.3.6 载荷及驱动设置 211
14.3.7 模型求解设置 211
14.3.8 结果后处理 212
14.4 本章小结 212
第15章 刚柔耦合分析 213
15.1 刚柔耦合分析简介 214
15.2 刚柔耦合分析实例——曲柄滑块机构分析 214
15.2.1 问题描述 215
15.2.2 几何建模 215
15.2.3 材料属性设置 215
15.2.4 运动副设置 216
15.2.5 网格划分 217
15.2.6 载荷及驱动设置 218
15.2.7 模型求解设置 218
15.2.8 结果后处理 219
15.3 刚柔耦合分析实例——挖掘机斗杆分析 219
15.3.1 问题描述 219
15.3.2 几何建模 220
15.3.3 材料属性设置 220
15.3.4 运动副设置 221
15.3.5 载荷及驱动设置 223
15.3.6 网格划分 224
15.3.7 模型求解设置 225
15.3.8 结果后处理 225
15.4 本章小结 226
第16章 线性屈曲分析 227
16.1 线性屈曲分析简介 228
16.2 线性屈曲分析实例——变截面压杆屈曲分析 229
16.2.1 问题描述 229
16.2.2 几何建模 229
16.2.3 材料属性设置 231
16.2.4 网格划分 231
16.2.5 载荷及约束设置 231
16.2.6 静力学求解 232
16.2.7 屈曲分析 232
16.2.8 结果后处理 233
16.3 线性屈曲分析实例——真空管道屈曲分析 233
16.3.1 问题描述 233
16.3.2 几何建模 234
16.3.3 材料属性设置 234
16.3.4 网格划分 235
16.3.5 载荷及约束设置 235
16.3.6 静力学求解 237
16.3.7 屈曲分析 237
16.3.8 结果后处理 237
16.4 本章小结 237
第17章 疲劳分析 238
17.1 疲劳分析简介 239
17.2 疲劳分析实例——某叉车货叉疲劳寿命分析 241
17.2.1 问题描述 241
17.2.2 几何建模 241
17.2.3 材料属性设置 241
17.2.4 网格划分 242
17.2.5 载荷及约束设置 242
17.2.6 静力求解 243
17.2.7 疲劳求解 243
17.2.8 结果后处理 244
17.3 疲劳分析实例——发动机连杆疲劳强度分析 245
17.3.1 问题描述 245
17.3.2 几何建模 245
17.3.3 材料属性设置 245
17.3.4 网格划分 246
17.3.5 载荷及约束设置 247
17.3.6 静力求解 248
17.3.7 疲劳求解 248
17.3.8 结果后处理 249
17.4 本章小结 250
第18章 子模型分析 251
18.1 子模型分析简介 252
18.2 子模型分析实例——直角支撑结构应力分析 253
18.2.1 问题描述 253
18.2.2 几何建模 253
18.2.3 材料属性设置 255
18.2.4 整体模型网格划分 255
18.2.5 整体模型边界及载荷设置 256
18.2.6 子模型网格划分 256
18.2.7 子模型边界设置 256
18.2.8 子模型结果后处理 257
18.2.9 子模型边界验证 258
18.3 子模型分析实例——凹槽板子模型分析 259
18.3.1 问题描述 259
18.3.2 几何建模 260
18.3.3 材料属性设置 261
18.3.4 整体模型网格划分 261
18.3.5 整体模型边界及载荷设置 262
18.3.6 整体模型求解 262
18.3.7 子模型网格划分 262
18.3.8 子模型边界设置 263
18.3.9 子模型结果后处理 263
18.3.10 子模型边界验证 264
18.4 本章小结 264
第19章 热分析 265
19.1 热分析简介 266
19.2 热分析实例——水杯稳态热分析 267
19.2.1 问题描述 267
19.2.2 几何建模 267
19.2.3 材料属性设置 269
19.2.4 网格划分 269
19.2.5 载荷及约束设置 270
19.2.6 模型求解 270
19.2.7 结果后处理 270
19.3 热分析实例——散热片瞬态热分析 271
19.3.1 问题描述 271
19.3.2 几何建模 272
19.3.3 材料属性设置 273
19.3.4 网格划分 274
19.3.5 载荷及约束设置 274
19.3.6 模型求解 275
19.3.7 结果后处理 275
19.4 本章小结 276
第20章 热-力耦合分析 277
20.1 热-力耦合分析简介 278
20.2 热-力耦合分析实例——固支梁热应力分析 279
20.2.1 问题描述 279
20.2.2 几何建模 280
20.2.3 材料属性设置 280
20.2.4 网格划分 280
20.2.5 瞬态传热分析 281
20.2.6 热应力分析 281
20.2.7 结果后处理 281
20.3 热-力耦合分析实例——活塞热机耦合分析 282
20.3.1 问题描述 282
20.3.2 几何建模 283
20.3.3 材料属性设置 283
20.3.4 网格划分 285
20.3.5 稳态传热分析 285
20.3.6 热-力耦合分析 286
20.3.7 结果后处理 289
20.4 本章小结 289
第21章 电磁场分析 290
21.1 电磁场分析简介 291
21.2 电磁场分析实例——条形磁性体磁场分析 293
21.2.1 问题描述 293
21.2.2 几何建模 293
21.2.3 材料属性设置 295
21.2.4 创建变量 296
21.2.5 网格划分 296
21.2.6 载荷及边界设置 297
21.2.7 结果后处理 297
21.3 电磁场分析实例——通电线圈磁场分布 298
21.3.1 问题描述 298
21.3.2 几何建模 299
21.3.3 材料属性设置 300
21.3.4 创建变量 300
21.3.5 网格划分 301
21.3.6 电流输入及边界设置 301
21.3.7 结果后处理 302
21.4 本章小结 304
第22章 优化设计 305
22.1 优化设计简介 306
22.1.1 优化设计的基本概念 306
22.1.2 优化设计的一般表达式 306
22.1.3 优化设计分类 306
22.1.4 其他概念 307
22.2 优化设计实例——某定位基座拓扑优化设计 307
22.2.1 问题描述 308
22.2.2 几何建模 308
22.2.3 材料属性设置 308
22.2.4 网格划分 309
22.2.5 载荷及约束设置 309
22.2.6 模型求解 310
22.2.7 结果后处理 310
22.2.8 结果验算 310
22.3 优化设计实例——固定支架优化设计 311
22.3.1 问题描述 311
22.3.2 几何建模 312
22.3.3 材料属性设置 313
22.3.4 网格划分 314
22.3.5 静力学分析 314
22.3.6 拓扑优化 315
22.3.7 尺寸优化 316
22.3.8 结果后处理 320
22.4 本章小结 321
第23章 流体力学分析 322
23.1 流体力学简介 323
23.1.1 流体静力学 323
23.1.2 流体动力学 323
23.1.3 WB 19.0流体仿真简介 324
23.2 流体力学分析实例——简易汽车流场分析 324
23.2.1 问题描述 325
23.2.2 几何建模 325
23.2.3 网格划分 326
23.2.4 边界组设置 327
23.2.5 CFX求解设置 328
23.2.6 模型求解 329
23.2.7 结果后处理 329
23.3 流体力学分析实例——高速列车流场分析 331
23.3.1 问题描述 332
23.3.2 几何建模 332
23.3.3 网格划分 332
23.3.4 边界组设置 333
23.3.5 Fluent求解设置 334
23.3.6 结果后处理 336
23.4 本章小结 337
第24章 流固耦合分析 338
24.1 流固耦合简介 339
24.1.1 流体控制方程 339
24.1.2 固体控制方程 339
24.1.3 流固耦合方程 339
24.1.4 流固耦合仿真流程 340
24.2 流固耦合分析实例——收缩喷管流固耦合分析 340
24.2.1 问题描述 341
24.2.2 几何建模 341
24.2.3 流体网格划分 341
24.2.4 流体求解设置 342
24.2.5 流体结果后处理 344
24.2.6 结构场求解设置 344
24.2.7 结构场结果后处理 346
24.3 流固耦合分析实例——排气管道流固耦合分析 347
24.3.1 问题描述 347
24.3.2 几何建模 347
24.3.3 流体网格划分 347
24.3.4 流体求解设置 348
24.3.5 流体结果后处理 351
24.3.6 结构场求解设置 352
24.3.7 结构场结果后处理 353
24.4 本章小结 353
参考文献 354

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