ANSYS Workbench結構分析理論詳解與應用

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ANSYS Workbench結構分析理論詳解與應用

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內容描述

作者將ANSYS Workbench結構分析用戶常見的各種疑難問題，
結合ANSYS官方資料和長期從事ANSYS技術支持工作的經驗，歸納為十餘個技術專題，形成本書。
本書基於ANSYS 2019R2及以上版本。
內容包括結構分析的理論背景、仿真幾何模型的準備、部件的裝配與連接、網格劃分與網格編輯、
外部模型的裝配、載荷和邊界條件、應力奇異和應力解答的精度問題、高級接觸選項、
非線性分析的監控與故障診斷、結構動力學分析專題、流固耦合分析、
多體動力學分析與動力子結構方法、熱傳導與熱應力計算、APDL Command對象使用、
結構優化設計、Workbench建模選項對應的ANSYS單元與選項說明等。
本書的特色是結合算例對相關問題進行分析和講解，
可以幫助讀者有效地提升理論水平和軟件應用水平，
在使用ANSYS進行結構分析過程中做到概念清晰、心中有數。
本書適合作為機械、車輛、航空、土木、
力學等相關工科專業研究生或高年級本科生學習有限元分析及ANSYS軟件應用課程的參考書，
也適合從事結構分析的工程技術人員和ANSYS軟件用戶作為自學教材使用。

目錄大綱

前言
第1章  ANSYS Workbench結構分析的理論背景1
1.1 ANSYS結構靜力學有限元分析的理論
背景1
1.1.1 有限單元法概述 1
1.1.2 單元分析與結構分析 5
1.1.3 等參變換與數值積分 8
1.1.4 克服網格鎖定的單元技術18
1.1.5 應變和應力的計算與後處理23
1.2 ANSYS結構動力有限元分析的理論背景32
1.2.1 結構動力學的基本概念與方程32
1.2.2 模態分析34
1.2.3 諧響應分析36
1.2.4 瞬態分析38
1.2.5 響應譜分析40
1.2.6 隨機振動分析48
1.3 ANSYS熱分析及熱應力計算的理論背景49
1.3.1 熱傳導問題的基本方程49
1.3.2 熱傳導有限元分析52
1.3.3 熱應力計算54
1.4 ANSYS結構屈曲分析的理論背景55
1.5 ANSYS結構非線性分析的概念和理論
背景56
1.5.1 非線性問題的基本概念和分類56
1.5.2 結構塑性分析的理論基礎57
1.5.3 幾何非線性分析的理論基礎60
1.5.4 接觸分析算法簡介63
1.5.5 非線性問題的求解方法69
1.6 ANSYS流體-結構耦合分析的理論背景71
第2章  ANSYS 2019R2-R3結構分析新環境
概覽73
2.1 Mechanical結構分析新環境概述73
2.2 Mechanical界面的核心操作邏輯82
2.3 其他輔助性界面功能區85
第3章  ANSYS Workbench結構分析建模思想
與方法91

3.1 ANSYS結構分析建模思想與單元選擇91
3.1.1 ANSYS結構分析建模的二次映射
思想91
3.1.2 根據工程結構分類選用ANSYS
單元92
3.2 關於結構分析的幾何模型94
3.2.1 ANSYS Workbench的分析系統和Geometry組件94
3.2.2 幾何模型的準備97
3.2.3 Mechanical中的Geometry分支103
3.3 定義連接關係111
3.3.1 定義接觸及基本接觸選項111
3.3.2 Joint連接及相關選項117
3.3.3 其他連接方式121
3.4 Mesh、Mesh Edit及Mesh Numbering 125
3.5 Named Selection的應用129
3.6 Remote Point技術及其應用133
3.7 External Model和Mechanical Model的
定義和裝配135

第4章  結構分析的邊界條件與載荷139
4.1 求解過程組織與載荷步設置139
4.2 邊界條件及載荷類型的解釋說明143
4.3 實用加載方法與例題154
4.3.1 施加於SHELL單元上的靜水壓力
例題154
4.3.2 通過位置函數方式加載例題160
4.3.3 Nodal Orientation在加載中的應用165
第5章  與應力解答有關的問題176
5.1 應力奇異問題及對策176
5.1.1 應力奇異問題的表現形式與實質176
5.1.2 解決應力奇異問題的若干對策176
5.2 如何提高應力解答的精度177
5.2.1 單元選擇與網格劃分的相關考慮177
5.2.2 應用子模型技術精確計算局部應
力解177
5.2.3 應用Convergence工具計算精確
應力解179
5.3 基於子模型及收斂性技術的應力計算
實例179
5.3.1 應用子模型計算實體結構的局部
應力179
5.3.2 應用收斂工具計算實體結構局部
應力188
5.3.3 應用子模型計算拱殼開孔附近的
應力190

第6章  非線性分析專題198
6.1 非線性分析材料參數及前處理注意事項198
6.1.1 非線性材料參數的定義方法與註意
事項198
6.1.2 非線性分析的單元與網格控制選項200
6.1.3 模型幾何缺陷的引入201
6.2 高級接觸選項設置204
6.3 非線性分析的求解選項設置210
6.4 非線性分析求解監控與問題診斷215
6.5 非線性分析例題221
6.5.1 接觸分析例題：接觸界面調整221
6.5.2 接觸分析例題：插銷過盈裝配與
拔拉分析233
6.5.3 非線性屈曲分析例題：懸臂鋼板238
第7章  結構動力學分析及應用252
7.1 模態分析要點252
7.2 諧響應分析要點256
7.2.1 諧響應分析的兩種求解方法256
7.2.2 諧響應分析的載荷與求解選項257
7.2.3 諧響應分析的結果後處理260
7.3 瞬態分析要點263
7.4 響應譜分析及其在抗震工程中的應用268
7.5 隨機振動分析要點270
7.6 結構動力學分析例題273
7.6.1 煙囪結構的抗震分析273
7.6.2 設備支架的諧響應及隨機振動分析282
7.6.3 平台結構在多種激勵下的瞬態振動
分析312

第8章  流固耦合動力分析328
8.1 流固耦合實現方法與過程328
8.2 流固耦合分析例題: 雙立板在流體的
擺動模擬329
8.2.1 問題描述329
8.2.2 建立分析流程329
8.2.3 瞬態結構分析前處理330
8.2.4 流體域分析前處理335
8.2.5 系統耦合設置及求解338
8.2.6 結果後處理340
第9章 機構運動及多體動力分析347
9.1 剛體動力學分析347
9.2 剛柔混合多體分析349
9.2.1 一般瞬態分析方法349
9.2.2 部件模態綜合方法（CMS方法） 350
9.3 連桿滑塊系統的多體動力學分析實例351
9.3.1 連桿滑塊系統的剛體運動分析351
9.3.2 剛柔混合多體動力學分析：一般
瞬態分析方法361
9.3.3 剛柔混合多體動力學分析：CMS
方法365

第10章  熱分析及熱應力計算的技術要點368
10.1 結構熱分析實現要點368
10.2 熱應力計算方法370
10.3 熱分析及熱應力計算例題：換熱片371
10.3.1 問題描述371
10.3.2 換熱片的散熱分析372
10.3.3 熱應力計算377
第11章  在Mechanical中應用APDL Command
對象380
11.1 APDL命令的背景知識380
11.2 APDL命令對像在Mechanical組件
中的應用382
11.3 Command對象應用舉例：梁結構的
內力圖387

第12章  DesignXplorer結構優化方法與應用395
12.1 結構優化問題的數學表述395
12.2 ANSYS DX優化技術及實現要點396
12.2.1 ANSYS Workbench的參數管理與
設計點的概念396
12.2.2 參數相關性、DOE與響應面技術399
12.2.3 目標驅動優化405
12.3 DX優化分析實例409
附錄A Workbench採用的ANSYS單元類型
說明417
附錄B   Engineering Data自定義材料及
材料庫422
附錄C 高級幾何處理工具ANSYS SCDM
簡介425
參考文獻460