所属分类
- 所属分类：机械、仪表工业
所属分类：机械、仪表工业
书 名：万水ANSYS技术丛书--ANSYS机械工程应用实例
丛 书 名：万水ANSYS技术丛书
著 译 者：周宁
出 版 社：中国水利水电出版社
书 号：
ISBN 7-5084-3795-0
图书编号：B10034839印刷日期：2006-05-01
出版日期：2006-05-01上架时间：2006-06-14
规 格：
平装16开,434页
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图书简介
随着微机计算能力的逐步提升，数值计算软件ANSYS也在更新换代，其各项功能日趋完善。强大的分析功能、友好的操作界面以及广泛的应用领域己使得该大型通用有限元分析软件越来越受到国人的瞩目。集结构、热、流体、电磁和声学等分析为一体的ANSYS已应用到诸多领域。
本书侧重于介绍ANSYS在机械工秆领域的应用，包括静力学、动力学、热、流体和耦合场等问题的分析和讲解。全书共分为三篇：第一篇基础知识篇，主要介绍FEA与ANSYS的基础知识、ANSYS的基本求解步骤，为土程应用打下基础：第二篇专题应用篇，分别对结构线性静力、非线性静力、结构动力学、热、流体动力学和耦合场进行分析，结合ANSYS的功能模块讲解机械工程领域典型的应用实例，每个部分都依托实例的工程背景，结合具体的分析步骤进行深入、全面的介绍，并做出相应的归纳和总结：第三篇提高篇，主要进行专题讨论，包括前处理专题、求解控制专题和后处理专题，针对在实际应用中经常遇到的问题，给出使用技巧和经验总结，帮助工程技术人员进一步提高解决工程实际问题的能力。
本书语言通俗易懂，内容丰富翔实，突出以实例为中心的特点。本书既可以作为ANSYS初学者和具有一定基础的读者的学习用书，同时也可作为CAE工程师的参考用书。
前 言
ANSYS作为CAE(ComputerAidedEngineering)领域的先行者，是最早通过IS09001质量认证的设计分析软件，其全面的分析功能涉及结构、热、流体、电磁场、碰撞和板材成形等多个领域，产品应用的深度、广度、计算结果的高精度及其图形界面的易学易用，已经使之成为机械工业领域产品开发设计必不可少的伙伴。
国际上，在广泛应用ANSYS进行产品开发的相关机械企业中，有限元分析已是设计链中必需的常规程序，没有有限元分析的设计不能进入下一个技术流程。新产品开发中的强度、疲劳断裂、振动和噪声等问题可成熟地在设计阶段解决，大幅度提高了设计质量，缩短了产品开发周期，节省大量开发费用，同时避免了产品投放市场初期时常出现的质量问题。可以说，如果ANSYS这类有限元分析软件使用得当，不仅可以保证产品的高质量，而且可以协助企业逐步提升产品的自主开发能力。
近年来，伴随着微机计算能力的逐步提升，以及数值计算软件ANSYS的更新换代、日趋完善，中国的ANSYS用户也越来越多。为了满足广大工程人员的迫切需求，笔者经过认真收集和整理素材，组织编写了~ANSYS机械工程应用实例》一书。
全书结构和内容梗概
本书详细阐述了在机械工程领域使用ANSYS软件解决实际工程问题的步骤、方法和注意事项，并做出归纳和总结。此外，本书在最后几章着重介绍在使用过程中常见问题的解决办法，并给出使用技巧，帮助工程技术人员进一步提高解决工程实际问题的能力。
在章节的安排上，本书采用循序渐进、由浅入深的方式，将内容分为基础知识篇、专题应用篇和提高篇三部分。
第l章至第2章为基础知识篇。主要介绍FEA与ANSYS的基础知识、ANSYS的基本求解步骤，为工程应用打下基础。
第3章至第8章为专题应用篇。分别对结构线性静力、非线性静力、结构动力学、热、流体动力学和耦合场进行分析。结合ANSYS的功能模块讲解机械工程领域典型的应用实例，每个部分都依托实例的工程背景，结合具体的分析步骤进行深入、全面的介绍，并做出归纳和总结。
第9章至第11章为提高篇。主要针对在实际应用中经常遇到的问题进行专题讨论，包括前处理专题、求解控制专题和后处理专题，给出使用技巧和经验总结，帮助工程技术人员进一步提高解决工程实际问题的能力。
本书特点
本书从有限元数值计算方法和ANSYS的基础知识出发逐渐深入，紧紧围绕应用实例，向读者展示如何利用ANSYS软件解决工程实际问题的方法，并针对在实际应用中经常遇到的问题进行专题讨论。本书图文并茂、实例众多，且所举实例针对性强，分析透彻，突出本书以实例为中心的特点。相信通过阅读本书，会加深读者对ANSYS的理解，提高该软件的使用技巧。
本书侧重于介绍ANSYS在机械工秆领域的应用，包括静力学、动力学、热、流体和耦合场等问题的分析和讲解。全书共分为三篇：第一篇基础知识篇，主要介绍FEA与ANSYS的基础知识、ANSYS的基本求解步骤，为土程应用打下基础：第二篇专题应用篇，分别对结构线性静力、非线性静力、结构动力学、热、流体动力学和耦合场进行分析，结合ANSYS的功能模块讲解机械工程领域典型的应用实例，每个部分都依托实例的工程背景，结合具体的分析步骤进行深入、全面的介绍，并做出相应的归纳和总结：第三篇提高篇，主要进行专题讨论，包括前处理专题、求解控制专题和后处理专题，针对在实际应用中经常遇到的问题，给出使用技巧和经验总结，帮助工程技术人员进一步提高解决工程实际问题的能力。
本书语言通俗易懂，内容丰富翔实，突出以实例为中心的特点。本书既可以作为ANSYS初学者和具有一定基础的读者的学习用书，同时也可作为CAE工程师的参考用书。
前 言
ANSYS作为CAE(ComputerAidedEngineering)领域的先行者，是最早通过IS09001质量认证的设计分析软件，其全面的分析功能涉及结构、热、流体、电磁场、碰撞和板材成形等多个领域，产品应用的深度、广度、计算结果的高精度及其图形界面的易学易用，已经使之成为机械工业领域产品开发设计必不可少的伙伴。
国际上，在广泛应用ANSYS进行产品开发的相关机械企业中，有限元分析已是设计链中必需的常规程序，没有有限元分析的设计不能进入下一个技术流程。新产品开发中的强度、疲劳断裂、振动和噪声等问题可成熟地在设计阶段解决，大幅度提高了设计质量，缩短了产品开发周期，节省大量开发费用，同时避免了产品投放市场初期时常出现的质量问题。可以说，如果ANSYS这类有限元分析软件使用得当，不仅可以保证产品的高质量，而且可以协助企业逐步提升产品的自主开发能力。
近年来，伴随着微机计算能力的逐步提升，以及数值计算软件ANSYS的更新换代、日趋完善，中国的ANSYS用户也越来越多。为了满足广大工程人员的迫切需求，笔者经过认真收集和整理素材，组织编写了~ANSYS机械工程应用实例》一书。
全书结构和内容梗概
本书详细阐述了在机械工程领域使用ANSYS软件解决实际工程问题的步骤、方法和注意事项，并做出归纳和总结。此外，本书在最后几章着重介绍在使用过程中常见问题的解决办法，并给出使用技巧，帮助工程技术人员进一步提高解决工程实际问题的能力。
在章节的安排上，本书采用循序渐进、由浅入深的方式，将内容分为基础知识篇、专题应用篇和提高篇三部分。
第l章至第2章为基础知识篇。主要介绍FEA与ANSYS的基础知识、ANSYS的基本求解步骤，为工程应用打下基础。
第3章至第8章为专题应用篇。分别对结构线性静力、非线性静力、结构动力学、热、流体动力学和耦合场进行分析。结合ANSYS的功能模块讲解机械工程领域典型的应用实例，每个部分都依托实例的工程背景，结合具体的分析步骤进行深入、全面的介绍，并做出归纳和总结。
第9章至第11章为提高篇。主要针对在实际应用中经常遇到的问题进行专题讨论，包括前处理专题、求解控制专题和后处理专题，给出使用技巧和经验总结，帮助工程技术人员进一步提高解决工程实际问题的能力。
本书特点
本书从有限元数值计算方法和ANSYS的基础知识出发逐渐深入，紧紧围绕应用实例，向读者展示如何利用ANSYS软件解决工程实际问题的方法，并针对在实际应用中经常遇到的问题进行专题讨论。本书图文并茂、实例众多，且所举实例针对性强，分析透彻，突出本书以实例为中心的特点。相信通过阅读本书，会加深读者对ANSYS的理解，提高该软件的使用技巧。
图书目录 (可试读)
前言
第一篇 基础知识篇
第1章 FEA与ANSYS1
1．1 有限元方法简介1
1．1．1 有限单元法概念1
1．1．2 平面问题有限单元法2
1．1．3 空间问题有限单元法5
1．2 ANSYS简介及在机械领域的应用概况5
1．2．1 ANSYS简介5
1．2．2 ANSYS特点与主要功能6
1．2．3 ANSYS在机械领域的应用6
第2章 ANSYS的基本分析步骤8
2．1 分析方案的制定8
2．2 创建实体模型9
2．2．1 实体建模的概念9
2．2．2 坐标系9
2．2．3 工作平面9
2．2．4 图元的绘制、编号及删除11
2．2．5 布尔操作15
2．2．6 模型的修正19
2．3 网格划分24
2．3．1 单元属性24
2．3．2 划分网格30
2．3．3 网格控制调整30
2．4 加载和求解36
2．4．1 载荷种类36
2．4．2 载荷步设置选项-46
2．4．3 求解47
2．5 结果后处理48
2．5．1 通用后处理器(POSTl)48
2．5．2 时间历程后处理器(POST26)58
2．6 分析结果的判定70
2．6．1 识别分析结果70
2．6．2 调试分析结果70
2．6．3 误差估汁-71
第二篇 专题应用篇
第3章 结构线，陆静力分析72
3．1 线性静力分析的典型求解过程72
3．1．1 建立模型72
3．1．2 线性静力分析设置和选项73
3．1．3 施加静力分析载荷并求解74
3．1．4 查看结果79
3．2 实例--曲轴的线性静力分析82
3．2．1 实例工程背景82
3．2．2 分析解决过程83
3．2．3 归纳总结93
第4章 非线性静力分析94
4．1 非线性静力学分析的典型求解过程-94
4．1．1 建立模型94
4．1．2 材料非线性分析设置和选项95
4．1．3 几何非线性分析设置和选项97
4．1．4 接触非线性分析设置和选项101
4．1．5 施加载荷和边界条件116
4．1．6 查看结果116
4．2 实例--管道阀门材料非线性分析117
4．2．1 实例工程背景117
4．2．2 分析解决过程117
4．2．3 归纳总结125
4．3 实例--齿轮接触非线性分析126
4．3．1 实例工程背景126
4．3．2 分析解决过程126
4．3．3 归纳总结138
第5章 结构动力学分析139
5．1 动力学分析的典型求解过程139
5．1．1 建立模型139
5．1．2 设置分析类型和选项139
5．1．3 施加动力分析载荷并求解149
5．1．4 查看结果161
5．2 实例--摩托车车架模态分析163
5．2．1 实例工程背景163
5．2．2 分析解决过程164
5．2．3 归纳总结175
5．3 实例--摩托车瞬态响应分析175
5．3．1 实例工程背景175
5．3．2 分析解决过程176
5．3．3 归纳总结191
第6章 热分析192
6．1 热分析的典型求解过程192
6．1．1 建立模型192
6．1．2 设置分析类型和选项193
6．1．3 施加热分析载荷并求解196
6．1．4 查看结果202
6．2 实例--散热片的稳态热分析203
6．2．1 实例工程背景203
6．2．2 分析解决过程204
6．2．3 归纳总结214
6．3 实例--彩色显像管的瞬态热分析214
6．3．1 实例工程背景214
6．3．2 分析解决过程215
6．3．3 归纳总结236
第7章 流体动力学分析238
7．1 流体动力学分析的典型求解过程238
7．1．1 建立模型238
7．1．2 施加边界条件和载荷238
7．1．3 设定分析选项和求解控制243
7．1．4 查看结果258
7．2 实例--导流管二维流体分析260
7．2．1 实例工程背景260
7．2．2 分析解决过程260
7．2．3 归纳总结273
7．3 实例--搅拌棒三维流体分析273
7．3．1 实例工程背景273
7．3．2 分析解决过程273
7．3．3 归纳总结289
第8章 耦合场分析290
8．1 物理环境间接耦合方法典型求解过程290
8．1．1 建立模型291
8．1．2 创建物理环境292
8．1．3 读入物理环境文件并依次进行分析293
8．2 手工间接耦合方法典型求解过程295
8．2．1 求解热分析模型295
8．2．2 切换到结构分析295
8．2．3 求解结构分析模型297
8．3 实例--换热器热应力耦合分析300
8．3．1 实例工程背景300
8．3．2 分析解决过程300
8．3．3 归纳总结321
第三篇 提高篇
第9章 前处理专题323
9．1 坐标系专题323
9．1．1 总体坐标系323
9．1．2 局部坐标系323
9．1．3 节点坐标系325
9．1．4单元坐标系326
9．1．5 结果坐标系327
9．1．6 显示坐标系328
9．1．7 坐标系小结328
9．2 单位制专题329
9．3 非线性材料定义专题331
9．3．1 材料定义基础知识332
9．3．2 超弹性材料的定义333
9．3．3 塑性材料的定义335
9．3．4 粘弹性材料的定义337
9．4 网格划分控制专题338
9．4．1 混合分网功能338
9．4．2 映射网格划分341
9．4．3 网格划分精度346
9．5 载荷施加专题349
9．5．1 时变载荷加载问题349
9．5．2 函数加载问题350
9．5．3 移动载荷问题358
9．5．4 多载荷工况组合问题361
9．6 耦合和约束方程365
9．6．1 耦合问题366
9．6．2 约束方程问题368
9．7 接口技术专题372
9．7．1 ANSYS与IGES数据接口373
9．7．2 ANSYS与Pro／E376
9．7．3 ANSYS与UG378
9．7．4 ANSYS与AutoCAD379
9．7．5 ANSYS与Parasolids380
9．7．6 ANSYS与CATIAV4381
9．7．7 ANSYS与CATIAV5382
第10章 求解控制专题383
10．1 计算速度的控制383
10．1．1 计算规模的控制383
10．1．2 求解器的选用387
10．1．3 计算容差的控制387
10．2 非线性不收敛的控制388
10．2．1 增强收敛通用控制388
10．2．2 增强收敛其他控制390
10．3 计算中途退出的控制391
10．3．1 自由度值溢出控制391
10．3．2 收敛失效退出控制392
10．3．3 软件硬件环境设置控制392
10．4 求解器的选用395
10．4．1 Sparse Solver(稀疏矩阵求解器)396
10．4．2 Frontal Solver(波前求解器)396
10．4．3 PCG Solver(预条件共轭梯度求解器)397
10．4．4 JCG Solver(雅可比共轭梯度求解器)397
10．4．5 ICCG Solver(不完全乔列夫斯基共轭梯度求解器)398
10．4．6 Automatic Iterative Solver(自动迭代求解器)398
第11章 后处理专题399
11．1 作用力和反作用力的查看399
11．1．1 约束反力的查看399
11．1．2 接触反力的查看402
11．1．3 命令流查看反力404
11．2 刚度和质量矩阵提取404
11．2．1 总体刚度和质量矩阵提取404
11．2．2 单元刚度和质量矩阵提取407
11．3 路径操作408
11．3．1 定义路径408
11．3．2 修改、删除和显示路径410
11．3．3 映射数据到路径411
11．3．4 显示路径数据413
11．3．5 路径数据运算416
11．4 截面结果的查看417
11．4．1 实体结构截面结果查看417
11．4．2 梁、壳结构截面结果查看420
11．5 图形和动画显示结果425
11．5．1 图形显示模式425
11．5．2 图形显示风格控制427
11．5．3 图形显示结果保存431
11．5．4 动画显示结果433
参考文献435
第一篇 基础知识篇
第1章 FEA与ANSYS1
1．1 有限元方法简介1
1．1．1 有限单元法概念1
1．1．2 平面问题有限单元法2
1．1．3 空间问题有限单元法5
1．2 ANSYS简介及在机械领域的应用概况5
1．2．1 ANSYS简介5
1．2．2 ANSYS特点与主要功能6
1．2．3 ANSYS在机械领域的应用6
第2章 ANSYS的基本分析步骤8
2．1 分析方案的制定8
2．2 创建实体模型9
2．2．1 实体建模的概念9
2．2．2 坐标系9
2．2．3 工作平面9
2．2．4 图元的绘制、编号及删除11
2．2．5 布尔操作15
2．2．6 模型的修正19
2．3 网格划分24
2．3．1 单元属性24
2．3．2 划分网格30
2．3．3 网格控制调整30
2．4 加载和求解36
2．4．1 载荷种类36
2．4．2 载荷步设置选项-46
2．4．3 求解47
2．5 结果后处理48
2．5．1 通用后处理器(POSTl)48
2．5．2 时间历程后处理器(POST26)58
2．6 分析结果的判定70
2．6．1 识别分析结果70
2．6．2 调试分析结果70
2．6．3 误差估汁-71
第二篇 专题应用篇
第3章 结构线，陆静力分析72
3．1 线性静力分析的典型求解过程72
3．1．1 建立模型72
3．1．2 线性静力分析设置和选项73
3．1．3 施加静力分析载荷并求解74
3．1．4 查看结果79
3．2 实例--曲轴的线性静力分析82
3．2．1 实例工程背景82
3．2．2 分析解决过程83
3．2．3 归纳总结93
第4章 非线性静力分析94
4．1 非线性静力学分析的典型求解过程-94
4．1．1 建立模型94
4．1．2 材料非线性分析设置和选项95
4．1．3 几何非线性分析设置和选项97
4．1．4 接触非线性分析设置和选项101
4．1．5 施加载荷和边界条件116
4．1．6 查看结果116
4．2 实例--管道阀门材料非线性分析117
4．2．1 实例工程背景117
4．2．2 分析解决过程117
4．2．3 归纳总结125
4．3 实例--齿轮接触非线性分析126
4．3．1 实例工程背景126
4．3．2 分析解决过程126
4．3．3 归纳总结138
第5章 结构动力学分析139
5．1 动力学分析的典型求解过程139
5．1．1 建立模型139
5．1．2 设置分析类型和选项139
5．1．3 施加动力分析载荷并求解149
5．1．4 查看结果161
5．2 实例--摩托车车架模态分析163
5．2．1 实例工程背景163
5．2．2 分析解决过程164
5．2．3 归纳总结175
5．3 实例--摩托车瞬态响应分析175
5．3．1 实例工程背景175
5．3．2 分析解决过程176
5．3．3 归纳总结191
第6章 热分析192
6．1 热分析的典型求解过程192
6．1．1 建立模型192
6．1．2 设置分析类型和选项193
6．1．3 施加热分析载荷并求解196
6．1．4 查看结果202
6．2 实例--散热片的稳态热分析203
6．2．1 实例工程背景203
6．2．2 分析解决过程204
6．2．3 归纳总结214
6．3 实例--彩色显像管的瞬态热分析214
6．3．1 实例工程背景214
6．3．2 分析解决过程215
6．3．3 归纳总结236
第7章 流体动力学分析238
7．1 流体动力学分析的典型求解过程238
7．1．1 建立模型238
7．1．2 施加边界条件和载荷238
7．1．3 设定分析选项和求解控制243
7．1．4 查看结果258
7．2 实例--导流管二维流体分析260
7．2．1 实例工程背景260
7．2．2 分析解决过程260
7．2．3 归纳总结273
7．3 实例--搅拌棒三维流体分析273
7．3．1 实例工程背景273
7．3．2 分析解决过程273
7．3．3 归纳总结289
第8章 耦合场分析290
8．1 物理环境间接耦合方法典型求解过程290
8．1．1 建立模型291
8．1．2 创建物理环境292
8．1．3 读入物理环境文件并依次进行分析293
8．2 手工间接耦合方法典型求解过程295
8．2．1 求解热分析模型295
8．2．2 切换到结构分析295
8．2．3 求解结构分析模型297
8．3 实例--换热器热应力耦合分析300
8．3．1 实例工程背景300
8．3．2 分析解决过程300
8．3．3 归纳总结321
第三篇 提高篇
第9章 前处理专题323
9．1 坐标系专题323
9．1．1 总体坐标系323
9．1．2 局部坐标系323
9．1．3 节点坐标系325
9．1．4单元坐标系326
9．1．5 结果坐标系327
9．1．6 显示坐标系328
9．1．7 坐标系小结328
9．2 单位制专题329
9．3 非线性材料定义专题331
9．3．1 材料定义基础知识332
9．3．2 超弹性材料的定义333
9．3．3 塑性材料的定义335
9．3．4 粘弹性材料的定义337
9．4 网格划分控制专题338
9．4．1 混合分网功能338
9．4．2 映射网格划分341
9．4．3 网格划分精度346
9．5 载荷施加专题349
9．5．1 时变载荷加载问题349
9．5．2 函数加载问题350
9．5．3 移动载荷问题358
9．5．4 多载荷工况组合问题361
9．6 耦合和约束方程365
9．6．1 耦合问题366
9．6．2 约束方程问题368
9．7 接口技术专题372
9．7．1 ANSYS与IGES数据接口373
9．7．2 ANSYS与Pro／E376
9．7．3 ANSYS与UG378
9．7．4 ANSYS与AutoCAD379
9．7．5 ANSYS与Parasolids380
9．7．6 ANSYS与CATIAV4381
9．7．7 ANSYS与CATIAV5382
第10章 求解控制专题383
10．1 计算速度的控制383
10．1．1 计算规模的控制383
10．1．2 求解器的选用387
10．1．3 计算容差的控制387
10．2 非线性不收敛的控制388
10．2．1 增强收敛通用控制388
10．2．2 增强收敛其他控制390
10．3 计算中途退出的控制391
10．3．1 自由度值溢出控制391
10．3．2 收敛失效退出控制392
10．3．3 软件硬件环境设置控制392
10．4 求解器的选用395
10．4．1 Sparse Solver(稀疏矩阵求解器)396
10．4．2 Frontal Solver(波前求解器)396
10．4．3 PCG Solver(预条件共轭梯度求解器)397
10．4．4 JCG Solver(雅可比共轭梯度求解器)397
10．4．5 ICCG Solver(不完全乔列夫斯基共轭梯度求解器)398
10．4．6 Automatic Iterative Solver(自动迭代求解器)398
第11章 后处理专题399
11．1 作用力和反作用力的查看399
11．1．1 约束反力的查看399
11．1．2 接触反力的查看402
11．1．3 命令流查看反力404
11．2 刚度和质量矩阵提取404
11．2．1 总体刚度和质量矩阵提取404
11．2．2 单元刚度和质量矩阵提取407
11．3 路径操作408
11．3．1 定义路径408
11．3．2 修改、删除和显示路径410
11．3．3 映射数据到路径411
11．3．4 显示路径数据413
11．3．5 路径数据运算416
11．4 截面结果的查看417
11．4．1 实体结构截面结果查看417
11．4．2 梁、壳结构截面结果查看420
11．5 图形和动画显示结果425
11．5．1 图形显示模式425
11．5．2 图形显示风格控制427
11．5．3 图形显示结果保存431
11．5．4 动画显示结果433
参考文献435
