ANSYS 15.0有限元分析自學手冊

胡仁喜，中國人民解放軍軍械工程學院機械設計教研室講師，機械工程博士，主要從事流體動力學分析、機械設計和工程圖學教學和研究，精通各種CAD／CAM／CAE軟件，國內CAD／CAM／CAE圖書策劃人和作者，從事CAD／CAM／CAE圖書寫作和策劃近10年，寫作和工程實踐經驗非常豐富，善於把握讀者需求，建立了完整的CAD／CAM／CAE知識體系，很多作品深受業內專家和廣大讀者的好評

第1篇操作基礎篇
第1章ANSYS概述2
1．1有限單元法簡介3
1．1．1 CAE軟件簡介3
1．1．2有限單元法的基本概念5
1．2工業ANSYS簡介6
1． 2．1 ANSYS的發展7
1．2．2 ANSYS的功能7
1．3 ANSYS15．0的啟動及界面8
1．3．1設置運行環境8
1．3．2啟動與退出11
1．3．3 ANSYS 15．0的圖形用戶界面12
1．4程序結構13
1．4．1處理器14
1．4．2文件格式14
1．4．3輸入方式14
1．4．4輸出文件類型15
1． 5 ANSYS分析的基本過程15
1．5．1前處理15
1．5．2加載並求解16
1．5．3後處理16
1．5．4實例導航—齒輪泵齒輪靜力分析實例17
1． 6本章小結18

第2章幾何建模19
2．1坐標系簡介20
2．1．1總體和局部坐標系20
2．1．2顯示坐標系22
2．1．3節點坐標系23
2．1 ．4單元坐標系23
2．1．5結果坐標系24
2．1．6坐標系創建實例24
2．2工作平面的使用和操作27
2．2．1定義一個新的工作平面27
2．2．2控制工作平面的顯示和样式28
2．2．3移動工作平面28
2．2．4旋轉工作平面29
2．2．5還原一個已定義的工作平面29
2．2．6工作平面的高級用途29
2．2． 7工作平面創建實例31
2．3布爾操作33
2．3．1布爾運算操作33
2．3．2布爾運算的設置34
2．3．3布爾運算之後的圖元編號35
2．3．4交運算35
2．3．5兩兩相交36
2．3．6相加37
2．3．7相減37
2．3．8利用工作平面作減運算38
2．3．9搭接39
2．3 ．10分割39
2．3．11粘接（或合併） 40
2．3．12布爾操作實例40
2．4自底向上創建幾何模型43
2．4．1關鍵點44
2．4．2硬點48
2．4．3線49
2．4．4面51
2．4．5體52
2．4．6自底向上建模實例54
2．5自頂向下創建幾何模型（體素） 64
2．5．1創建面體素64
2．5．2創建實體體素64
2．5． 3自頂向下建模實例67
2．6移動、複製和縮放幾何模型77
2．6．1移動和復制77
2．6．2拖拉和旋轉78
2．6．3按照樣本生成圖元78
2 ．6．4由對稱映像生成圖元79
2．6．5將樣本圖元轉換坐標系79
2．6．6實體模型圖元的縮放80
2．6．7修改模型（清除和刪除） 81
2 ．7幾何模型導入到ANSYS 82
2．7．1輸入IGES單一實體82
2．7．2輸入SAT單一實體85
2．7．3輸入SAT實體集合87
2．7．4輸入Parasolid單一實體91
2． 7．5輸入Parasolid實體集合94
2．8實例導航——齒輪泵齒輪的建模95
2．9本章小結109

第3章劃分網格111
3．1有限元網格概論112
3．2設定單元屬性112
3．2．1生成單元屬性表113
3．2．2在劃分網格之前分配單元屬性113
3．2．3設定單元屬性實例115
3．3網格劃分的控制119
3．3．1 ANSYS網格劃分工具（MeshTool） 119
3．3．2映射網格劃分中單元的默認尺寸121
3．3．3局部網格劃分控制122
3 ．3．4內部網格劃分控制123
3．3．5生成過渡棱錐單元125
3．3．6將退化的四面體單元轉化為非退化的形式126
3．3．7執行層網格劃分126
3 ．3．8網格劃分控制實例127
3．4自由網格劃分和映射網格劃分控制129
3．4．1自由網格劃分129
3．4．2映射網格劃分130
3．5給實體模型劃分有限元網格135
3．5．1用xMESH命令生成網格135
3．5．2生成帶方向節點的梁單元網格136
3．5．3在分界線或分界面處生成單位厚度的界面單元137
3．6延伸和掃略生成有限元模型138
3．6．1延伸（Extrude）生成網格138
3．6．2掃略（VSWEEP）生成網格140
3．7修正有限元模型142
3 ．7．1局部細化網格143
3．7．2移動和復制節點和單元145
3．7．3控制面、線和單元的法向146
3．7．4修改單元屬性147
3．8編號控制147
3．8．1合併重複項148
3．8．2編號壓縮149
3．8．3設定起始編號149
3．8．4編號偏差150
3．9實例導航—齒輪泵齒輪模型網格劃分150
3．10本章小結155

第4章施加載荷156
4．1載荷概論157
4．1．1什麼是載荷157
4．1．2載荷步、子步和平衡迭代158
4．1．3時間參數159
4．1．4階躍載荷與坡道載荷160
4．2施加載荷160
4．2．1實體模型載荷與有限單元載荷161
4．2． 2施加載荷161
4．2．3利用表格來施加載荷167
4．2．4軸對稱載荷與反作用力169
4．2．5利用函數來施加載荷和邊界條件170
4．3設定載荷步選項172
4．3．1通用選項172
4．3．2非線性選項175
4．3．3動力學分析選項176
4．3．4輸出控制176
4．3．5 Biot-Savart選項177
4．3．6譜分析選項178
4．3．7創建多載荷步文件178
4．4實例導航—齒輪泵齒輪模型載荷施加179
4．5本章小結183

第5章求解184
5．1求解概論185
5．1．1使用直接求解法186
5．1．2使用稀疏矩陣直接解法求解器186
5．1．3使用雅克比共軛梯度法求解器186
5．1．4使用不完全分解共軛梯度法求解器187
5．1． 5使用預條件共軛梯度法求解器187
5．1．6使用自動迭代解法選項188
5．1．7獲得解答189
5．2利用特定的求解控制器來指定求解類型189
5．2．1使用Abridged Solution菜單選項190
5．2．2使用求解控制對話框190
5．3多載荷步求解192
5．3．1多重求解法192
5．3．2使用載荷步文件法192
5．3．3使用數組參數法（矩陣參數法） 193
5．4重新啟動分析194
5．4．1重新啟動一個分析195
5．4．2多載荷步文件的重啟動分析198
5．5預測求解時間和估計文件大小200
5．5．1估計運算時間201
5．5．2估計文件的大小201
5．5．3估計內存需求201
5．6實例導航——齒輪泵齒輪模型求解202
5．7本章小結202

第6章後處理203
6．1後處理概述204
6．1．1後處理204
6．1．2結果文件205
6．1．3後處理可用的數據類型205
6．2通用後處理器（POST1） 206
6．2．1將數據結果讀入數據庫206
6．2．2列表顯示結果213
6．2．3圖像顯示結果219
6．2．4映射結果到某一路徑上226
6．2．5表面操作231
6．2．6將結果旋轉到不同坐標系中顯示234
6．3時間歷程後處理器（POST26） 236
6．3．1定義和儲存POST26變量236
6．3．2檢查變量239
6．3．3後處理器POST26的其他功能241
6．4實例導航——齒輪泵齒輪模型結果後處理242
6．5本章小結248

第2篇專題實例篇
第7章靜力學分析250
7．1靜力分析介紹251
7．1．1結構靜力分析簡介251
7．1．2靜力分析的類型252
7．1．3靜力分析基本步驟252
7．2實例導航—聯軸體的靜力分析實例253
7．2．1問題描述253
7．2．2建立模型254
7．2．3定義邊界條件並求解258
7．2．4查看結果261
7．2．5命令流實現265
7．3實例導航—內六角扳手的靜態分析265
7．3．1問題的描述265
7．3．2建立模型265
7．3．3定義邊界條件並求解273
7．3．4查看結果2