ANSYS Workbench中文版超級學習手冊

本書詳細介紹了 ANSYS 公司的有限元分析平臺 Workbench 2022 R2 的功能及應用。通過學習本書，讀者不僅能掌握軟件的操作方法，還能掌握解決相關工程領域實際問題的思路與方法，並能自如地解決本領域所出現的問題。

全書共 14 章，第 1～4 章以各個分析模塊為基礎，介紹 ANSYS Workbench 2022 及其與其他軟件的集成、幾何建模、網格劃分、結果後處理等內容。第 5～14 章以項目實例為指導，主要講解 Workbench在結構靜力學分析、結構動力學分析、熱力學分析、接觸分析、電磁場分析、線性屈曲分析、結構優化分析、流體動力學分析、多物理場耦合分析及疲勞分析中的應用等內容，其中電磁分析模塊（Maxwell）及疲勞分析模塊（nCode）需要讀者單獨安裝。

本書工程實例豐富、講解詳盡，內容安排循序漸進、深入淺出，適合理工院校土木工程、機械工程、

力學、電子工程等相關專業的高年級本科生、研究生及教師使用，同時也可以作為相關工程技術人員從

事工程研究的參考書。

“仿真联盟”由工作在教学、科研一线的专业人士组成，联盟成员均毕业于清华、北航、国科大等一流大学，他们或拥有多年的工程项目经验，或拥有丰富的教学、培训经验。成员熟练掌握相关仿真技术，精通如Fluent、ABAQUS、MATLAB中的一种或多种仿真工具。为帮助广大初学者掌握相关工具的应用特组织编写了本教程，也希望有志于从事仿真工作的读者关注“仿真技术”公众号。

第 1 章 Workbench 概述 1

11 ANSYS 軟件簡介 1

12 Workbench 軟件及模塊 3

121 Workbench 軟件界面 3

122 菜單欄 4

123 工具欄 8

124 工具箱 8

13 Workbench 與其他軟件集成設置 12

14 本章小結 12

第 2 章 幾何建模 13

21 DesignModeler 平臺概述 13

211 DesignModeler 平臺界面 13

212 菜單欄 13

213 工具欄 20

214 常用命令欄 22

215 “樹輪廓”面板 22

22 DesignModeler 幾何建模 24

221 DesignModeler 零件建模 24

222 DesignModeler 裝配體建模 28

223 DesignModeler 建模工具 33

224 DesignModeler 概念建模工具 36

23 幾何建模綜合實例 40

24 本章小結 47

第 3 章 網格劃分 48

31 Meshing 平臺概述 48

311 Meshing 平臺界面 49

312 圖形操作窗口 49

313 模型樹及詳細設置窗口 50

32 Meshing 網格劃分詳解 53

321 Meshing 網格劃分適用領域 54

322 Meshing 網格劃分方法 54

323 Meshing 網格默認設置 56

324 Meshing 網格尺寸設置 57

325 Meshing 網格膨脹層設置 58

326 Meshing 網格高級選項 59

327 Meshing 網格統計選項 60

328 Meshing 網格質量選項 60

33 Meshing 網格劃分實例 64

331 實例 1——網格尺寸控制 64

332 實例 2——掃掠網格劃分 71

333 實例 3——多區域網格劃分 76

34 ICEM CFD 簡介與實例 80

341 ICEM CFD 軟件功能 80

342 ICEM CFD 軟件界面 81

343 ICEM CFD 網格劃分實例 81

35 本章小結 86

第 4 章 結果後處理 87

41 Mechanical 基本操作 87

411 關於 Mechanical 87

412 啟動 Mechanical 88

413 Mechanical 操作界面 88

414 鼠標控制 90

42 材料參數輸入控制 91

421 進入工程數據應用程序 91

422 材料庫 91

423 添加材料 92

424 添加材料屬性 93

43 Mechanical 前處理操作 94

431 幾何結構分支 94

432 接觸與點焊 95

433 坐標系 96

434 網格劃分 98

435 分析設置 98

44 施加載荷和約束 99

441 約束和載荷 99

442 慣性載荷 100

443 力載荷 100

444 常見約束 101

45 模型求解 102

46 後處理操作 103

461 查看結果 103

462 結果輸出 106

463 變形顯示 106

464 應力和應變 106

465 接觸結果 107

466 自定義結果顯示 108

47 本章小結 108

第 5 章 結構靜力學分析 109

51 線性靜力學分析簡介 109

511 線性靜力學分析 109

512 線性靜力學分析基礎 110

52 實例 1——實體靜力學分析 110

521 問題描述 111

522 啟動 Workbench 並建立分

析項目 111

523 導入幾何體模型 111

524 添加材料庫 112

525 添加模型材料屬性 114

526 劃分網格 115

527 施加載荷與約束 116

528 結果後處理 118

529 保存與退出 119

5210 讀者演練 119

53 實例 2——梁單元線性靜力學分析 119

531 問題描述 119

532 啟動 Workbench 並建立分析項目 120

533 創建幾何體模型 120

534 添加材料庫 125

535 添加模型材料屬性 126

536 劃分網格 128

537 施加載荷與約束 128

538 結果後處理 130

539 保存與退出 132

5310 讀者演練 132

54 實例 3——復雜實體靜力學分析 132

541 問題描述 132

542 啟動 Workbench 並建立分析項目 132

543 導入幾何體模型 132

544 添加材料庫 133

545 添加模型材料屬性 135

546 劃分網格 136

547 施加載荷與約束 136

548 結果後處理 138

549 保存與退出 139

5410 讀者演練 140

55 實例 4——大變形靜力學分析 140

551 問題描述 140

552 啟動 Workbench 並建立分析項目 140

553 導入幾何體模型 141

554 設定材料屬性 142

555 劃分網格 143

556 定義約束及邊界條件 144

557 求解及後處理 145

558 開啟大變形開關再次新建項目 146

559 再次求解及後處理 146

5510 保存並退出 147

56 本章小結 147

第 6 章 結構動力學分析 148

61 結構動力學分析簡介 148

611 結構動力學分析的平衡方程 148

612 結構動力學分析的阻尼 148

62 模態分析簡介 149

621 模態分析 149

622 模態分析基礎 150

623 預應力模態分析 150

63 實例 1——模態分析 151

631 問題描述 151

632 啟動 Workbench 並建立分析項目 151

633 導入幾何體模型 151

634 添加材料庫 152

635 添加模型材料屬性 154

636 劃分網格 155

637 施加載荷與約束 155

638 結果後處理 157

639 保存與退出 159

64 實例 2——有預應力模態分析 159

641 問題描述 160

642 啟動 Workbench 並建立分析項目 160

643 導入幾何體模型 160

644 添加材料庫 161

645 添加模型材料屬性 163

646 劃分網格 164

647 施加載荷與約束 164

648 模態分析 166

649 後處理 166

6410 保存與退出 168

6411 讀者演練 168

65 響應譜分析簡介 168

651 頻譜的定義 169

652 響應譜分析的基本概念 169

66 實例 3——鋼構架響應譜分析 171

661 問題描述 171

662 啟動 Workbench 並建立分析項目 172

663 導入幾何體模型 172

664 添加材料庫 173

665 劃分網格 173

666 施加約束 174

667 結果後處理 175

668 響應譜分析 178

669 添加加速度譜 179

6610 後處理 180

6611 保存與退出 182

6612 讀者演練 183

67 隨機振動分析簡介 183

68 實例 4——鋼構架隨機振動分析 184

681 問題描述 184

682 啟動 Workbench 並建立分析項目 184

683 導入幾何體模型 185

684 添加材料庫 185

685 劃分網格 185

686 施加約束 187

687 結果後處理 188

688 隨機振動分析 189

689 添加動態力載荷 190

6810 後處理 192

6811 保存與退出 194

6812 讀者演練 195

69 諧響應分析簡介 195

691 諧響應分析的基本概念 195

692 諧響應分析的載荷與輸出 195

693 諧響應分析通用方程 196

610 實例 5——底座架諧響應分析 196

6101 問題描述 196

6102 啟動 Workbench 並建立分析項目 196

6103 導入幾何體模型 196

6104 添加材料庫 197

6105 添加模型材料屬性 199

6106 劃分網格 199

6107 施加約束 200

6108 結果後處理 201

6109 創建響應譜分析項目 202

61010 施加載荷與約束 203

61011 結果後處理 203

61012 保存與退出 206

61013 讀者演練 206

611 瞬態動力學分析簡介 206

6111 瞬態動力學分析的基本概念 206

6112 瞬態動力學分析基本公式 206

612 實例 6——鋼構架地震分析 206

6121 問題描述 207

6122 啟動 Workbench 並建立分析項目 208

6123 導入幾何體模型 208

6124 添加材料庫 209

6125 劃分網格 209

6126 施加約束 210

6127 結果後處理 212

6128 保存與退出 214

6129 讀者演練 215

613 本章小結 215

第 7 章 熱力學分析 216

71 熱力學分析簡介 216

711 熱力學分析的目的 216

712 熱力學分析的兩種類型 216

713 基本傳熱方式 217

72 實例 1——圓柱體熱傳遞與對流分析 217

721 問題描述 218

722 啟動 Workbench 並建立分析項目 218

723 導入幾何體模型 218

724 添加材料庫 219

725 添加模型材料屬性 220

726 劃分網格 221

727 施加載荷與約束 222

728 結果後處理 224

729 保存與退出 225

7210 讀者演練 225

73 實例 2——實體模塊熱傳遞與對流分析 226

731 問題描述 226

732 啟動 Workbench 並建立分析項目 226

733 導入幾何體模型 226

734 添加材料庫 227

735 添加模型材料屬性 228

736 劃分網格 229

737 施加載荷與約束 230

738 結果後處理 232

739 保存與退出 233

7310 讀者演練 234

74 實例 3——水杯穩態熱力學分析 234

741 問題描述 234

742 啟動 Workbench 並建立分析項目 234

743 添加材料庫 235

744 導入幾何體模型 236

745 添加模型材料屬性 236

746 劃分網格 237

747 定義荷載 238

748 結果後處理 239

749 保存與退出 241

75 實例 4——散熱片瞬態熱力學分析 241

751 問題描述 241

752 啟動 Workbench 並建立分析項目 241

753 導入幾何體模型 242

754 添加材料庫 242

755 添加模型材料屬性 244

756 劃分網格 245

757 施加載荷與約束 245

758 瞬態熱力學分析 246

759 設置分析選項 247

7510 後處理 249

7511 保存與退出 250

76 本章小結 250

第 8 章 接觸分析 251

81 接觸分析簡介 251

82 實例 1——挖掘機臂靜態接觸受力分析 253

821 問題描述 253

822 啟動 Workbench 並建立分析項目 253

823 導入幾何體模型 253

824 添加材料庫 254

825 接觸設置 254

826 劃分網格 255

827 施加載荷與約束 255

828 結果後處理 257

829 保存與退出 260

8210 讀者演練 260

83 實例 2——移動滑塊動態接觸分析 260

831 問題描述 260

832 啟動 Workbench 並建立分析項目 260

833 導入幾何體模型 261

834 添加材料庫 261

835 添加模型材料屬性 263

836 創建接觸 264

837 劃分網格 265

838 施加載荷與約束 265

839 結果後處理 268

8310 保存與退出 270

8311 讀者演練 271

84 本章小結 271

第 9 章 電磁場分析 272

91 電磁場基本理論 272

911 麥克斯韋方程 272

912 一般形式的電磁場微分方程 273

913 電磁場中常見邊界條件 274

914 ANSYS Workbench 平臺電磁分析 275

915 ANSOFT 軟件電磁分析 275

92 實例 1——Electric 直流傳導分析 276

921 問題描述 277

922 啟動 Workbench 並建立分析項目 277

923 導入幾何體模型 278

924 添加模型材料屬性 278

925 劃分網格 279

926 邊界條件設定 279

927 後處理 280

928 保存與退出 281

93 實例 2——Maxwell 直流傳導分析 281

931 啟動 Workbench 並建立分析項目 282

932 創建幾何體模型 282

933 邊界條件設定 284

934 求解計算 285

935 後處理 285

936 保存與退出 286

94 本章小結 286

第 10 章 線性屈曲分析 287

101 線性屈曲分析簡介 287

1011 結構穩定性 287

1012 線性屈曲分析 288

102 實例 1——圓筒線性屈曲分析 288

1021 問題描述 288

1022 啟動 Workbench 並建立分析項目 288

1023 導入幾何體模型 289

1024 設置材料 289

1025 添加模型材料屬性 290

1026 劃分網格 290

1027 施加載荷與約束 291

1028 結果後處理 292

1029 創建線性屈曲分析項目 293

10210 施加載荷與約束 294

10211 結果後處理 294

10212 保存與退出 295

10213 讀者演練 296

103 實例 2——工字鋼線性屈曲分析 296

1031 問題描述 296

1032 啟動 Workbench 並建立分析項目 296

1033 導入幾何體模型 296

1034 設置材料 297

1035 劃分網格 297

1036 施加載荷與約束 298

1037 結果後處理 299

1038 創建線性屈曲分析項目 300

1039 施加載荷與約束 301

10310 結果後處理 302

10311 保存與退出 304

10312 讀者演練 304

104 本章小結 304

第 11 章 結構優化分析 305

111 優化分析簡介 305

1111 優化設計概述 305

1112 Workbench 結構優化分析簡介 306

1113 Workbench 結構優化分析工具 307

112 實例——響應面優化分析 307

1121 問題描述 307

1122 啟動 Workbench 並建立分析項目 307

1123 導入幾何體模型 308

1124 添加材料庫 309

1125 添加模型材料屬性 310

1126 劃分網格 311

1127 施加約束與載荷 312

1128 結果後處理 312

1129 觀察優化參數 314

11210 響應面 316

11211 觀察新設計點的結果 318

11212 保存與退出 319

113 本章小結 319

第 12 章 流體動力學分析 320

121 流體動力學分析簡介 320

1211 流體動力學分析的基本概念 320

1212 CFD 基礎 322

122 實例 1——CFX 內流場分析 329

1221 問題描述 330

1222 啟動 Workbench 並建立分析項目 330

1223 創建幾何體模型 330

1224 網格劃分 330

1225 流體動力學前處理 333

1226 流體計算 337

1227 結果後處理 338

123 實例 2——FLUENT 流場分析 339

1231 問題描述 340

1232 啟動 Workbench 並建立分析項目 340

1233 導入幾何體模型 340

1234 網格劃分 341

1235 進入FLUENT 平臺 342

1236 材料選擇 344

1237 設置計算域屬性 344

1238 流體邊界條件 344

1239 求解器設置 345

12310 結果後處理 346

12311 保存與退出 348

124 本章小結 348

第 13 章 多物理場耦合分析 349

131 多物理場耦合分析簡介 349

1311 多物理場耦合分析的基本概念 349

1312 多物理場應用場合 350

132 實例 1——Maxwell 和Mechanical 電磁-熱-結構耦合分析 350

1321 問題描述 351

1322 啟動 Workbench 並建立電磁分析項目 351

1323 創建幾何體模型 352

1324 求解域的設置 356

1325 賦予材料屬性 356

1326 添加激勵 357

1327 分析步創建 358

1328 模型檢查與計算 358

1329 後處理 359

13210 創建熱學分析和數據共享 360

13211 材料設定 361

13212 添加模型材料屬性 362

13213 網格劃分 363

13214 添加邊界條件與映射激勵 364

13215 求解計算 365

13216 後處理 365

13217 應力計算 366

13218 讀者演練 367

133 實例 2——Maxwell 和Mechanical 線圈電磁-結構耦合分析 367

1331 問題描述 368

1332 啟動 Workbench 並建立電磁分析項目 368

1333 導入幾何體模型 368

1334 求解器與求解域的設置 369

1335 賦予材料屬性 370

1336 添加激勵 371

1337 模型檢查與計算 372

1338 後處理 373

1339 創建力學分析和數據共享 375

13310 材料設定 376

13311 網格劃分 378

13312 添加邊界條件與映射激勵 379

13313 求解計算 380

13314 後處理 380

134 實例 3——FLUENT 和Mechanical 流體-結構耦合分析 381

1341 問題描述 381

1342 啟動 Workbench 並建立電磁分析項目 381

1343 導入幾何體模型 381

1344 抑制幾何 383

1345 網格設置 383

1346 進入FLUENT 平臺 385

1347 材料選擇 386

1348 設置幾何屬性 387

1349 流體邊界條件 387

13410 求解器設置 389

13411 結構力學計算 391

13412 材料設定 392

13413 網格劃分 393

13414 添加邊界條件與映射激勵 394

13415 求解計算 395

13416 後處理 395

13417 讀者演練 396

135 實例 4——Maxwell 和 FLUENT電磁-熱流耦合分析 396

1351 問題描述 396

1352 啟動 Workbench 並建立電磁分析項目 396

1353 導入幾何體模型 397

1354 求解器與求解域的設置 398

1355 賦予材料屬性 398

1356 添加激勵 399

1357 模型檢查與計算 401

1358 後處理 402

1359 創建流體力學分析和數據共享 404

13510 DesignModeler 中的幾何數據文件 405

13511 傳遞數據 408

13512 網格設置 408

13513 進入 FLUENT 平臺 410

13514 材料選擇 411

13515 設置幾何屬性 412

13516 流體邊界條件 413

13517 求解器設置 414

13518 CFD-Post 後處理操作 415

136 本章小結 417

第 14 章 疲勞分析 418

141 疲勞分析簡介 418

142 實例——軸疲勞分析 420

1421 問題描述 420

1422 啟動 Workbench 並建立分析項目 420

1423 導入幾何體模型 420

1424 添加材料庫 421

1425 添加模型材料屬性 421

1426 劃分網格 421

1427 施加載荷與約束 422

1428 結果後處理 424

1429 保存文件 424

14210 啟動 nCode 程序 424

14211 疲勞分析 426

14212 保存與退出 428

143 本章小結 428

參考文獻 429