Ansys 2022有限元分析從入門到精通

《Ansys 2022有限元分析從入門到精通》以Ansys 2022為依托，對Ansys分析的基本思路、操作步驟和應用技巧進行詳細介紹，並結合典型工程應用實例詳細講述了Ansys具體工程應用方法。本書共分為4篇20章：第1篇為操作基礎篇（第1~6章），詳細介紹Ansys分析全流程的基本步驟和方法；第2篇為專題實例篇（第7~14章），按不同的分析專題講解其中的參數設置方法與技巧；第3篇為熱分析篇（第15~16章），依次介紹穩態熱分析與瞬態熱分析、熱輻射和相變分析；第4篇為電磁分析篇（第17~20章），分別介紹電磁場有限元分析、二維磁場分析、三維磁場分析和電場分析等內容。另附3章線上擴展學習內容，主要對結構靜力分析、耦合場分析、直接耦合場分析進行拓展。 另外，本書隨書電子資源中還配備了極為豐富的學習資源，具體內容如下。 1. 128集高清同步微課視頻，可像看電影一樣輕松學習，然後對照書中實例進行練習。 2. 39個經典實例，學以致用，動手會做才是硬道理。 3. 附贈8種類型常見零部件分析的動畫演示和源文件，可以拓寬視野，增強實戰能力。 4. 全書實例的源文件和素材，方便按照書中實例操作時直接調用。 本書適合Ansys軟件的初、中級用戶，以及有初步使用經驗的技術人員。本書可作為理工科類院校相關專業的本科生、研究生及教師學習Ansys軟件的教材，也可作為從事結構分析相關工作的工程技術人員使用Ansys軟件的參考書。

目  錄

第1篇  操作基礎篇

 

第1章  Ansys 2022入門 2

（ 視頻講解：12分鐘）

1.1  Ansys 2022的用戶界面 3

1.2  Ansys文件系統 4

1.2.1  文件類型 4

1.2.2  文件管理 5

1.3  Ansys分析過程 8

1.3.1  建立模型 8

1.3.2  加載並求解 9

1.3.3  後處理器 9

1.4  實例入門—角托架受力分析 9

1.4.1  分析實例描述 9

1.4.2  建立模型 10

1.4.3  查看計算結果 17

第2章　幾何建模 19

（ 視頻講解：27分鐘）

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 24

2.1.5  結果坐標系 24

2.2  工作平面的使用 25

2.2.1  定義一個新的工作平面 25

2.2.2  控制工作平面的顯示和樣式 26

2.2.3  移動工作平面 26

2.2.4  旋轉工作平面 26

2.2.5  還原一個已定義的工作平面 27

2.3  布爾操作 27

2.3.1  布爾運算的設置 27

2.3.2  布爾交運算 28

2.3.3  布爾兩兩相交運算 29

2.3.4  布爾相加運算 29

2.3.5  布爾相減運算 29

2.3.6  利用工作平面進行減運算 31

2.3.7  布爾搭接運算 31

2.3.8  布爾分割運算 31

2.3.9  布爾粘接（或合並）運算 32

2.4  編輯幾何模型 32

2.4.1  按照樣本生成圖元 33

2.4.2  由對稱映像生成圖元 33

2.4.3  將樣本圖元轉換到坐標系 33

2.4.4  實體模型圖元的縮放 34

2.5  自底向上創建幾何模型 35

2.5.1  關鍵點 35

2.5.2  硬點 36

2.5.3  線 37

2.5.4  面 40

2.5.5  體 41

2.6  實例—儲液罐的實體建模 42

2.6.1  GUI方式 43

2.6.2  命令流方式 46

2.7  自頂向下創建幾何模型（體素） 47

2.7.1  創建面體素 47

2.7.2  創建實體體素 48

2.8  實例—軸承座的實體建模 49

2.8.1  GUI方式 49

2.8.2  命令流方式 54

2.9  從IGES文件中將幾何模型導入

Ansys軟件 55

2.10  實例—輸入IGES單一實體 56

2.11  實例—對輸入模型進行修改 58

第3章　劃分網格 61

（ 視頻講解：8分鐘）

3.1  有限元網格概論 62

3.2  設定單元屬性 62

3.2.1  生成單元屬性表 62

3.2.2  在劃分網格之前分配單元屬性 63

3.3  網格劃分的控制 65

3.3.1  Ansys網格劃分工具

（MeshTool） 65

3.3.2  單元形狀 65

3.3.3  選擇自由或映射網格劃分 66

3.3.4  控制單元中間節點的位置 67

3.3.5  劃分自由網格時的單元尺寸

控制（SmartSizing） 67

3.3.6  映射網格劃分中單元的默認

尺寸 68

3.3.7  局部網格劃分控制 69

3.3.8  內部網格劃分控制 69

3.3.9  生成過渡棱錐單元 71

3.3.10  將退化的四面體單元轉化為

非退化的形式 71

3.3.11  執行層網格劃分 72

3.4  自由網格劃分和映射網格劃分控制 73

3.4.1  自由網格劃分 73

3.4.2  映射網格劃分 74

3.5  實例—儲液罐的網格劃分 78

3.5.1  GUI方式 78

3.5.2  命令流方式 80

3.6  延伸和掃掠生成有限元網格模型 80

3.6.1  延伸（Extrude）生成網格 81

3.6.2  掃掠（VSWEEP）生成網格 83

3.7  修改有限元模型 85

3.7.1  局部細化網格 85

3.7.2  復制、移動節點和單元 88

3.7.3  控制面、線和單元的法向 88

3.7.4  修改單元屬性 89

3.8  直接通過節點和單元生成有限元

模型 89

3.8.1  節點 90

3.8.2  單元 91

3.9  編號控制 93

3.9.1  合並重復項 94

3.9.2  編號壓縮 94

3.9.3  設定起始編號 95

3.9.4  編號偏差 95

3.10  實例—軸承座的網格劃分 96

3.10.1  GUI方式 96

3.10.2  命令流方式 99

第4章　施加載荷 101

（ 視頻講解：7分鐘）

4.1  載荷概論 102

4.1.1  什麽是載荷 102

4.1.2  載荷步、子步和平衡迭代 103

4.1.3  時間參數 103

4.1.4  階躍載荷與坡道載荷 104

4.2  施加載荷 105

4.2.1  載荷分類 105

4.2.2  軸對稱載荷與反作用力 111

4.2.3  利用表格施加載荷 112

4.2.4  利用函數施加載荷和邊界條件 116

4.3  實例—軸承座的載荷和約束

施加 117

4.3.1  GUI方式 117

4.3.2  命令流方式 120

4.4  設定載荷步選項 120

4.4.1  通用選項 121

4.4.2  動力學分析選項 124

4.4.3  非線性選項 124

4.4.4  輸出控制 125

4.4.5  Biot-Savart選項 126

4.4.6  譜分析選項 126

4.4.7  創建多載荷步文件 126

4.5  實例——儲液罐的載荷和約束

施加 128

4.5.1  GUI方式 128

4.5.2  命令流方式 130

第5章　求解 132

（ 視頻講解：2分鐘）

5.1  求解概論 133

5.1.1  選擇求解器 133

5.1.2  求解器的類型 133

5.1.3  獲得解答 134

5.2  利用特定的求解控制器指定求解

類型 135

5.2.1  使用Abridged Solution菜單

選項 135

5.2.2  使用求解控制對話框 136

5.3  多載荷步求解 137

5.3.1  多重求解法 137

5.3.2  使用載荷步文件法 138

5.3.3  使用數組參數法

（矩陣參數法） 138

5.4  實例—軸承座和儲液罐模型

求解 140

第6章　後處理 141

（ 視頻講解：5分鐘）

6.1  後處理概述 142

6.1.1  結果文件 142

6.1.2  後處理可用的數據類型 143

6.2  通用後處理器（POST1） 143

6.2.1  將數據結果讀入數據庫 143

6.2.2  圖像顯示結果 149

6.2.3  列表顯示結果 155

6.2.4  將結果旋轉到不同坐標系中

並顯示 157

6.3  實例—軸承座計算結果後處理 158

6.3.1  GUI方式 158

6.3.2  命令流方式 161

6.4  時間歷程後處理器（POST26） 162

6.4.1  定義和儲存POST26變量 162

6.4.2  檢查變量 164

6.4.3  POST26後處理器的其他功能 166

6.5  實例—儲液罐計算結果後處理 167

6.5.1  GUI方式 167

6.5.2  命令流方式 169

 

第2篇  專題實例篇

 

第7章　結構靜力分析 172

（ 視頻講解：31分鐘）

7.1  結構靜力概論 173

7.2  實例—高速齒輪應力分析 173

7.2.1  分析問題 173

7.2.2  建立模型 174

7.2.3  定義邊界條件並求解 186

7.2.4  查看結果 188

7.2.5  命令流方式 190

第8章　模態分析 191

（ 視頻講解：39分鐘）

8.1  模態分析概論 192

8.2  實例—高速齒輪模態分析 192

8.2.1  分析問題 192

8.2.2  建立模型 192

8.2.3  進行模態分析設置、施加邊界

條件並求解 198

8.2.4  查看結果 200

8.2.5  命令流方式 203

8.3  實例—鋼桁架橋模態分析 203

8.3.1  問題描述 203

8.3.2  GUI操作方法 204

8.3.3  命令流方式 208

第9章　諧響應分析 209

（ 視頻講解：18分鐘）

9.1  諧響應分析概論 210

9.1.1  full method 210

9.1.2  frequency-sweep method 211

9.1.3  mode superposition method 211

9.1.4  3種方法的共同局限性 212

9.2  實例—懸臂梁諧響應分析 212

9.2.1  分析問題 212

9.2.2  建立模型 212

9.2.3  查看結果 222

9.2.4  命令流方式 224

第10章　譜分析 225

（ 視頻講解：28分鐘）

10.1  譜分析概論 226

10.1.1  響應譜 226

10.1.2  動力設計分析方法（DDAM） 226

10.1.3  功率譜密度（PSD） 226

10.2  實例—支撐平板動力效果譜

分析 227

10.2.1  問題描述 227

10.2.2  GUI操作方法 227

10.2.3  命令流方式 244

第11章　瞬態動力學分析 245

（ 視頻講解：13分鐘）

11.1  瞬態動力學概論 246

11.1.1  full method 246

11.1.2  mode superposition method 246

11.2  實例—哥倫布阻尼的自由

振動分析 247

11.2.1  問題描述 247

11.2.2  GUI模式 247

11.2.3  命令流方式 257

第12章　非線性分析 258

（ 視頻講解：17分鐘）

12.1  非線性分析概論 259

12.1.1  非線性行為的原因 259

12.1.2  非線性分析的基本信息 260

12.1.3  幾何非線性 262

12.1.4  材料非線性 263

12.1.5  其他非線性問題 266

12.2  實例—深溝球軸承 266

12.2.1  分析問題 266

12.2.2  GUI方式 267

12.2.3  查看結果 275

12.2.4  命令流方式 278

第13章　接觸問題分析 279

（ 視頻講解：17分鐘）

13.1  接觸問題概論 280

13.1.1  一般分類 280

13.1.2  接觸單元 280

13.2  實例—齒輪副的接觸分析 281

13.2.1  分析問題 281

13.2.2  建立模型 282

13.2.3  定義邊界條件並求解 291

13.2.4  查看結果 294

13.2.5  命令流方式 295

第14章　結構屈曲分析 296

（ 視頻講解：19分鐘）

14.1  結構屈曲概論 297

14.2  實例—框架結構屈曲分析 297

14.2.1  分析問題 297

14.2.2  GUI路徑模式 298

14.2.3  命令流方式 310

 

第3篇  熱分析篇

 

第15章　穩態熱分析與瞬態熱分析 312

（ 視頻講解：42分鐘）

15.1  熱分析概論 313

15.1.1  熱分析的特點 313

15.1.2  熱分析單元 314

15.2  熱載荷和邊界條件的類型 314

15.2.1  概述 314

15.2.2  熱載荷和邊界條件註意事項 315

15.3  穩態熱分析概述 315

15.3.1  穩態熱分析定義 315

15.3.2  穩態熱分析的控制方程 315

15.4  實例—電熱絲生熱穩態熱

分析 316

15.4.1  GUI操作步驟 316

15.4.2  命令流方式 329

15.5  瞬態熱分析概述 329

15.5.1  瞬態熱分析特性 329

15.5.2  瞬態熱分析前處理考慮因素 330

15.5.3  控制方程 330

15.5.4  初始條件的施加 330

15.6  實例—鋼球淬火過程瞬態熱

分析 331

15.6.1  GUI分析過程 332

15.6.2  命令流方式 339

第16章　熱輻射和相變分析 340

（ 視頻講解：65分鐘）

16.1  熱輻射基本理論及在Ansys

中的處理方法 341

16.1.1  熱輻射特性 341

16.1.2  Ansys中熱輻射的處理方法 341

16.2  實例—兩同心圓柱體間

熱輻射分析 341

16.2.1  問題描述 341

16.2.2  問題分析 342

16.2.3  GUI操作步驟 342

16.2.4  命令流方式 352

16.3  實例—圓台形物體熱輻射

分析 352

16.3.1  問題描述 352

16.3.2  問題分析 352

16.3.3  GUI操作步驟 352

16.3.4  命令流方式 358

16.4  相變分析概述 358

16.4.1  相和相變 358

16.4.2  潛在熱量和焓 359

16.4.3  相變分析基本思路 359

16.5  實例—茶杯中水結冰過程

分析 361

16.5.1  問題描述 361

16.5.2  問題分析 362

16.5.3  GUI操作步驟 362

16.5.4  命令流方式 374

 

第4篇  電磁分析篇

 

第17章　電磁場有限元分析簡介 376

17.1  電磁場有限元分析概述 377

17.1.1  電磁場中常見邊界條件 377

17.1.2  Ansys電磁場分析對象 377

17.1.3  電磁場單元概述 378

17.1.4  電磁宏 379

17.2  遠場單元及遠場單元的使用 379

17.2.1  遠場單元 380

17.2.2  使用遠場單元的註意事項 380

第18章　二維磁場分析 382

（ 視頻講解：73分鐘）

18.1  二維靜態磁場分析中要使用的

單元 383

18.2  實例—二維螺線管制動器

內靜態磁場的分析 383

18.2.1  問題描述 383

18.2.2  GUI操作方法 385

18.2.3  命令流方式 394

18.3  二維諧波磁場分析中要使用的

單元 394

18.4  實例—二維自由空間線圈的

諧波磁場的分析 394

18.4.1  問題描述 394

18.4.2  GUI操作方法 395

18.4.3  命令流方式 404

18.5  二維瞬態磁場分析中要使用的

單元 404

18.6  實例—二維螺線管制動器內

瞬態磁場的分析 405

18.6.1  問題描述 405

18.6.2  GUI操作方法 406

18.6.3  命令流方式 419

第19章　三維磁場分析 420

（ 視頻講解：36分鐘）

19.1  三維靜態磁場標量法分析中要

使用的單元 421

19.2  實例—帶空氣隙的永磁體 422

19.2.1  問題描述 422

19.2.2  GUI操作方法 423

19.2.3  命令流方式 433

19.3  棱邊單元邊方法中要使用的

單元 433

19.4  實例—電動機溝槽中瞬態

磁場分佈 434

19.4.1  問題描述 434

19.4.2  創建物理環境 435

19.4.3  建立模型、賦予特性、

劃分網格 436

19.4.4  加邊界條件和載荷 437

19.4.5  求解 438

19.4.6  查看計算結果 439

19.4.7  命令流方式 441

第20章　電場分析 442

（ 視頻講解：64分鐘）

20.1  電場分析中要使用的單元 443

20.2  實例—正方形電流環中的

磁場分佈 446

20.2.1  問題描述 446

20.2.2  創建物理環境 447

20.2.3  建立模型、賦予特性、

劃分網格 449

20.2.4  加邊界條件和載荷 451

20.2.5  求解 452

20.2.6  查看計算結果 452

20.2.7  命令流方式 454

20.3  h方法靜電場分析中要使用的

單元 454

20.4  實例—屏蔽微帶傳輸線的

靜電分析 455

20.4.1  問題描述 455

20.4.2  GUI操作方法 456

20.4.3  命令流方式 464

20.5  電路分析中要使用的單元 464

20.5.1  使用CIRCU124單元 464

20.5.2  使用CIRCU125單元 467

20.6  實例—諧波電路分析 467

20.6.1  問題描述 467

20.6.2  GUI操作方法 468

20.6.3  命令流方式 475

20.7  多導體系統求解電容 475

20.7.1  對地電容和集總電容 475

20.7.2  步驟 475

20.8  實例—電容計算實例 477

20.8.1  問題描述 477

20.8.2  創建物理環境 477

20.8.3  建立模型、賦予特性、

劃分網格 480

20.8.4  加邊界條件和載荷 483

20.8.5  求解 484

20.8.6  命令流方式 485