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ANSYS Workbench中文版超级学习手册 读者对象:有限元分析应用软件学习人员
本书共14章,第1-4章以各个分析模块为基础,介绍ANSYS Workbench 2022及其与其他软件的集成、几何建模、网格划分、结果后处理等内容。第5-14章以项目实例为指导,主要讲解Workbench在结构静力学分析、结构动力学分析、热力学分析、接触分析、电磁场分析、线性屈曲分析、结构优化分析、流体动力学分析、多物理场耦合分析及疲劳分析中的应用等内容。
本书基于ANSYS Workbench 2022进行讲解,细致介绍了Workbench在:
结构静力学分析、结构动力学分析、热力学分析、接触分析、电磁场分析、线性屈曲分析、结构优化分析、流体动力学分析、多物理场耦合分析及疲劳分析等场景的应用。 本书特色 ■ 内容全面,结构清晰,讲解细致。 ■ 工程实例丰富,配套提供全部案例素材。 ■ 扫描书中二维码,观看配套视频讲解。 ■ 关注“仿真技术”,获取更多资源。 “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 软件简介 1 12 Workbench 软件及模块 3 121 Workbench 软件界面 3 122 菜单栏 4 123 工具栏 8 124 工具箱 8 13 Workbench 与其他软件集成设置 12 14 本章小结 12 第 2 章 几何建模 13 21 DesignModeler 平台概述 13 211 DesignModeler 平台界面 13 212 菜单栏 13 213 工具栏 20 214 常用命令栏 22 215 “树轮廓”面板 22 22 DesignModeler 几何建模 24 221 DesignModeler 零件建模 24 222 DesignModeler 装配体建模 28 223 DesignModeler 建模工具 33 224 DesignModeler 概念建模工具 36 23 几何建模综合实例 40 24 本章小结 47 第 3 章 网格划分 48 31 Meshing 平台概述 48 311 Meshing 平台界面 49 312 图形操作窗口 49 313 模型树及详细设置窗口 50 32 Meshing 网格划分详解 53 321 Meshing 网格划分适用领域 54 322 Meshing 网格划分方法 54 323 Meshing 网格默认设置 56 324 Meshing 网格尺寸设置 57 325 Meshing 网格膨胀层设置 58 326 Meshing 网格高级选项 59 327 Meshing 网格统计选项 60 328 Meshing 网格质量选项 60 33 Meshing 网格划分实例 64 331 实例 1——网格尺寸控制 64 332 实例 2——扫掠网格划分 71 333 实例 3——多区域网格划分 76 34 ICEM CFD 简介与实例 80 341 ICEM CFD 软件功能 80 342 ICEM CFD 软件界面 81 343 ICEM CFD 网格划分实例 81 35 本章小结 86 第 4 章 结果后处理 87 41 Mechanical 基本操作 87 411 关于 Mechanical 87 412 启动 Mechanical 88 413 Mechanical 操作界面 88 414 鼠标控制 90 42 材料参数输入控制 91 421 进入工程数据应用程序 91 422 材料库 91 423 添加材料 92 424 添加材料属性 93 43 Mechanical 前处理操作 94 431 几何结构分支 94 432 接触与点焊 95 433 坐标系 96 434 网格划分 98 435 分析设置 98 44 施加载荷和约束 99 441 约束和载荷 99 442 惯性载荷 100 443 力载荷 100 444 常见约束 101 45 模型求解 102 46 后处理操作 103 461 查看结果 103 462 结果输出 106 463 变形显示 106 464 应力和应变 106 465 接触结果 107 466 自定义结果显示 108 47 本章小结 108 第 5 章 结构静力学分析 109 51 线性静力学分析简介 109 511 线性静力学分析 109 512 线性静力学分析基础 110 52 实例 1——实体静力学分析 110 521 问题描述 111 522 启动 Workbench 并建立分 析项目 111 523 导入几何体模型 111 524 添加材料库 112 525 添加模型材料属性 114 526 划分网格 115 527 施加载荷与约束 116 528 结果后处理 118 529 保存与退出 119 5210 读者演练 119 53 实例 2——梁单元线性静力学分析 119 531 问题描述 119 532 启动 Workbench 并建立分析项目 120 533 创建几何体模型 120 534 添加材料库 125 535 添加模型材料属性 126 536 划分网格 128 537 施加载荷与约束 128 538 结果后处理 130 539 保存与退出 132 5310 读者演练 132 54 实例 3——复杂实体静力学分析 132 541 问题描述 132 542 启动 Workbench 并建立分析项目 132 543 导入几何体模型 132 544 添加材料库 133 545 添加模型材料属性 135 546 划分网格 136 547 施加载荷与约束 136 548 结果后处理 138 549 保存与退出 139 5410 读者演练 140 55 实例 4——大变形静力学分析 140 551 问题描述 140 552 启动 Workbench 并建立分析项目 140 553 导入几何体模型 141 554 设定材料属性 142 555 划分网格 143 556 定义约束及边界条件 144 557 求解及后处理 145 558 开启大变形开关再次新建项目 146 559 再次求解及后处理 146 5510 保存并退出 147 56 本章小结 147 第 6 章 结构动力学分析 148 61 结构动力学分析简介 148 611 结构动力学分析的平衡方程 148 612 结构动力学分析的阻尼 148 62 模态分析简介 149 621 模态分析 149 622 模态分析基础 150 623 预应力模态分析 150 63 实例 1——模态分析 151 631 问题描述 151 632 启动 Workbench 并建立分析项目 151 633 导入几何体模型 151 634 添加材料库 152 635 添加模型材料属性 154 636 划分网格 155 637 施加载荷与约束 155 638 结果后处理 157 639 保存与退出 159 64 实例 2——有预应力模态分析 159 641 问题描述 160 642 启动 Workbench 并建立分析项目 160 643 导入几何体模型 160 644 添加材料库 161 645 添加模型材料属性 163 646 划分网格 164 647 施加载荷与约束 164 648 模态分析 166 649 后处理 166 6410 保存与退出 168 6411 读者演练 168 65 响应谱分析简介 168 651 频谱的定义 169 652 响应谱分析的基本概念 169 66 实例 3——钢构架响应谱分析 171 661 问题描述 171 662 启动 Workbench 并建立分析项目 172 663 导入几何体模型 172 664 添加材料库 173 665 划分网格 173 666 施加约束 174 667 结果后处理 175 668 响应谱分析 178 669 添加加速度谱 179 6610 后处理 180 6611 保存与退出 182 6612 读者演练 183 67 随机振动分析简介 183 68 实例 4——钢构架随机振动分析 184 681 问题描述 184 682 启动 Workbench 并建立分析项目 184 683 导入几何体模型 185 684 添加材料库 185 685 划分网格 185 686 施加约束 187 687 结果后处理 188 688 随机振动分析 189 689 添加动态力载荷 190 6810 后处理 192 6811 保存与退出 194 6812 读者演练 195 69 谐响应分析简介 195 691 谐响应分析的基本概念 195 692 谐响应分析的载荷与输出 195 693 谐响应分析通用方程 196 610 实例 5——底座架谐响应分析 196 6101 问题描述 196 6102 启动 Workbench 并建立分析项目 196 6103 导入几何体模型 196 6104 添加材料库 197 6105 添加模型材料属性 199 6106 划分网格 199 6107 施加约束 200 6108 结果后处理 201 6109 创建响应谱分析项目 202 61010 施加载荷与约束 203 61011 结果后处理 203 61012 保存与退出 206 61013 读者演练 206 611 瞬态动力学分析简介 206 6111 瞬态动力学分析的基本概念 206 6112 瞬态动力学分析基本公式 206 612 实例 6——钢构架地震分析 206 6121 问题描述 207 6122 启动 Workbench 并建立分析项目 208 6123 导入几何体模型 208 6124 添加材料库 209 6125 划分网格 209 6126 施加约束 210 6127 结果后处理 212 6128 保存与退出 214 6129 读者演练 215 613 本章小结 215 第 7 章 热力学分析 216 71 热力学分析简介 216 711 热力学分析的目的 216 712 热力学分析的两种类型 216 713 基本传热方式 217 72 实例 1——圆柱体热传递与对流分析 217 721 问题描述 218 722 启动 Workbench 并建立分析项目 218 723 导入几何体模型 218 724 添加材料库 219 725 添加模型材料属性 220 726 划分网格 221 727 施加载荷与约束 222 728 结果后处理 224 729 保存与退出 225 7210 读者演练 225 73 实例 2——实体模块热传递与对流分析 226 731 问题描述 226 732 启动 Workbench 并建立分析项目 226 733 导入几何体模型 226 734 添加材料库 227 735 添加模型材料属性 228 736 划分网格 229 737 施加载荷与约束 230 738 结果后处理 232 739 保存与退出 233 7310 读者演练 234 74 实例 3——水杯稳态热力学分析 234 741 问题描述 234 742 启动 Workbench 并建立分析项目 234 743 添加材料库 235 744 导入几何体模型 236 745 添加模型材料属性 236 746 划分网格 237 747 定义荷载 238 748 结果后处理 239 749 保存与退出 241 75 实例 4——散热片瞬态热力学分析 241 751 问题描述 241 752 启动 Workbench 并建立分析项目 241 753 导入几何体模型 242 754 添加材料库 242 755 添加模型材料属性 244 756 划分网格 245 757 施加载荷与约束 245 758 瞬态热力学分析 246 759 设置分析选项 247 7510 后处理 249 7511 保存与退出 250 76 本章小结 250 第 8 章 接触分析 251 81 接触分析简介 251 82 实例 1——挖掘机臂静态接触受力分析 253 821 问题描述 253 822 启动 Workbench 并建立分析项目 253 823 导入几何体模型 253 824 添加材料库 254 825 接触设置 254 826 划分网格 255 827 施加载荷与约束 255 828 结果后处理 257 829 保存与退出 260 8210 读者演练 260 83 实例 2——移动滑块动态接触分析 260 831 问题描述 260 832 启动 Workbench 并建立分析项目 260 833 导入几何体模型 261 834 添加材料库 261 835 添加模型材料属性 263 836 创建接触 264 837 划分网格 265 838 施加载荷与约束 265 839 结果后处理 268 8310 保存与退出 270 8311 读者演练 271 84 本章小结 271 第 9 章 电磁场分析 272 91 电磁场基本理论 272 911 麦克斯韦方程 272 912 一般形式的电磁场微分方程 273 913 电磁场中常见边界条件 274 914 ANSYS Workbench 平台电磁分析 275 915 ANSOFT 软件电磁分析 275 92 实例 1——Electric 直流传导分析 276 921 问题描述 277 922 启动 Workbench 并建立分析项目 277 923 导入几何体模型 278 924 添加模型材料属性 278 925 划分网格 279 926 边界条件设定 279 927 后处理 280 928 保存与退出 281 93 实例 2——Maxwell 直流传导分析 281 931 启动 Workbench 并建立分析项目 282 932 创建几何体模型 282 933 边界条件设定 284 934 求解计算 285 935 后处理 285 936 保存与退出 286 94 本章小结 286 第 10 章 线性屈曲分析 287 101 线性屈曲分析简介 287 1011 结构稳定性 287 1012 线性屈曲分析 288 102 实例 1——圆筒线性屈曲分析 288 1021 问题描述 288 1022 启动 Workbench 并建立分析项目 288 1023 导入几何体模型 289 1024 设置材料 289 1025 添加模型材料属性 290 1026 划分网格 290 1027 施加载荷与约束 291 1028 结果后处理 292 1029 创建线性屈曲分析项目 293 10210 施加载荷与约束 294 10211 结果后处理 294 10212 保存与退出 295 10213 读者演练 296 103 实例 2——工字钢线性屈曲分析 296 1031 问题描述 296 1032 启动 Workbench 并建立分析项目 296 1033 导入几何体模型 296 1034 设置材料 297 1035 划分网格 297 1036 施加载荷与约束 298 1037 结果后处理 299 1038 创建线性屈曲分析项目 300 1039 施加载荷与约束 301 10310 结果后处理 302 10311 保存与退出 304 10312 读者演练 304 104 本章小结 304 第 11 章 结构优化分析 305 111 优化分析简介 305 1111 优化设计概述 305 1112 Workbench 结构优化分析简介 306 1113 Workbench 结构优化分析工具 307 112 实例——响应面优化分析 307 1121 问题描述 307 1122 启动 Workbench 并建立分析项目 307 1123 导入几何体模型 308 1124 添加材料库 309 1125 添加模型材料属性 310 1126 划分网格 311 1127 施加约束与载荷 312 1128 结果后处理 312 1129 观察优化参数 314 11210 响应面 316 11211 观察新设计点的结果 318 11212 保存与退出 319 113 本章小结 319 第 12 章 流体动力学分析 320 121 流体动力学分析简介 320 1211 流体动力学分析的基本概念 320 1212 CFD 基础 322 122 实例 1——CFX 内流场分析 329 1221 问题描述 330 1222 启动 Workbench 并建立分析项目 330 1223 创建几何体模型 330 1224 网格划分 330 1225 流体动力学前处理 333 1226 流体计算 337 1227 结果后处理 338 123 实例 2——FLUENT 流场分析 339 1231 问题描述 340 1232 启动 Workbench 并建立分析项目 340 1233 导入几何体模型 340 1234 网格划分 341 1235 进入FLUENT 平台 342 1236 材料选择 344 1237 设置计算域属性 344 1238 流体边界条件 344 1239 求解器设置 345 12310 结果后处理 346 12311 保存与退出 348 124 本章小结 348 第 13 章 多物理场耦合分析 349 131 多物理场耦合分析简介 349 1311 多物理场耦合分析的基本概念 349 1312 多物理场应用场合 350 132 实例 1——Maxwell 和Mechanical 电磁-热-结构耦合分析 350 1321 问题描述 351 1322 启动 Workbench 并建立电磁分析项目 351 1323 创建几何体模型 352 1324 求解域的设置 356 1325 赋予材料属性 356 1326 添加激励 357 1327 分析步创建 358 1328 模型检查与计算 358 1329 后处理 359 13210 创建热学分析和数据共享 360 13211 材料设定 361 13212 添加模型材料属性 362 13213 网格划分 363 13214 添加边界条件与映射激励 364 13215 求解计算 365 13216 后处理 365 13217 应力计算 366 13218 读者演练 367 133 实例 2——Maxwell 和Mechanical 线圈电磁-结构耦合分析 367 1331 问题描述 368 1332 启动 Workbench 并建立电磁分析项目 368 1333 导入几何体模型 368 1334 求解器与求解域的设置 369 1335 赋予材料属性 370 1336 添加激励 371 1337 模型检查与计算 372 1338 后处理 373 1339 创建力学分析和数据共享 375 13310 材料设定 376 13311 网格划分 378 13312 添加边界条件与映射激励 379 13313 求解计算 380 13314 后处理 380 134 实例 3——FLUENT 和Mechanical 流体-结构耦合分析 381 1341 问题描述 381 1342 启动 Workbench 并建立电磁分析项目 381 1343 导入几何体模型 381 1344 抑制几何 383 1345 网格设置 383 1346 进入FLUENT 平台 385 1347 材料选择 386 1348 设置几何属性 387 1349 流体边界条件 387 13410 求解器设置 389 13411 结构力学计算 391 13412 材料设定 392 13413 网格划分 393 13414 添加边界条件与映射激励 394 13415 求解计算 395 13416 后处理 395 13417 读者演练 396 135 实例 4——Maxwell 和 FLUENT电磁-热流耦合分析 396 1351 问题描述 396 1352 启动 Workbench 并建立电磁分析项目 396 1353 导入几何体模型 397 1354 求解器与求解域的设置 398 1355 赋予材料属性 398 1356 添加激励 399 1357 模型检查与计算 401 1358 后处理 402 1359 创建流体力学分析和数据共享 404 13510 DesignModeler 中的几何数据文件 405 13511 传递数据 408 13512 网格设置 408 13513 进入 FLUENT 平台 410 13514 材料选择 411 13515 设置几何属性 412 13516 流体边界条件 413 13517 求解器设置 414 13518 CFD-Post 后处理操作 415 136 本章小结 417 第 14 章 疲劳分析 418 141 疲劳分析简介 418 142 实例——轴疲劳分析 420 1421 问题描述 420 1422 启动 Workbench 并建立分析项目 420 1423 导入几何体模型 420 1424 添加材料库 421 1425 添加模型材料属性 421 1426 划分网格 421 1427 施加载荷与约束 422 1428 结果后处理 424 1429 保存文件 424 14210 启动 nCode 程序 424 14211 疲劳分析 426 14212 保存与退出 428 143 本章小结 428 参考文献 429
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