ANSYS Workbench結構分析理論詳解與高級應用

前言
第1章  ANSYS Workbench結構分析的理論背景 1
1.1  ANSYS結構靜力學有限元分析的理論
背景 1
1.1.1  有限單元法概述 1
1.1.2  單元分析與結構分析 5
1.1.3  等參變換與數(shù)值積分 8
1.1.4  克服網(wǎng)格鎖定的單元技術 18
1.1.5  應變和應力的計算與后處理 23
1.2  ANSYS結構動力有限元分析的理論背景 32
1.2.1  結構動力學的基本概念與方程 32
1.2.2  模態(tài)分析 34
1.2.3  諧響應分析 36
1.2.4  瞬態(tài)分析 38
1.2.5  響應譜分析 40
1.2.6  隨機振動分析 48
1.3  ANSYS熱分析及熱應力計算的理論背景 49
1.3.1  熱傳導問題的基本方程 49
1.3.2  熱傳導有限元分析 52
1.3.3  熱應力計算 54
1.4  ANSYS結構屈曲分析的理論背景 55
1.5  ANSYS結構非線性分析的概念和理論
背景 56
1.5.1  非線性問題的基本概念和分類 56
1.5.2  結構塑性分析的理論基礎 57
1.5.3  幾何非線性分析的理論基礎 60
1.5.4  接觸分析算法簡介 63
1.5.5  非線性問題的求解方法 69
1.6  ANSYS流體-結構耦合分析的理論背景 71
第2章  ANSYS 2019R2-R3結構分析新環(huán)境
概覽 73
2.1  Mechanical結構分析新環(huán)境概述 73
2.2  Mechanical界面的核心操作邏輯 82
2.3  其他輔助性界面功能區(qū) 85
第3章  ANSYS Workbench結構分析建模思想
與方法 91
3.1  ANSYS結構分析建模思想與單元選擇 91
3.1.1  ANSYS結構分析建模的二次映射
思想 91
3.1.2  根據(jù)工程結構分類選用ANSYS
單元 92
3.2  關于結構分析的幾何模型 94
3.2.1  ANSYS Workbench的分析系統(tǒng)和Geometry組件 94
3.2.2  幾何模型的準備 97
3.2.3  Mechanical中的Geometry分支 103
3.3  定義連接關系 111
3.3.1  定義接觸及基本接觸選項 111
3.3.2  Joint連接及相關選項 117
3.3.3  其他連接方式 121
3.4  Mesh、Mesh Edit及Mesh Numbering 125
3.5  Named Selection的應用 129
3.6  Remote Point技術及其應用 133
3.7  External Model和Mechanical Model的
定義和裝配 135
第4章  結構分析的邊界條件與載荷 139
4.1  求解過程組織與載荷步設置 139
4.2  邊界條件及載荷類型的解釋說明 143
4.3  實用加載方法與例題 154
4.3.1  施加于SHELL單元上的靜水壓力
例題 154
4.3.2  通過位置函數(shù)方式加載例題 160
4.3.3  Nodal Orientation在加載中的應用 165
第5章  與應力解答有關的問題 176
5.1  應力奇異問題及對策 176
5.1.1  應力奇異問題的表現(xiàn)形式與實質(zhì) 176
5.1.2  解決應力奇異問題的若干對策 176
5.2  如何提高應力解答的精度 177
5.2.1  單元選擇與網(wǎng)格劃分的相關考慮 177
5.2.2  應用子模型技術精確計算局部應
力解 177
5.2.3  應用Convergence工具計算精確
應力解 179
5.3  基于子模型及收斂性技術的應力計算
實例 179
5.3.1  應用子模型計算實體結構的局部
應力 179
5.3.2  應用收斂工具計算實體結構局部
應力 188
5.3.3  應用子模型計算拱殼開孔附近的
應力 190
第6章  非線性分析專題 198
6.1  非線性分析材料參數(shù)及前處理注意事項 198
6.1.1  非線性材料參數(shù)的定義方法與注意
事項 198
6.1.2  非線性分析的單元與網(wǎng)格控制選項 200
6.1.3  模型幾何缺陷的引入 201
6.2  高級接觸選項設置 204
6.3  非線性分析的求解選項設置 210
6.4  非線性分析求解監(jiān)控與問題診斷 215
6.5  非線性分析例題 221
6.5.1  接觸分析例題：接觸界面調(diào)整 221
6.5.2  接觸分析例題：插銷過盈裝配與
拔拉分析 233
6.5.3  非線性屈曲分析例題：懸臂鋼板 238
第7章  結構動力學分析及應用 252
7.1  模態(tài)分析要點 252
7.2  諧響應分析要點 256
7.2.1  諧響應分析的兩種求解方法 256
7.2.2  諧響應分析的載荷與求解選項 257
7.2.3  諧響應分析的結果后處理 260
7.3  瞬態(tài)分析要點 263
7.4  響應譜分析及其在抗震工程中的應用 268
7.5  隨機振動分析要點 270
7.6  結構動力學分析例題 273
7.6.1  煙囪結構的抗震分析 273
7.6.2  設備支架的諧響應及隨機振動分析 282
7.6.3  平臺結構在多種激勵下的瞬態(tài)振動
分析 312
第8章  流固耦合動力分析 328
8.1  流固耦合實現(xiàn)方法與過程 328
8.2  流固耦合分析例題: 雙立板在流體的
擺動模擬 329
8.2.1  問題描述 329
8.2.2  建立分析流程 329
8.2.3  瞬態(tài)結構分析前處理 330
8.2.4  流體域分析前處理 335
8.2.5  系統(tǒng)耦合設置及求解 338
8.2.6  結果后處理 340
第9章  機構運動及多體動力分析 347
9.1  剛體動力學分析 347
9.2  剛?cè)峄旌隙囿w分析 349
9.2.1  一般瞬態(tài)分析方法 349
9.2.2  部件模態(tài)綜合方法（CMS方法） 350
9.3  連桿滑塊系統(tǒng)的多體動力學分析實例 351
9.3.1  連桿滑塊系統(tǒng)的剛體運動分析 351
9.3.2  剛?cè)峄旌隙囿w動力學分析：一般
瞬態(tài)分析方法 361
9.3.3  剛?cè)峄旌隙囿w動力學分析：CMS
方法 365
第10章  熱分析及熱應力計算的技術要點 368
10.1  結構熱分析實現(xiàn)要點 368
10.2  熱應力計算方法 370
10.3  熱分析及熱應力計算例題：換熱片 371
10.3.1  問題描述 371
10.3.2  換熱片的散熱分析 372
10.3.3  熱應力計算 377
第11章  在Mechanical中應用APDL Command
對象 380
11.1  APDL命令的背景知識 380
11.2  APDL命令對象在Mechanical組件
中的應用 382
11.3  Command對象應用舉例：梁結構的
內(nèi)力圖 387
第12章  DesignXplorer結構優(yōu)化方法與應用 395
12.1  結構優(yōu)化問題的數(shù)學表述 395
12.2  ANSYS DX優(yōu)化技術及實現(xiàn)要點 396
12.2.1  ANSYS Workbench的參數(shù)管理與
設計點的概念 396
12.2.2  參數(shù)相關性、DOE與響應面技術 399
12.2.3  目標驅(qū)動優(yōu)化 405
12.3  DX優(yōu)化分析實例 409
附錄A  Workbench采用的ANSYS單元類型
說明 417
附錄B  Engineering Data自定義材料及
材料庫 422
附錄C  高級幾何處理工具ANSYS SCDM
簡介 425
參考文獻 460