ANSYS Workbench 2020完全自学一本通

由浅入深，循序渐进：本书从有限元基本原理及ANSYS Workbench 2020使用基础入手，并辅以ANSYS Workbench在工程中的应用案例，帮助读者尽快掌握利用ANSYS Workbench进行有限元分析的技能。

步骤详尽，内容新颖：本书结合作者多年的ANSYS Workbench使用经验与实际工程应用案例，详细地讲解了ANSYS Workbench软件的使用方法与技巧。本书内容新颖，并在讲解过程中辅以相应的图片，使读者在阅读时一目了然，从而快速掌握相应内容。

实例典型，轻松易学：学习实际工程应用案例的具体操作是快速掌握ANSYS Workbench的方式。本书通过综合应用案例，透彻、详尽地讲解了ANSYS Workbench在各方面的应用。

本书针对ANSYS公司的有限元分析平台Workbench 2020，详细介绍了软件的功能及应用。本书内容丰富且涉及领域较广，使读者在掌握软件操作的同时，也能掌握解决相关工程领域实际问题的思路与方法，并能自如地解决本领域所出现的问题。

全书分为6篇，共26章，第1篇从有限元分析着手，讲解工程问题的数学物理方程及Workbench平台的基础应用知识；第2篇以基础范例为指导，讲解在Workbench平台中进行结构静力学分析、模态分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析及瞬态动力学分析；第3篇作为进阶部分，讲解接触分析、显式动力学分析、复合材料分析、疲劳分析及压电分析；第4篇以项目范例为指导，讲解稳态热力学分析、瞬态热力学分析、计算流体动力学分析、电场分析及磁场分析。本书配套资源中的第5篇作为高级应用篇，讲解结构优化分析、线性屈曲分析、APDL编程及声学分析等；第6篇主要讲解多物理场耦合分析，包括电磁耦合、流固耦合、振动噪声等。

许进峰，毕业于北京航空航天大学，曾就职于五洲工程设计研究院（兵器五院），现为中国科学院光电研究院员工，高级工程师，机械设计组组长。从事光机结构设计、精密机械设计工作。熟练掌握相关有限元分析软件，已从事机械设计及仿真计算工作十余年。精通ANSYS、Matlab、UG、Pro/Engineer等软件。

第1篇
第1章 有限元分析概述 1
1．1 有限元法发展综述 2
1．1．1 有限元法的孕育和发展 2
1．1．2 有限元法的基本思想 3
1．1．3 有限元的发展趋势 4
1．2 工程问题的数学物理方程 6
1．2．1 工程问题的数学物理方程概述 6
1．2．2 变分函数 10
1．2．3 插值函数 10
1．2．4 形函数 10
1．2．5 刚度矩阵 11
1．2．6 连通性 11
1．2．7 边界条件 11
1．2．8 圆柱坐标系中的问题 12
1．2．9 直接方法 13
1．3 有限元的解题步骤 13
1．4 本章小结 14
第2章 几何建模 15
2．1 Workbench 2020平台及模块 16
2．1．1 Workbench 2020平台界面 16
2．1．2 菜单栏 17
2．1．3 工具栏 23
2．1．4 工具箱 23
2．2 几何建模 27
2．2．1 几何建模平台 28
2．2．2 菜单栏 28
2．2．3 工具栏 36
2．2．4 常用命令栏 38
2．2．5 模型树 38
2．2．6 几何建模实例――连接板 40
2．3 本章小结 47
第3章 网格划分 48
3．1 网格划分概述 49
3．1．1 网格划分适用领域 49
3．1．2 网格划分方法 49
3．1．3 网格默认设置 52
3．1．4 网格尺寸设置 53
3．1．5 网格质量设置 55
3．1．6 网格膨胀层设置 61
3．1．7 网格高级选项设置 63
3．1．8 网格统计设置 64
3．2 网格划分实例 64
3．2．1 实例1――网格尺寸控制 64
3．2．2 实例2――扫掠网格划分 71
3．2．3 实例3――多区域网格划分 74
3．2．4 实例4――CDB网格导入 78
3．2．5 实例5――BDF网格导入 82
3．3 本章小结 84
第4章 后处理 85
4．1 后处理概述 86
4．1．1 查看结果 86
4．1．2 显示结果 89
4．1．3 显示变形 89
4．1．4 应力和应变 90
4．1．5 接触结果 91
4．1．6 显示自定义结果 92
4．2 案例分析 93
4．2．1 问题描述 93
4．2．2 建立分析项目 93
4．2．3 导入几何体 94
4．2．4 添加材料库 95
4．2．5 添加模型材料属性 96
4．2．6 划分网格 97
4．2．7 施加载荷与约束 98
4．2．8 结果后处理 99
4．2．9 保存与退出 103
4．3 本章小结 103
第2篇
第5章 结构静力学分析 104
5．1 线性静力学分析简介 105
5．1．1 线性静力学分析 105
5．1．2 线性静力学分析流程 106
5．1．3 线性静力学分析基础 106
5．2 实例1――实体静力学分析 106
5．2．1 问题描述 107
5．2．2 建立分析项目 107
5．2．3 导入几何体 107
5．2．4 添加材料库 108
5．2．5 添加模型材料属性 110
5．2．6 划分网格 111
5．2．7 施加载荷与约束 111
5．2．8 结果后处理 113
5．2．9 保存与退出 115
5．2．10 读者演练 115
5．3 实例2――梁单元线性静力学分析 115
5．3．1 问题描述 116
5．3．2 建立分析项目 116
5．3．3 创建几何体 116
5．3．4 添加材料库 120
5．3．5 添加模型材料属性 121
5．3．6 划分网格 122
5．3．7 施加载荷与约束 123
5．3．8 结果后处理 125
5．3．9 保存与退出 127
5．3．10 读者演练 127
5．4 实例3――板单元静力学分析 128
5．4．1 问题描述 128
5．4．2 建立分析项目 128
5．4．3 创建几何体 129
5．4．4 添加材料库 129
5．4．5 添加模型材料属性 130
5．4．6 划分网格 131
5．4．7 施加载荷与约束 131
5．4．8 结果后处理 133
5．4．9 保存与退出 134
5．4．10 读者演练 135
5．5 本章小结 135
第6章 模态分析 136
6．1 结构动力学分析简介 137
6．1．1 结构动力学分析 137
6．1．2 结构动力学分析的阻尼 137
6．2 模态分析简介 138
6．2．1 模态分析概述 138
6．2．2 模态分析基础 139
6．2．3 预应力模态分析 139
6．3 实例1――方杆模态分析 139
6．3．1 问题描述 140
6．3．2 建立分析项目 140
6．3．3 创建几何体 140
6．3．4 添加材料库 141
6．3．5 添加模型材料属性 142
6．3．6 划分网格 143
6．3．7 施加载荷与约束 143
6．3．8 结果后处理 145
6．3．9 保存与退出 147
6．4 实例2――方板在预压力下的模态分析 148
6．4．1 问题描述 148
6．4．2 建立分析项目 148
6．4．3 创建几何体 148
6．4．4 添加材料库 149
6．4．5 添加模型材料属性 151
6．4．6 划分网格 151
6．4．7 施加载荷与约束 152
6．4．8 模态分析 153
6．4．9 结果后处理 154
6．4．10 保存与退出 156
6．5 实例3――方板在预拉力下的模态分析 156
6．5．1 问题描述 156
6．5．2 修改外载荷数据 156
6．5．3 模态分析（1） 157
6．5．4 结果后处理 157
6．5．5 保存与退出 158
6．5．6 结论 159
6．6 实例4――方板在阻尼下的模态分析 159
6．6．1 问题描述 159
6．6．2 模态分析（2） 159
6．6．3 结果后处理 160
6．6．4 保存与退出 161
6．7 本章小结 161
第7章 谐响应分析 162
7．1 谐响应分析简介 163
7．1．1 谐响应分析概述 163
7．1．2 谐响应分析的载荷与输出 163
7．1．3 谐响应分析通用方程 164
7．2 实例1――梁单元谐响应分析 164
7．2．1 问题描述 164
7．2．2 建立分析项目 164
7．2．3 创建模态分析项目 165
7．2．4 材料选择 166
7．2．5 施加载荷与约束 166
7．2．6 模态求解 168
7．2．7 结果后处理（1） 168
7．2．8 创建谐响应分析项目 170
7．2．9 施加载荷与约束 171
7．2．10 谐响应计算 172
7．2．11 结果后处理（2） 172
7．2．12 保存与退出 174
7．3 实例2――实体单元谐响应分析 175
7．3．1 问题描述 175
7．3．2 建立分析项目 175
7．3．3 材料选择 176
7．3．4 施加载荷与约束 176
7．3．5 模态求解 178
7．3．6 结果后处理（1） 178
7．3．7 谐响应分析 180
7．3．8 谐响应计算 181
7．3．9 结果后处理（2） 181
7．3．10 保存与退出 183
7．4 实例3――含阻尼谐响应分析 183
7．5 本章小结 185
第8章 响应谱分析 186
8．1 响应谱分析简介 187
8．1．1 频谱的定义 187
8．1．2 响应谱分析的基本概念 188
8．2 实例1――简单梁响应谱分析 189
8．2．1 问题描述 190
8．2．2 建立分析项目 190
8．2．3 导入几何体 191
8．2．4 静力学分析 192
8．2．5 添加材料库 192
8．2．6 接触设置 192
8．2．7 完成网格划分 193
8．2．8 施加约束 193
8．2．9 模态分析 195
8．2．10 结果后处理（1） 195
8．2．11 响应谱分析 196
8．2．12 添加加速度谱 197
8．2．13 结果后处理（2） 198
8．2．14 其他设置 200
8．2．15 保存与退出 202
8．3 实例2――建筑物响应谱分析 202
8．3．1 问题描述 202
8．3．2 建立分析项目 203
8．3．3 导入几何体 203
8．3．4 静力学分析 204
8．3．5 添加材料库 204
8．3．6 划分网格 204
8．3．7 施加曲面约束 204
8．3．8 施加固定约束 205
8．3．9 模态分析 206
8．3．10 结果后处理（1） 206
8．3．11 响应谱分析 208
8．3．12 添加加速度谱 208
8．3．13 结果后处理（2） 210
8．3．14 保存与退出 212
8．4 本章小结 212
第9章 随机振动分析 213
9．1 随机振动分析简介 214
9．2 实例1――简单桥梁随机振动分析 215
9．2．1 问题描述 215
9．2．2 建立分析项目 215
9．2．3 导入几何体 216
9．2．4 静力学分析 217
9．2．5 添加材料库 217
9．2．6 接触设置 217
9．2．7 完成网格划分 218
9．2．8 施加约束 218
9．2．9 模态分析 220
9．2．10 结果后处理（1） 220
9．2．11 随机振动分析 221
9．2．12 添加加速度谱 222
9．2．13 结果后处理（2） 223
9．2．14 保存与退出 225
9．3 实例2――建筑物随机振动分析 225
9．3．1 问题描述 225
9．3．2 建立分析项目 225
9．3．3 导入几何体 226
9．3．4 静力学分析 226
9．3．5 添加材料库 226
9．3．6 划分网格 227
9．3．7 施加曲面约束 227
9．3．8 施加固定约束 228
9．3．9 模态分析 229
9．3．10 结果后处理（1） 229
9．3．11 随机振动分析 231
9．3．12 添加加速度谱 231
9．3．13 结果后处理（2） 233
9．3．14 保存与退出 235
9．4 本章小结 235
第10章 瞬态动力学分析 236
10．1 瞬态动力学分析简介 237
10．2 实例1――建筑物地震分析 237
10．2．1 问题描述 237
10．2．2 建立分析项目 238
10．2．3 创建几何体 239
10．2．4 瞬态动力学分析 239
10．2．5 添加材料库 240
10．2．6 划分网格 240
10．2．7 施加约束 241
10．2．8 结果后处理 243
10．2．9 保存与退出 245
10．3 实例2――震动分析 245
10．3．1 问题描述 246
10．3．2 建立分析项目 246
10．3．3 导入几何体 246
10．3．4 模态分析 247
10．3．5 模态分析前处理 247
10．3．6 施加约束 248
10．3．7 结果后处理（1） 250
10．3．8 瞬态动力学分析 251
10．3．9 添加动态力载荷 252
10．3．10 结果后处理（2） 254
10．3．11 保存与退出 255
10．4 本章小结 256
第3篇
第11章 接触分析 257
11．1 接触分析简介 258
11．2 实例――铝合金板孔受力分析 259
11．2．1 问题描述 260
11．2．2 建立分析项目 260
11．2．3 创建几何体 260
11．2．4 添加材料库 262
11．2．5 添加模型材料属性 263
11．2．6 创建接触 263
11．2．7 划分网格 263
11．2．8 施加载荷与约束 265
11．2．9 结果后处理 265
11．2．10 保存与退出 267
11．3 本章小结 267
第12章 显式动力学分析 268
12．1 显式动力学分析简介 269
12．2 实例1――钢球撞击金属网分析 270
12．2．1 问题描述 270
12．2．2 建立分析项目 270
12．2．3 启动Workbench LS-DYNA建立项目 272
12．2．4 材料选择与赋予 272
12．2．5 建立项目分析 273
12．2．6 分析前处理 274
12．2．7 施加载荷 274
12．2．8 结果后处理 276
12．2．9 保存与退出 278
12．2．10 问题解读 279
12．3 实例2――金属块穿透钢板分析 279
12．3．1 问题描述 279
12．3．2 建立分析项目 279
12．3．3 绘制几何模型 280
12．3．4 添加材料库 280
12．3．5 添加材料 282
12．3．6 显式动力学分析前处理 283
12．3．7 施加约束 284
12．3．8 结果后处理 286
12．3．9 启动Autodyn软件 287
12．3．10 保存与退出 289
12．4 本章小结 289
第13章 复合材料分析 290
13．1 复合材料概述 291
13．1．1 复合材料简介 291
13．1．2 复合材料层合板强度的计算模型 292
13．1．3 复合材料层合板强度的有限元法 293
13．2 复合材料的失效准则 294
13．2．1 Zinoviev理论 294
13．2．2 Bogetti理论 295
13．2．3 Puck理论 295
13．2．4 Cuntze理论 296
13．2．5 Tsai理论 296
13．3 ANSYS ACP模块功能概述 297
13．4 实例1――复合板受力分析 300
13．4．1 问题描述 300
13．4．2 启动Workbench软件 300
13．4．3 静力学分析项目 301
13．4．4 定义复合材料数据 302
13．4．5 数据更新 304
13．4．6 ACP复合材料定义 305
13．4．7 有限元计算 313
13．4．8 结果后处理 314
13．4．9 ACP专业后处理工具 314
13．4．10 保存与退出 316
13．5 实例2――复合筒受力分析 316
13．5．1 问题描述 316
13．5．2 启动Workbench软件 316
13．5．3 静力学分析项目 317
13．5．4 定义复合材料数据 318
13．5．5 数据更新 320
13．5．6 ACP复合材料定义 321
13．5．7 有限元计算 329
13．5．8 结果后处理 329
13．5．9 ACP专业后处理工具 330
13．5．10 保存与退出 332
13．6 本章小结 332
第14章 疲劳分析 333
14．1 疲劳分析简介 334
14．2 疲劳分析方法 335
14．2．1 疲劳程序 335
14．2．2 应力-寿命曲线 336
14．2．3 疲劳材料特性 337
14．3 实例1――椅子疲劳分析 337
14．3．1 问题描述 338
14．3．2 建立分析项目 338
14．3．3 导入几何体 338
14．3．4 添加材料库 339
14．3．5 添加模型材料属性 340
14．3．6 划分网格 341
14．3．7 施加载荷与约束 341
14．3．8 结果后处理 343
14．3．9 保存文件 345
14．3．10 添加疲劳分析命令 345
14．3．11 保存与退出 348
14．4 实例2――板模型疲劳分析 349
14．4．1 问题描述 349
14．4．2 建立分析项目 350
14．4．3 导入几何体 350
14．4．4 添加材料库 351
14．4．5 添加模型材料属性 351
14．4．6 划分网格 351
14．4．7 施加载荷与约束 352
14．4．8 结果后处理 353
14．4．9 保存文件 354
14．4．10 添加疲劳分析命令 354
14．4．11 保存与退出 356
14．5 本章小结 357
第15章 压电分析 358
15．1 压电材料的基本知识 359
15．1．1 压电材料的概念 359
15．1．2 压电材料的主要特性 359
15．1．3 压电材料的分类 360
15．1．4 压电材料的应用 362
15．1．5 压电复合材料的有限元分析方法 364
15．1．6 基本耦合公式 364
15．1．7 压电材料的主要参数 364
15．2 压电分析模块的安装 367
15．3 实例1――正压电分析 369
15．3．1 问题描述 369
15．3．2 建立分析项目 369
15．3．3 导入创建几何体 370
15．3．4 添加材料库 371
15．3．5 建立静态分析项目 371
15．3．6 网格与属性 371
15．3．7 施加载荷与约束 373
15．3．8 结果后处理 374
15．3．9 保存与退出 375
15．4 实例2――逆压电分析 375
15．4．1 问题描述 375
15．4．2 建立分析项目 376
15．4．3 导入几何体 376
15．4．4 添加材料库 377
15．4．5 建立静态分析项目 377
15．4．6 网格与属性 378
15．4．7 施加载荷与约束 379
15．4．8 结果后处理 380
15．4．9 保存与退出 382
15．5 本章小结 382
第4篇
第16章 稳态热力学分析 383
16．1 稳态热力学分析简介 384
16．1．1 热力学分析目的 384
16．1．2 稳态热力学分析方程 384
16．1．3 基本传热方式 384
16．2 实例1――热传导分析 385
16．2．1 问题描述 385
16．2．2 建立分析项目 385
16．2．3 导入几何体 386
16．2．4 创建分析项目 387
16．2．5 添加材料库 387
16．2．6 添加模型材料属性 388
16．2．7 划分网格 389
16．2．8 施加载荷与约束 390
16．2．9 结果后处理 391
16．2．10 保存与退出 393
16．3 实例2――热对流分析 393
16．3．1 问题描述 393
16．3．2 建立分析项目 393
16．3．3 导入几何体模型 394
16．3．4 创建分析项目 395
16．3．5 添加材料库 395
16．3．6 添加模型材料属性 396
16．3．7 划分网格 397
16．3．8 施加载荷与约束 397
16．3．9 结果后处理 399
16．3．10 保存与退出 400
16．3．11 读者演练 400
16．4 实例3――热辐射分析 401
16．4．1 案例介绍 401
16．4．2 建立分析项目 401
16．4．3 定义材料参数 401
16．4．4 导入几何模型 402
16．4．5 划分网格 402
16．4．6 定义荷载 404
16．4．7 结果后处理 406
16．4．8 保存并退出 407
16．5 本章小结 407
第17章 瞬态热力学分析 408
17．1 瞬态热力学分析简介 409
17．2 实例1――散热片瞬态热力学分析 409
17．2．1 问题描述 409
17．2．2 建立分析项目 409
17．2．3 创建瞬态热分析 410
17．2．4 施加载荷与约束 410
17．2．5 结果后处理 411
17．2．6 保存与退出 411
17．3 实例2――高温钢块瞬态热力学分析 411
17．3．1 问题描述 412
17．3．2 建立分析项目 412
17．3．3 定义材料 412
17．3．4 施加载荷与约束 413
17．3．5 结果后处理 415
17．3．6 保存与退出 415
17．4 本章小结 415
第18章 计算流体动力学分析 416
18．1 计算流体动力学概述 417
18．1．1 CFD简介 417
18．1．2 CFD基础 420
18．2 实例1――CFX内流场分析 427
18．2．1 问题描述 428
18．2．2 建立分析项目 428
18．2．3 导入几何体 429
18．2．4 前处理设置 429
18．2．5 初始化及求解控制 434
18．2．6 流体计算 436
18．2．7 结果后处理 437
18．3 实例2――Fluent流场分析 439
18．3．1 问题描述 439
18．3．2 启动软件与保存文件 440
18．3．3 导入几何体 440
18．3．4 网格划分 441
18．3．5 进入Fluent平台 442
18．3．6 选择材料 444
18．3．7 设置几何体属性 445
18．3．8 设置流体边界条件 445
18．3．9 设置求解器 447
18．3．10 结果后处理 448
18．3．11 Post后处理 450
18．4 实例3――Icepak流场分析 453
18．4．1 问题描述 455
18．4．2 启动软件与保存文件 455
18．4．3 导入几何体 455
18．4．4 添加Icepak模块 456
18．4．5 设置热源 459
18．4．6 求解分析 460
18．4．7 Post后处理 462
18．4．8 静力学分析 464
18．5 本章小结 466
第19章 电场分析 467
19．1 电磁场基本理论 468
19．1．1 麦克斯韦方程组 468
19．1．2 一般形式的电磁场偏微分方程 469
19．1．3 电磁场中常见边界条件 470
19．1．4 ANSYS Workbench平台电磁分析 470
19．1．5 Ansoft软件电磁分析 471
19．2 实例1――平行板电容计算 472
19．2．1 建立分析项目 472
19．2．2 建立几何体 473
19．2．3 建立求解器 474
19．2．4 添加材料 474
19．2．5 网格划分 474
19．2．6 求解计算 475
19．2．7 手动计算电容 476
19．2．8 保存与退出 477
19．3 实例2――并联电容计算 477
19．3．1 建立分析项目 477
19．3．2 建立几何体 478
19．3．3 建立求解器 479
19．3．4 添加材料 479
19．3．5 网格划分 480
19．3．6 求解计算 482
19．3．7 手动计算电容 482
19．3．8 保存与退出 483
19．4 本章小结 483
第20章 磁场分析 484
20．1 电磁场基本理论 485
20．2 静态磁场分析实例1――导体磁场计算 485
20．2．1 建立分析项目 486
20．2．2 建立几何体 486
20．2．3 建立求解器 487
20．2．4 定义材料属性 487
20．2．5 边界条件与激励 488
20．2．6 求解计算 489
20．2．7 图表显示 491
20．2．8 加载Maxwell工程文件 492
20．2．9 保存与退出 492
20．3 静态磁场分析实例2――电感计算 493
20．3．1 建立分析项目 493
20．3．2 建立几何体 494
20．3．3 建立求解器 494
20．3．4 添加材料 495
20．3．5 网格划分 496
20．3．6 求解计算 497
20．3．7 计算互感系数 498
20．3．8 保存与退出 498
20．4 涡流磁场分析实例3――金属块涡流损耗 499
20．4．1 建立分析项目 499
20．4．2 导入几何体 500
20．4．3 建立求解器 500
20．4．4 添加材料 501
20．4．5 边界条件设定 501
20．4．6 求解计算 502
20．4．7 损耗计算 504
20．4．8 损耗计算应用 505
20．4．9 保存与退出 505
20．5 本章小结 505