ANSYS Workbench 2020有限元分析从入门到精通（升级版）

本书以ANSYS Workbench 2020为操作平台，详细介绍软件的功能和应用，内容丰富，涉及面广，能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5部分共19章，第1部分从ANSYS Workbench 2020平台的各个功能模块着手介绍常用命令的使用以及几何建模、网格划分和后处理的相关知识；第2部分以项目范例为引导，主要讲解在Workbench平台中进行的结构静力学分析、模态分析、谐响应分析、响应谱分析、瞬态动力学分析和随机振动分析等；第3部分作为结构有限元分析的进阶部分，主要讲解在Workbench平台中进行的显示动力学分析、结构非线性分析、接触分析、线性屈曲分析等；第4部分以项目范例为引导，主要讲解在Workbench平台中进行的热力学分析、疲劳分析、流体动力学分析和结构优化分析等；第5部分主要介绍多物理场耦合分析中的电磁热耦合分析。本书工程实例丰富、讲解详尽，内容循序渐进、深入浅出，适合不同基础的读者。

目录
第1部分
第1章 ANSYS Workbench 2020 概述 1
1．1 Workbench 2020平台界面 1
1．1．1 菜单栏 2
1．1．2 工具栏 9
1．1．3 工具箱 10
1．2 操作实例――建立用户自定义分析模板 12
1．3 本章小结 15
第2章 几何建模 16
2．1 DesignModeler几何建模概述 16
2．1．1 DesignModeler几何建模平台 17
2．1．2 菜单栏 17
2．1．3 工具栏 26
2．1．4 常用命令栏 28
2．1．5 Tree Outline（模型树） 28
2．1．6 DesignModeler的启动与草绘 31
2．1．7 DesignModeler特有操作 34
2．2 几何建模实例 41
2．2．1 几何建模实例1――实体建模 41
2．2．2 几何建模实例2――概念建模 45
2．3 本章小结 50
第3章 网格划分 51
3．1 Meshing网格划分 51
3．1．1 Meshing网格划分适用领域 51
3．1．2 Meshing网格划分方法 52
3．1．3 Meshing网格默认设置 55
3．1．4 Meshing网格尺寸设置 56
3．1．5 Meshing网格质量设置 58
3．1．6 Meshing网格膨胀层设置 64
3．1．7 Meshing网格高级选项设置 65
3．1．8 Meshing网格统计设置 66
3．2 Meshing网格划分实例 66
3．2．1 应用实例1――Inflation网格划分 67
3．2．2 应用实例2――MultiZone网格划分 71
3．3 ANSYS Workbench其他网格划分工具 77
3．3．1 ICEM CFD软件简介 77
3．3．2 TGrid软件简介 78
3．3．3 Gambit软件功能 79
3．4 本章小结 80
第4章 后处理 81
4．1 ANSYS Workbench 2020后处理 81
4．1．1 查看结果 81
4．1．2 显示结果 85
4．1．3 显示变形 85
4．1．4 应力和应变 86
4．1．5 接触结果 87
4．1．6 自定义结果显示 88
4．2 案例分析 89
4．2．1 问题描述 89
4．2．2 启动Workbench并建立分析项目 89
4．2．3 导入几何体 90
4．2．4 添加材料库 91
4．2．5 添加模型材料属性 93
4．2．6 划分网格 94
4．2．7 施加载荷与约束 94
4．2．8 结果后处理 96
4．2．9 保存与退出 99
4．3 本章小结 100
第2部分
第5章 结构静力学分析 101
5．1 线性静力学分析概述 101
5．1．1 线性静力学分析简介 101
5．1．2 线性静力学分析流程 102
5．1．3 线性静力学分析基础 102
5．2 项目分析1――实体单元静力学分析 103
5．2．1 问题描述 103
5．2．2 启动Workbench并建立分析项目 103
5．2．3 导入几何体 104
5．2．4 添加材料库 105
5．2．5 添加模型材料属性 106
5．2．6 划分网格 107
5．2．7 施加载荷与约束 108
5．2．8 结果后处理 109
5．2．9 保存与退出 111
5．3 项目分析2――梁单元线性静力学分析 111
5．3．1 问题描述 111
5．3．2 启动Workbench并建立分析项目 112
5．3．3 创建几何体 112
5．3．4 添加材料库 118
5．3．5 添加模型材料属性 120
5．3．6 划分网格 121
5．3．7 施加载荷与约束 121
5．3．8 结果后处理 123
5．3．9 保存与退出 125
5．4 项目分析3――曲面实体静力学分析 126
5．4．1 问题描述 126
5．4．2 启动Workbench并建立分析项目 126
5．4．3 导入几何体 127
5．4．4 添加材料库 128
5．4．5 添加模型材料属性 129
5．4．6 划分网格 130
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
5．5 项目分析4――支承座静力学分析 135
5．5．1 问题描述 135
5．5．2 添加材料和导入模型 135
5．5．3 修改模型 138
5．5．4 赋予材料和划分网格 139
5．5．5 添加约束和载荷 141
5．5．6 求解 143
5．5．7 结果后处理 143
5．5．8 保存与退出 145
5．6 项目分析5――子模型静力学分析 145
5．6．1 问题描述 145
5．6．2 启动Workbench并建立分析项目 146
5．6．3 导入几何体 146
5．6．4 添加材料库 147
5．6．5 添加模型材料属性 149
5．6．6 划分网格 150
5．6．7 施加载荷与约束 151
5．6．8 结果后处理 152
5．6．9 子模型分析 154
5．6．10 保存并退出 157
5．7 本章小结 158
第6章 模态分析 159
6．1 模态分析概述 159
6．1．1 模态分析简介 159
6．1．2 模态分析基础 160
6．2 项目分析1――计算机机箱模态分析 160
6．2．1 问题描述 161
6．2．2 启动Workbench并建立分析项目 161
6．2．3 导入几何体 161
6．2．4 添加材料库 162
6．2．5 添加模型材料属性 164
6．2．6 划分网格 165
6．2．7 施加载荷与约束 166
6．2．8 结果后处理 167
6．2．9 保存与退出 169
6．3 项目分析2――零件有预应力模态分析 170
6．3．1 问题描述 170
6．3．2 启动Workbench并建立分析项目 170
6．3．3 导入几何体 171
6．3．4 添加材料库 172
6．3．5 添加模型材料属性 173
6．3．6 划分网格 174
6．3．7 施加载荷与约束 175
6．3．8 模态分析 176
6．3．9 结果后处理 177
6．3．10 保存与退出 179
6．4 项目分析3――制动鼓模态分析 179
6．4．1 问题描述 180
6．4．2 添加材料和导入几何体 180
6．4．3 赋予材料和划分网格 181
6．4．4 添加约束和载荷 182
6．4．5 求解 183
6．4．6 结果后处理 184
6．4．7 保存与退出 186
6．5 本章小结 187
第7章 谐响应分析 188
7．1 谐响应分析概述 188
7．1．1 谐响应分析简介 188
7．1．2 谐响应分析基础 189
7．2 项目分析1――计算机机箱谐响应分析 189
7．2．1 问题描述 189
7．2．2 启动Workbench并建立分析项目 189
7．2．3 创建谐响应分析项目 190
7．2．4 施加载荷与约束 191
7．2．5 结果后处理 193
7．2．6 保存与退出 196
7．3 项目分析2――齿轮箱谐响应分析 196
7．3．1 问题描述 197
7．3．2 启动Workbench并建立分析项目 197
7．3．3 创建模态分析项目 198
7．3．4 材料选择 198
7．3．5 施加载荷与约束 199
7．3．6 模态求解 201
7．3．7 结果后处理（1） 201
7．3．8 创建谐响应分析项目 202
7．3．9 施加载荷与约束 203
7．3．10 谐响应计算 205
7．3．11 结果后处理（2） 205
7．3．12 保存与退出 207
7．4 项目分析3――丝杆谐响应分析 207
7．4．1 问题描述 208
7．4．2 添加材料和导入几何体 208
7．4．3 赋予材料和划分网格 209
7．4．4 添加约束和载荷 210
7．4．5 谐响应求解 212
7．4．6 谐响应后处理 212
7．4．7 保存与退出 216
7．5 本章小结 216
第8章 响应谱分析 217
8．1 响应谱分析简介 217
8．2 项目分析1――塔架响应谱分析 218
8．2．1 问题描述 218
8．2．2 启动Workbench并建立分析项目 218
8．2．3 导入几何体 219
8．2．4 模态分析 220
8．2．5 添加材料库 220
8．2．6 划分网格 221
8．2．7 施加约束 222
8．2．8 结果后处理（1） 223
8．2．9 响应谱分析 225
8．2．10 添加加速度谱 226
8．2．11 结果后处理（2） 228
8．2．12 保存与退出 228
8．3 项目分析2――计算机机箱响应谱分析 229
8．3．1 问题描述 229
8．3．2 启动Workbench并建立分析项目 229
8．3．3 响应谱分析 230
8．3．4 添加加速度谱 231
8．3．5 结果后处理 232
8．3．6 保存与退出 234
8．4 本章小结 234
第9章 瞬态动力学分析 235
9．1 瞬态动力学分析概述 235
9．1．1 瞬态动力学分析简介 235
9．1．2 瞬态动力学分析方程 236
9．2 项目分析1――实体梁瞬态动力学分析 236
9．2．1 问题描述 237
9．2．2 启动Workbench并建立分析项目 237
9．2．3 创建几何体 237
9．2．4 模态分析 239
9．2．5 创建材料 240
9．2．6 模态分析前处理 242
9．2．7 施加约束 243
9．2．8 结果后处理（1） 245
9．2．9 瞬态动力学分析 246
9．2．10 添加动态力载荷 247
9．2．11 结果后处理（2） 250
9．2．12 保存与退出 251
9．3 项目分析2――弹簧瞬态动力学分析 251
9．3．1 问题描述 252
9．3．2 启动Workbench并建立分析项目 252
9．3．3 创建几何体模型 252
9．3．4 模态分析 253
9．3．5 模态分析前处理 253
9．3．6 施加约束 255
9．3．7 结果后处理（1） 256
9．3．8 瞬态动力学分析 257
9．3．9 添加动态力载荷 258
9．3．10 结果后处理（2） 261
9．3．11 保存与退出 262
9．4 本章小结 263
第10章 随机振动分析 264
10．1 随机振动分析简介 264
10．2 项目分析1――实体梁随机振动分析 265
10．2．1 问题描述 265
10．2．2 启动Workbench并建立分析项目 265
10．2．3 创建几何体模型 265
10．2．4 模态分析 268
10．2．5 创建材料 268
10．2．6 模态分析前处理 270
10．2．7 施加约束 271
10．2．8 结果后处理（1） 273
10．2．9 随机振动分析 274
10．2．10 添加加速度谱 275
10．2．11 结果后处理（2） 276
10．2．12 保存与退出 277
10．3 项目分析2――弹簧随机振动分析 278
10．3．1 问题描述 278
10．3．2 启动Workbench并建立分析项目 278
10．3．3 创建几何体 279
10．3．4 模态分析 280
10．3．5 模态分析前处理 280
10．3．6 施加约束 281
10．3．7 结果后处理（1） 282
10．3．8 随机振动分析 284
10．3．9 添加动态力载荷 285
10．3．10 结果后处理（2） 286
10．3．11 保存与退出 288
10．4 本章小结 288
第3部分
第11章 显式动力学分析 289
11．1 显式动力学分析简介 289
11．1．1 ANSYS Explicit STR 289
11．1．2 ANSYS Autodyn 290
11．1．3 ANSYS LS-DYNA 290
11．2 项目分析1――钢钉受力显式动力学分析 291
11．2．1 问题描述 291
11．2．2 启动Creo Parametric 3．0 291
11．2．3 启动Workbench并建立分析项目 293
11．2．4 显式动力学分析 294
11．2．5 材料选择 295
11．2．6 材料赋予 296
11．2．7 分析前处理 297
11．2．8 施加载荷与约束 298
11．2．9 结果后处理 300
11．2．10 保存与退出 302
11．3 项目分析2――钢板成型显式动力学分析 303
11．3．1 问题描述 303
11．3．2 启动Workbench并建立分析项目 304
11．3．3 导入几何模型 304
11．3．4 材料选择 305
11．3．5 显式动力学分析前处理 306
11．3．6 施加约束 308
11．3．7 结果后处理 310
11．3．8 启动Autodyn软件 312
11．3．9 保存与退出 313
11．4 本章小结 313
第12章 结构非线性分析 314
12．1 结构非线性分析简介 314
12．1．1 Contact Type――接触类型 315
12．1．2 塑性 316
12．1．3 屈服准则 316
12．1．4 非线性分析 316
12．2 项目分析――接触大变形分析 317
12．2．1 问题描述 317
12．2．2 启动Workbench并建立分析项目 317
12．2．3 创建几何体模型 318
12．2．4 瞬态分析 319
12．2．5 创建材料 319
12．2．6 瞬态分析前处理 321
12．2．7 施加约束 323
12．2．8 结果后处理 325
12．3 本章小结 326
第13章 接触分析 327
13．1 接触分析简介 327
13．2 项目分析1――虎钳接触分析 328
13．2．1 问题描述 328
13．2．2 启动Workbench软件 328
13．2．3 导入几何体 329
13．2．4 创建分析项目 330
13．2．5 添加材料库 330
13．2．6 添加模型材料属性 332
13．2．7 创建接触 332
13．2．8 划分网格 336
13．2．9 施加载荷 336
13．2．10 结果后处理 338
13．2．11 保存与退出 339
13．3 项目分析2――装配体接触分析 339
13．3．1 问题描述 340
13．3．2 启动Workbench软件 340
13．3．3 导入几何体 341
13．3．4 创建分析项目 341
13．3．5 添加材料库 342
13．3．6 添加模型材料属性 343
13．3．7 创建接触 344
13．3．8 划分网格 347
13．3．9 施加载荷与约束 348
13．3．10 结果后处理 350
13．3．11 保存与退出 351
13．4 本章小结 351
第14章 特征值屈曲分析 352
14．1 特征值屈曲分析简介 352
14．1．1 屈曲分析 352
14．1．2 特征值屈曲分析方程 353
14．2 项目分析1――钢管特征值屈曲分析 353
14．2．1 问题描述 353
14．2．2 启动Workbench并建立分析项目 353
14．2．3 创建几何体 354
14．2．4 设置材料 356
14．2．5 添加模型材料属性 356
14．2．6 划分网格 357
14．2．7 施加载荷与约束 359
14．2．8 结果后处理（1） 361
14．2．9 特征值屈曲分析 363
14．2．10 施加载荷与约束 363
14．2．11 结果后处理（2） 365
14．2．12 保存与退出 366
14．3 项目分析2――金属容器特征值屈曲分析 366
14．3．1 问题描述 367
14．3．2 启动Workbench并建立分析项目 367
14．3．3 创建几何体 367
14．3．4 设置材料 369
14．3．5 添加模型材料属性 370
14．3．6 划分网格 370
14．3．7 施加载荷与约束 371
14．3．8 结果后处理（1） 373
14．3．9 特征值屈曲分析 375
14．3．10 施加载荷与约束 375
14．3．11 结果后处理（2） 377
14．3．12 保存与退出 378
14．4 项目分析3――工字梁特征值屈曲分析 379
14．4．1 问题描述 379
14．4．2 添加材料和导入几何体 379
14．4．3 添加屈曲分析项目 382
14．4．4 赋予材料和划分网格 382
14．4．5 添加约束和载荷 384
14．4．6 静态压力求解 386
14．4．7 屈曲分析求解 386
14．4．8 结果后处理 387
14．4．9 保存与退出 388
14．5 本章小结 388
第4部分
第15章 热力学分析 389
15．1 热力学分析简介 389
15．1．1 热力学分析目的 389
15．1．2 热力学分析方程 390
15．1．3 基本热量传递方式 390
15．2 项目分析1――杯子稳态热力学分析 391
15．2．1 问题描述 391
15．2．2 启动Workbench并建立分析项目 391
15．2．3 导入几何体 392
15．2．4 创建分析项目 393
15．2．5 添加材料库 393
15．2．6 添加模型材料属性 395
15．2．7 划分网格 396
15．2．8 施加载荷与约束 396
15．2．9 结果后处理 398
15．2．10 保存与退出 399
15．3 项目分析2――杯子瞬态热力学分析 400
15．3．1 瞬态热力学分析 400
15．3．2 设置分析选项 400
15．3．3 结果后处理 402
15．3．4 保存与退出 402
15．4 本章小结 402
第16章 疲劳分析 403
16．1 疲劳分析简介 403
16．1．1 疲劳概述 403
16．1．2 恒定振幅载荷 404
16．1．3 成比例载荷 404
16．1．4 应力定义 404
16．1．5 应力-寿命曲线 404
16．1．6 总结 405
16．2 项目分析1――椅子疲劳分析 405
16．2．1 问题描述 406
16．2．2 启动Workbench并建立分析项目 406
16．2．3 保存工程文件 406
16．2．4 更改设置 407
16．2．5 添加Fatigue Tool命令 408
16．2．6 保存与退出 410
16．3 项目分析2――实体疲劳分析 411
16．3．1 问题描述 411
16．3．2 启动Workbench并建立分析项目 411
16．3．3 导入几何体 412
16．3．4 添加材料库 412
16．3．5 进入分析界面 413
16．3．6 划分网格 413
16．3．7 施加载荷与约束 414
16．3．8 结果后处理 415
16．3．9 保存文件 416
16．3．10 添加Fatigue Tool命令 416
16．3．11 疲劳分析 417
16．3．12 保存与退出 418
16．4 本章小结 418
第17章 流体动力学分析 420
17．1 流体动力学分析概述 420
17．1．1 计算流体动力学分析 420
17．1．2 基本控制方程 423
17．2 项目分析1――三通内流场分析 426
17．2．1 问题描述 426
17．2．2 启动Workbench并建立分析项目 427
17．2．3 导入几何体 427
17．2．4 流体动力学分析 428
17．2．5 网格划分 429
17．2．6 流体动力学前处理 431
17．2．7 流体计算 434
17．2．8 结果后处理 434
17．3 项目分析2――叶轮外流场分析 437
17．3．1 问题描述 437
17．3．2 启动Workbench并建立分析项目 437
17．3．3 创建几何体模型 437
17．3．4 创建外部流场 439
17．3．5 流体动力学分析 439
17．3．6 网格划分 440
17．3．7 流体动力学前处理 442
17．3．8 流体计算 446
17．3．9 结果后处理 447
17．3．10 结构静力学分析模块 448
17．4 本章小结 453
第18章 结构优化分析 454
18．1 结构优化分析简介 454
18．1．1 优化设计概述 454
18．1．2 ANSYS Workbench结构优化分析简介 455
18．1．3 ANSYS Workbench结构优化分析工具 456
18．2 项目分析――响应曲面优化分析 456
18．2．1 问题描述 457
18．2．2 启动Workbench并建立分析项目 457
18．2．3 导入几何模型 457
18．2．4 结果后处理 463
18．3 本章小结 471
第5部分
第19章 多物理场耦合分析 472
19．1 多物理场耦合分析简介 472
19．2 项目分析1――四分裂导线电磁结构耦合分析 473
19．2．1 问题描述 473
19．2．2 启动软件与保存文档 474
19．2．3 建立电磁分析项目与读取数据 474
19．2．4 设置求解器与求解域 475
19．2．5 赋予材料属性 476
19．2．6 添加激励 477
19．2．7 划分网格与创建分析步 478
19．2．8 检查模型与求解 480
19．2．9 结果后处理（1） 480
19．2．10 创建静力学分析项目和数据共享 481
19．2．11 设定材料 483
19．2．12 划分网格 484
19．2．13 添加边界条件与映射激励 486
19．2．14 求解 487
19．2．15 结果后处理（2） 487
19．2．16 保存与退出 489
19．3 项目分析2――螺线管电磁结构耦合分析 489
19．3．1 问题描述 489
19．3．2 启动软件与保存文档 490
19．3．3 导入几何体 491
19．3．4 建立电磁分析项目与读取数据 492
19．3．5 设置求解器与求解域 495
19．3．6 赋予材料属性 496
19．3．7 添加激励 496
19．3．8 检查模型与求解 497
19．3．9 结果后处理（1） 498
19．3．10 创建静力学分析项目和数据共享 499
19．3．11 设定材料 500
19．3．12 划分网格 501
19．3．13 添加边界条件与映射 激励 502
19．3．14 求解 503
19．3．15 结果后处理（2） 504
19．3．16 保存与退出 504
19．4 本章小结 505