ANSYS Workbench2024有限元分析入门与应用买买提明·艾尼陈华磊_买买提明·艾尼陈华磊_9787111776857

本书以ANSYS Workbench 2024为基础，集ANSYS软件的使用技巧和实际工程应用于一体，包含前处理、结构分析、流体分析、优化设计和自动化分析5大部分内容，共20章，包括ANSYS Workbench基础、几何建模、网格划分、结构线性静力分析、结构非线性分析、热力学分析、特征值屈曲分析、线性动力学分析、多体系统动力学分析、显式动力学分析、复合材料分析、断裂力学分析、疲劳强度分析、增材制造分析、稳态导电与静磁场分析、耦合场分析、流体动力学分析、优化设计和自动化分析。作为一本系统介绍有限元分析入门与工程应用的书籍，本书涵盖了ANSYS Workbench 2024的新功能及工程应用实例。
本书内容适合机械工程、土木工程、水利水电、医疗器械、化工装备、农牧装备、能源动力、电子通信、工程力学、航空航天等领域从事产品设计、仿真和优化的工程技术人员使用，也可作为工科类专业师生的参考书，还可供相关领域广大CAE爱好者参考。

ANSYS每个版本的推出都会带来功能和易用性的改变，更能满足不同工程领域的分析需求，解决工程中的棘手问题，加快产品的设计、制造和上市。
本书是《ANSYS Workbench 180有限元分析入门与应用》的升级版，以ANSYS 2024 R1/R2为基础编写，除了更新知识，还新增了增材制造分析、耦合场分析和自动化分析，这也是近些年ANSYS新增内容较多的部分，为特色内容。
ANSYS Workbench的强大功能和易用性有目共睹，一直受到广大仿真分析人员的喜爱和支持。本书侧重软件基本功能的介绍，适合初级读者，具有重点突出、注意细节、正误明确等特点，对困扰读者的前处理、后处理及其相关分析选项设置问题进行了深入讲解。读者既可以学习几何建模、网格划分、静（动）结构分析、热力学分析、复合材料分析、断裂力学分析、疲劳强度分析、增材制造分析、耦合场分析、流体动力学分析、优化设计、自动化分析等知识，也可以学习解决实际工程问题的方法和研发技术。
本书以ANSYS Workbench 2024为基础，在必要的理论概述和软件功能叙述的基础上，通过24个典型工程实例对ANSYS Workbench平台中的前处理、结构分析、流体分析、优化设计、自动化分析5大模块进行详细介绍。全书共分20章，具体各章所涉及的内容如下。
第1章 ANSYS Workbench基础：主要介绍了ANSYS Workbench概述及界面、分析流程、文件格式、应用CAE仿真技术需注意的事项等内容。
第2章几何建模：主要介绍了SpaceClaim直接建模、DesignModeler建模、BladeModeler建模、具体的建模工程实例及点评等内容。
第3章网格划分：主要介绍了ANSYS Meshing网格划分方法、全局网格控制、局部网格控制、网格编辑、网格质量、ICEM CFD网格划分、涡轮机械网格划分、具体的网格划分工程实例及点评等内容。
第4章结构线性静力分析：详细介绍了结构静力分析基础、结构静力分析前处理、结构静力分析求解和后处理、具体的结构线性静力分析工程实例及点评等内容。
第5章结构非线性分析：主要介绍了非线性自适应区域、接触非线性、几何非线性、材料非线性和非线性诊断、具体的非线性分析工程实例及点评等内容。
第6章热力学分析：主要介绍了传热学基础、Workbench热分析、具体的热分析工程实例及点评等内容。
第7章特征值屈曲分析：主要介绍了基本理论、特征值屈曲分析环境与方法、分析设置与后处理、具体的特征值屈曲分析工程实例及点评等内容。
第8章线性动力学分析：主要介绍了模态分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析、各个线性动力学分析的具体工程实例及点评等内容。
第9章多体系统动力学分析：主要介绍了多刚体系统动力学、多柔体系统动力学分析、具体的多体系统动力学分析工程实例及点评等内容。
第10章显式动力学分析：主要介绍了Explicit分析、Autodyn分析、LSDYNA分析、具体的显式动力学分析工程实例及点评等内容。
第11章复合材料分析：主要介绍了ACP概述、ACP前后处理特征、具体的复合材料分析工程实例及点评等内容。
第12章断裂力学分析：主要介绍了断裂力学的基本概念和理论、裂纹扩展分析、断裂裂纹、断裂失效、断裂力学参数评价、具体的断裂力学分析工程实例及点评等内容。
第13章疲劳强度分析：主要介绍了疲劳基本知识、平均应力修正、疲劳分析设置、疲劳分析结果、nCode Design Life疲劳分析、具体的疲劳强度分析工程实例及点评等内容。
第14章增材制造分析：主要介绍了激光粉末床熔融分析、定向能量沉积分析、烧结分析、失真补偿分析、具体的增材制造分析工程实例及点评等内容。
第15章稳态导电与静磁场分析，主要介绍了稳态导电分析、静磁场分析、具体的稳态导电与静磁场分析工程实例及点评等内容。
第16章耦合场分析：主要介绍了结构耦合场分析，包括耦合场静态分析、耦合场模态分析、耦合场谐响应分析和耦合场瞬态分析，以及具体的耦合场工程实例及点评等内容。
第17章流体动力学分析Ⅰ（ANSYS Fluent）：主要介绍了Fluent概述、ANSYS Fluent环境界面、Fluent问题设置、求解设置、Fluent后处理、Fluent Meshing、具体的Fluent分析工程实例及点评等内容。
第18章流体动力学分析Ⅱ（ANSYS CFX）：主要介绍了CFX概述、CFX前处理、CFXPost后处理、CFXSolver求解设置、具体的CFX分析工程实例及点评等内容。
第19章优化设计：主要介绍了设计探索优化，包括探索试验设计、响应面、目标驱动优化、相关参数和三维模型降阶，还介绍了结构优化、具体的优化工程实例及点评等内容。
第20章自动化分析：主要介绍了ANSYS自动化分析，包括ANSYS Python管理器、 PyANSYS自动化分析的Mechanical Scripting分析、PyFluent分析，以及相应的分析方法和设置、具体的自动化分析工程实例及点评等内容。
本书特色如下：
1）内容广泛，围绕工程中存在的力学问题，根据学科内在联系和问题的复杂性、难易程度逐步展开，不仅阐述如何解决基本的力学问题，如结构的静力问题、线性动力问题、显式动力问题、多体动力问题、结构断裂与疲劳问题、增材制造问题、耦合场问题、自动化分析问题，也让读者尝试解决力学问题解决后的设计与增材制造处理问题。
2）语言平实，说明主导。对关键问题，从细节入手进行细致介绍，方便读者理解内涵和扩大知识面。
3）简化有限元理论和力学知识，重在有限元分析软件的应用和实际问题的解决，并对实例应用给予分析点评。
4）紧贴当前技术发展趋势，突出软件特点和使用技巧讲解，在让读者学到技术的同时，兼顾新老读者。
作者在本书的编写过程中追求准确性、完整性和应用性，但是，由于作者水平有限，编写时间较短，书中欠妥、错误之处在所难免，希望读者能够及时指出，期待共同提高。读者在学习过程中遇到难以解答的问题，可以直接发邮件到作者邮箱xjkj6190@163.com（也可索取书中模型），或加入QQ群730676310进行技术交流，作者会尽快给予解答。书中模型也可扫描下方二维码下载。
编者

前言
第1章ANSYS Workbench基础1
11ANSYS Workbench概述1
12Workbench 2024平台2
121Workbench 2024界面2
122Workbench 2024应用程序类型9
123Workbench 2024产品分析流程10
13Workbench 2024工作目录、文件及
格式11
131Workbench 2024工作目录11
132Workbench 2024文件管理11
14应用CAE仿真技术需注意的事项13
141CAE仿真技术应用的主要工作
内容13
142CAE仿真人员应注意的事项13
15本章小结13
第2章几何建模14
21SpaceClaim直接建模14
211SpaceClaim用户界面14
212创建与设计15
213组件与工具25
214刻面处理27
215增材制造前处理29
216修复与准备34
217测量与显示37
218网格生成38
219钣金设计39
2110详细设计41
22DesignModeler建模41
221DesignModeler界面介绍41
222平面草图45
223特征体建模48
224概念建模52
225参数化建模53
226高级几何工具54
23BladeModeler建模56
231BladeEditor建模56
232BladeGen建模56
233Meanline sizing tools建模60
24齿轮泵基座的全参数化建模61
25本章小结66
第3章网格划分67
31网格划分平台概述67
311网格划分平台67
312网格类型68
313网格工作流程68
32Meshing网格划分方法69
321自动网格划分69
322四面体网格划分69
323六面体主导网格划分70
324扫掠网格划分70
325多区域网格划分71
326笛卡儿网格划分72
327分层四面体划分73
328微粒法划分74
329自动（PrimeMesh)划分74
3210面体网格划分75
33全局网格控制75
331显示与默认值75
332全局尺寸调整76
333质量78
334膨胀79
335高级控制80
34局部网格控制81
341局部尺寸调整81
342接触尺寸83
343单元加密83
344面网格划分83
345网格复制84
346匹配控制84
347收缩控制85
348膨胀控制85
349垫圈86
3410焊接86
3411连接88
3412特征抑制88
3413四边形层88
3414偏差89
3415修补拓扑89
3416虚拟拓扑89
35网格编辑90
351网格连接90
352节点融合90
353接触匹配91
354节点移动92
355拉动网格93
36网格质量94
361网格质量检查规则94
362网格质量检查显示95
37ICEM CFD网格划分96
371ICEM CFD特色96
372ICEM CFD环境介绍和文件类型97
373ICEM CFD特色功能99
38涡轮机械网格划分99
381TurboGrid 环境介绍100
382TurboGrid功能工具101
39ANSYS Meshing挖掘机机械臂网格
划分103
310TurboGrid径流式涡轮网格划分106
311本章小结109
第4章结构线性静力分析110
41结构静力分析基础110
411结构静力分析的基本假设110
412结构静力分析基础方程111
42结构静力分析前处理111
421结构静力分析界面111
422几何属性112
423载荷与约束115
424坐标系121
425对称边界122
426连接关系123
427分析设置126
428特定工具129
429插件功能区131
4210螺栓工具131
43结构静力分析求解和后处理136
431常用结果136
432特定结果139
433求解工具145
434收敛控制148
435求解方案信息148
436图形处理149
44简单悬臂梁静力分析151
45某型燃气轮机机座静力分析156
46本章小结159
第5章结构非线性分析160
51非线性分析基础160
52非线性自适应区域160
521基于能量准则161
522基于位置准则161
523基于网格准则161
53接触非线性162
531基于对的接触探测162
532基于对的接触设置163
533通用接触170
534接触工具170
54几何非线性172
541网格控制173
542大变形173
55材料非线性173
551塑性材料173
552超弹性材料174
56非线性诊断176
561非线性收敛诊断176
562非线性诊断总结177
57某型U形支架螺栓预紧非线性接触
分析177
58本章小结182
第6章热力学分析183
61传热学基础183
611传热学在工程领域中的应用183
612热能传递的三种基本方式183
613温度场185
62Workbench热分析185
621稳态热分析和瞬态热分析185
622材料属性186
623组件与接触186
624热分析设置187
625热负载与边界188
626热流体189
627求解与后处理190
63发动机托架热应力分析191
64本章小结195
第7章特征值屈曲分析196
71基本理论196
711屈曲196
712屈曲平衡方程197
713线性屈曲与非线性屈曲197
72特征值屈曲分析环境与方法198
721特征值屈曲分析界面198
722特征值屈曲分析方法199
73分析设置与后处理199
731屈曲分析设置199
732结果后处理200
74钢塔杆支撑结构线性屈曲分析200
75本章小结204
第8章线性动力学分析205
81动力学分析基础205
811动力学基本方程205
812基本概念205
82模态分析206
821模态分析理论基础207
822模态分析界面207
823模态分析设置208
824模态分析边界与结果209
825坎贝尔图结果210
83谐响应分析210
831谐响应分析基本理论211
832谐响应分析界面与连接关系211
833谐响应分析设置211
834谐响应分析结果213
84响应谱分析215
841响应谱分析基础215
842响应谱分析界面与分析设置215
843响应谱分析边界与结果216
85随机振动分析216
851随机振动分析基础217
852随机振动分析界面与分析设置217
853随机振动分析边界与结果218
86某机床珐琅振动模态分析218
87某猫头型直线塔随机振动分析221
88本章小结224
第9章多体系统动力学分析225
91多刚体系统动力学分析225
911多刚体系统动力学分析界面225
912几何模型与网格226
913连接关系226
914刚体系统动力学分析设置231
92多柔体系统动力学分析232
921多柔体系统动力学分析基础与
界面232
922多柔体系统动力学分析设置233
923多柔体系统动力学分析初始
条件234
924多柔体系统动力学分析关联235
93某万向节刚体动力学分析236
94本章小结238
第10章显式动力学分析239
101ANSYS显式动力学分析概述239
1011ANSYS显式动力学组成239
1012显式与隐式动力学分析比较239
102Explicit分析240
1021Explicit分析界面240
1022分析设置与初始条件240
103Autodyn分析244
1031Autodyn界面介绍244
1032网格245
1033材料模型245
104LSDYNA分析245
1041LSDYNA分析界面245
1042分析设置与初始条件246
1043LSDYNA特定前处理247
1044关键字k文件250
1045LSDYNA Restart重启设置251
105圆柱体撞击刚性墙面显式动力学
分析252
106本章小结255
第11章复合材料分析256
111ACP概述256
1111复合材料概述256
1112ACP简述257
112ACP前后处理特征260
1121ACP Model260
1122材料数据260
1123单元集与边集262
1124几何功能与坐标262
1125选择规则与选择集263
1126创建铺层组264
1127取样点与截面剪切264
1128实体模型265
1129查找表与探测评估266
11210场景与视图266
11211铺覆显示与铺层表267
11212参数化267
11213失效准则268
11214求解269
113某方管复合材料分析271
114本章小结276
第12章断裂力学分析277
121断裂力学的基本概念和理论277
1211裂纹的分类277
1212断裂力学参数278
1213断裂准则280
122裂纹扩展分析280
1221基于虚拟裂纹闭合技术的界面
单元法280
1222内聚力法281
1223Gurson模型281
1224扩展有限元法281
123断裂裂纹281
1231任意形状裂纹282
1232半椭圆形裂纹283
1233椭圆形裂纹285
1234环形裂纹286
1235角裂纹288
1236边缘裂纹289
1237贯穿裂纹291
1238圆柱形裂纹292
1239预网格裂纹294
124断裂失效295
1241界面分离295
1242接触剥离失效296
1243SMART裂纹扩展297
125断裂力学参数评价298
1251应力强度因子299
1252J积分299
1253能量释放率300
1254材料力300
1255T应力301
1256C*积分301
126某双悬臂梁预裂纹断裂分析301
127本章小结306
第13章疲劳强度分析308
131疲劳基本知识308
1311疲劳基本概念308
1312应力寿命曲线309
1313载荷类型310
1314疲劳寿命的影响因素311
132平均应力修正312
1321应力寿命修正方法312
1322应变寿命修正方法314
1323雨流计数法315
1324疲劳损伤法则316
133疲劳分析设置316
134疲劳分析结果317
1341疲劳结果工具317
1342疲劳结果分析319
135nCode Design Life疲劳分析320
1351nCode Design Life界面320
1352nCode Design Life分析流程324
136Mechanical Design Life疲劳分析327
1361Mechanical nCode Design Life
界面327
1362Mechanical Design Life分析
设置328
1363Mechanical Design Life载荷与
材料329
137某发动机连杆疲劳分析330
138本章小结334
第14章增材制造分析335
141增材制造分析概述335
1411增材制造分析方法335
1412Workbench增材制造336
142激光粉末床熔融分析337
1421激光粉末床熔融导航树分析
设置337
1422激光粉末床熔融分析向导
设置344
1423激光粉末床熔融校正分析
设置345
143定向能量沉积分析347
1431定向能量沉积导航树分析
设置347
1432定向能量沉积分析向导设置354
144烧结分析355
1441烧结导航树分析设置356
1442烧结分析向导设置358
145失真补偿分析360
1451失真迭代补偿361
1452失真单次补偿362
146金属花瓶增材制造粉末床熔融
分析364
147本章小结369
第15章稳态导电与静磁场分析370
151稳态导电分析370
1511稳态导电分析概述370
1512稳态导电分析负载370
1513稳态导电分析结果370
152静磁场分析371
1521静磁场分析概述371
1522静磁场分析负载371
1523静磁场分析结果372
153铜线圈包裹钢芯电磁分析373
154本章小结376
第16章耦合场分析377
161耦合场分析概述377
1611耦合场分析介绍377
1612耦合场分析类型377
162结构耦合场分析378
1621耦合场静态分析378
1622耦合场模态分析380
1623耦合场谐响应分析381
1624耦合场瞬态分析381
163齿轮齿条热结构耦合场瞬态分析382
164本章小结389
第17章流体动力学分析Ⅰ
（ANSYS Fluent）390
171计算流体力学概述390
1711计算流体力学简介390
1712计算流体力学湍流模型390
172Fluent概述392
1721Fluent简介392
1722Fluent中的物理模型393
1723Fluent 网格393
173ANSYS Fluent环境界面393
1731启动ANSYS Fluent的方法393
1732ANSYS Fluent环境操作界面
介绍395
174Fluent问题设置398
1741边界区域398
1742材料属性399
1743边界条件399
1744动网格401
1745用户定义函数403
175求解设置405
1751压力基405
1752密度基406
176Fluent后处理407
1761统一CFDPost407
1762运用 Tecplot后处理408
177Fluent Meshing409
1771Fluent Meshing环境操作界面
介绍410
1772Fluent Meshing划分步骤及
诊断411
178非恒定流体绕圆柱流体分析412
179本章小结421
第18章流体动力学分析Ⅱ
（ANSYS CFX）422
181CFX概述422
1811ANSYS CFX简介422
1812CFX与Fluent的区别422
1813CFX网格423
182CFX前处理423
1821打开CFX的方法423
1822CFXPre窗口介绍424
1823域设定427
1824子域428
1825边界条件428
1826初始边界条件设置431
1827物质设置431
1828反应设置431
1829附加变量设置432
18210表达式设置432
18211用户函数设置432
18212用户子程序433
18213求解器控制433
18214输出文件和监控434
183CFXSolver求解设置434
1831定义模拟计算435
1832求解工作界面435
184CFXPost 后处理437
1841CFX后处理工作界面437
1842创建云图439
1843创建流线439
1844创建数据与报告工具440
1845表达式语言440
1846CFX命令语言440
185某型拉伐尔喷管流体力学分析441
186本章小结449
第19章优化设计450
191设计探索优化450
1911设计探索优化介绍450
1912探索试验设计453
1913响应面454
1914目标驱动优化456
1915相关参数459
1916三维模型降阶460
192结构优化461
1921结构优化介绍461
1922结构优化工具462
1923结构优化设置463
1924设计结果与验证分析464
193某桁架支座多目标优化465
194某悬臂结构拓扑优化475
195本章小结480
第20章自动化分析481
201PyANSYS自动化概述481
2011分析自动化介绍481
2012ANSYS Python管理器481
202PyANSYS自动化分析483
2021Mechanical Scripting分析483
2022PyFluent分析485
203三角平台上圆筒受力自动化分析487
204本章小结491
参考文献492

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