目錄 第 1章 有限元分析及ANSYS Workbench的簡單應用 10 1.1 引言 10 1.2 工程問題的數(shù)學物理方程及數(shù)值算法 10 1.2.1 工程問題復雜的需求及過程 10 1.2.2 工程問題的數(shù)學物理方程 11 1.2.3 控制微分方程的數(shù)值算法 14 1.3 有限元分析技術的發(fā)展及應用 15 1.4 有限元分析的基本原理及相關術語 16 1.4.1 有限元分析的基本原理 16 1.4.2 有限元分析的相關術語 17 1.5 有限元分析的基本步驟 19 1.6 有限元分析計算實例——直桿拉伸的軸向變形 19 1.6.1 問題描述 19 1.6.2 微分方程的解析解 20 1.6.3 微分方程的有限元數(shù)值解 20 1.6.4 ANSYS Workbench梁單元分析直桿拉 伸的軸向變形 22 1.6.5 驗證結果及理解問題 33 1.7 有限元分析計算實例——單軸直桿熱 傳導 33 1.7.1 問題描述 33 1.7.2 微分方程的解析解 33 1.7.3 微分方程的有限元數(shù)值解 34 1.7.4 ANSYS Workbench熱傳導桿單元分析 單軸直桿傳熱 36 1.7.5 驗證結果及理解問題 40 1.8 有限元分析計算實例——單軸直桿穩(wěn)態(tài) 電流傳導 41 1.8.1 問題描述 41 1.8.2 微分方程的解析解 41 1.8.3 微分方程的有限元數(shù)值解 42 1.8.4 ANSYS Workbench電實體單元分析單 軸直桿的穩(wěn)態(tài)電流傳導 44 1.8.5 驗證結果及理解問題 50 1.9 本章小結 50 1.10 習題 51 第 2章 ANSYS Workbench平臺 53 2.1 ANSYS Workbench概述 53 2.2 ANSYS 18.2 Workbench數(shù)值模擬的 一般過程 53 2.3 ANSYS 18.2 Workbench的啟動 54 2.4 ANSYS 18.2 Workbench的工作環(huán)境 54 2.4.1 主菜單 54 2.4.2 基本工具欄 58 2.4.3 工具箱 58 2.4.4 項目流程圖 61 2.4.5 參數(shù)設置 63 2.4.6 定制分析流程 64 2.5 ANSYS 18.2 Workbench窗口管理 功能 65 2.6 ANSYS 18.2 Workbench文件管理 66 2.6.1 Workbench文件系統(tǒng) 66 2.6.2 顯示文件 67 2.6.3 文件歸檔及復原 68 2.7 ANSYS 18.2 Workbench單位系統(tǒng) 68 2.8 ANSYS 18.2 Workbench應用程序使用 基礎 69 2.8.1 應用程序的工作界面 69 2.8.2 應用程序的菜單功能 71 2.8.3 應用程序的工具欄 72 2.8.4 應用程序的圖形顯示控制及選擇 73 2.8.5 應用程序的導航結構及其明細 74 2.8.6 應用程序中加載邊界條件 75 2.8.7 應用工程數(shù)據(jù) 76 2.9 ANSYS Workbench熱結構案例——多工況冷卻棒熱應力 79 2.9.1 問題描述及分析 79 2.9.2 數(shù)值模擬過程 80 2.9.3 驗證結果及理解問題 90 2.10 ANSYS Workbench熱電耦合案例——通電導線傳熱 90 2.10.1 問題描述及分析 90 2.10.2 數(shù)值模擬過程 91 2.10.3 驗證結果及理解問題 97 2.11 本章小結 98 第3章 ANSYS Workbench結構分析 基礎 99 3.1 結構靜力分析概述 99 3.1.1 結構靜力分析 99 3.1.2 結構動態(tài)靜力分析 102 3.1.3 ANSYS Workbench中的結構靜力分析 方法 103 3.2 應力分析及相關術語 104 3.2.1 結構失效及計算準則 104 3.2.2 應力分析 105 3.2.3 應力及其分類 105 3.2.4 應力集中 107 3.2.5 接觸應力 107 3.2.6 溫度應力 107 3.2.7 應力狀態(tài) 107 3.2.8 位移 108 3.2.9 應變 108 3.2.10 線性應力-應變關系 109 3.2.11 結構材料的機械性能 110 3.2.12 強度理論與強度設計準則 114 3.3 工程案例——應用梁單元進行機車輪 軸的靜強度分析 115 3.3.1 問題描述及分析 115 3.3.2 應用梁單元計算輪軸應力的數(shù)值模擬 過程 116 3.3.3 結果分析與靜強度評估 124 3.4 工程案例——應用3D實體單元進行機車 輪軸的靜強度分析 124 3.4.1 應用3D實體單元計算機車輪軸應力的 數(shù)值模擬過程 125 3.4.2 結果分析與應力評定解讀 132 3.4.3 處理應力奇異問題 136 3.5 工程案例——應用子模型計算機車輪軸 過渡處的局部應力 138 3.5.1 理解應力集中處的應力 138 3.5.2 應用子模型求解機車輪軸局部應 力的數(shù)值模擬過程 138 3.5.3 應力收斂性判定及結果分析 142 3.6 工程案例——應用疲勞工具計算機 車輪軸過渡處的疲勞壽命 142 3.7 本章小結 144 3.8 習題 144 第4章 ANSYS Workbench結構網(wǎng)格 劃分 146 4.1 網(wǎng)格劃分概述 146 4.2 網(wǎng)格劃分工作界面 146 4.3 網(wǎng)格劃分過程 147 4.4 整體網(wǎng)格控制 147 4.4.1 默認選項 149 4.4.2 尺寸控制 149 4.4.3 質量控制 151 4.4.4 高級網(wǎng)格控制選項 162 4.4.5 統(tǒng)計【Statistics】 165 4.5 局部網(wǎng)格控制 165 4.5.1 方法控制 165 4.5.2 單元大小 175 4.5.3 接觸尺寸 177 4.5.4 單元細化 178 4.5.5 映射面網(wǎng)格 178 4.5.6 匹配控制 180 4.5.7 修剪控制 181 4.5.8 邊界層控制 182 4.6 檢查網(wǎng)格質量 183 4.7 虛擬拓撲 184 4.8 預覽和生成網(wǎng)格 186 4.9 網(wǎng)格劃分案例——卡箍連接模型 187 4.10 網(wǎng)格劃分案例——螺線管模型 192 4.11 本章小結 198 第5章 ANSYS Workbench建立合理 有限元分析模型 199 5.1 建立合理的有限元分析模型概述 199 5.2 結構分析建模求解策略 200 5.2.1 結構的載荷分析 200 5.2.2 結構理想化 201 5.2.3 提取分析模型 201 5.2.4 單元選擇 203 5.2.5 網(wǎng)格劃分 204 5.2.6 施加載荷與約束條件 204 5.2.7 試算結果評估 204 5.2.8 應力集中現(xiàn)象的處理 204 5.3 ANSYS Workbench結構分析模型 205 5.3.1 分析模型的體類型 205 5.3.2 多體零件 206 5.3.3 體屬性 206 5.3.4 幾何工作表 207 5.3.5 點質量 208 5.3.6 厚度 208 5.3.7 材料屬性 209 5.4 ANSYS 18.2 Workbench結構分析的 連接關系 210 5.4.1 接觸連接 210 5.4.2 接觸控制 210 5.4.3 接觸設置 212 5.4.4 點焊連接 214 5.4.5 接觸工作表 215 5.4.6 接觸分析模型案例——點焊連接不 銹鋼板的非線性靜力分析 215 5.4.7 遠端邊界條件 223 5.4.8 遠端邊界分析模型案例——千斤頂 底座承載模擬 226 5.4.9 關節(jié)連接 232 5.4.10 彈簧連接 237 5.4.11 梁連接 239 5.4.12 端點釋放 239 5.4.13 軸承連接 240 5.4.14 坐標系 242 5.4.15 命名選擇 243 5.4.16 選擇信息 245 5.4.17 關節(jié)應用案例——活塞連桿組件承壓模擬 245 5.5 螺栓連接模型的建模技術及案例 255 5.5.1 概述 255 5.5.2 案例描述及分析 256 5.5.3 無螺栓、綁定接觸進行螺栓連接 組件分析 256 5.5.4 螺栓為梁單元進行螺栓連接組件 分析 265 5.5.5 螺栓為實體單元（無螺紋）進行螺栓 連接組件分析 275 5.5.6 螺栓為實體單元（有螺紋）進行螺栓 連接組件分析 284 5.5.7 螺栓連接組件分析小結 287 5.6 桿梁結構分析模型及案例 288 5.6.1 桿梁結構計算模型及簡化原則 288 5.6.2 9m單梁吊車彎曲模型及截取邊界補強 模型的強度分析 291 5.7 2D分析模型及案例 300 5.7.1 2D分析模型簡介 300 5.7.2 2D平面應力模型分析齒輪齒條傳動 的約束反力矩 301 5.8 3D分析模型及案例 306 5.8.1 概述 306 5.8.2 卡箍連接模型的多載荷步數(shù)值 模擬 306 5.9 本章小結 315 5.10 習題 316 第6章 ANSYS Workbench結構靜強度 分析 318 6.1 靜強度分析 318 6.1.1 靜強度分析概述 318 6.1.2 靜強度設計方法 318 6.1.3 壓力容器開孔接管區(qū)靜強度分析 319 6.2 本章小結 325 第7章 ANSYS Workbench結構疲勞 強度分析 326 7.1 疲勞分析概述 326 7.2 疲勞分析設計方法 326 7.2.1 總壽命法 326 7.2.2 損傷容限法 327 7.3 總壽命法疲勞強度設計 327 7.3.1 無限壽命設計法 327 7.3.2 有限壽命設計法 327 7.4 ANSYS Workbench高周疲勞分析 328 7.4.1 疲勞工具處理的載荷 328 7.4.2 高周疲勞分析過程 329 7.4.3 材料的疲勞特性 330 7.4.4 疲勞工具 331 7.5 分析案例——矩形板邊緣承受交變彎矩 的疲勞分析 333 7.5.1 問題描述及分析 333 7.5.2 數(shù)值模擬過程 334 7.5.3 結果分析與討論 336 7.6 非比例載荷的疲勞分析 338 7.6.1 簡述 338 7.6.2 非比例載荷的疲勞分析過程 338 7.7 分析案例——正應力的非比例加載 疲勞分析 339 7.7.1 問題描述及分析 339 7.7.2 數(shù)值模擬過程 339 7.7.3 結果分析與討論 344 7.8 非恒幅載荷的疲勞分析 345 7.8.1 不規(guī)則載荷歷程的處理 345 7.8.2 非恒定振幅、比例加載疲勞分析 相關設置 345 7.9 分析案例——連桿受壓疲勞分析 347 7.9.1 問題描述及分析 347 7.9.2 恒幅對稱循環(huán)加載的數(shù)值模擬過程 347 7.9.3 變幅比例加載的疲勞分析過程 352 7.10 本章小結 355 第8章 結構熱變形及熱應力分析 356 8.1 結構熱應力分析方法概述 356 8.2 傳熱基本方式 356 8.3 穩(wěn)態(tài)傳熱 357 8.4 結構熱變形及熱應力分析的有限元 方程 358 8.5 覆銅板模型低溫熱應力分析 359 8.5.1 問題描述及分析 359 8.5.2 剛性結點的熱應力理論計算 359 8.5.3 數(shù)值模擬過程 360 8.5.4 結果分析與討論 364 8.6 泵殼傳熱及熱應力分析 364 8.6.1 問題描述與分析 364 8.6.2 數(shù)值模擬過程 364 8.6.3 結果分析與討論 369 8.7 本章小結 369 8.8 習題 369 參考文獻 371