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第1章 初识ANSYS Workbench1

1.1 ANSYS Workbench 17.0概述1

1.1.1 关于ANSYS Workbench1

1.1.2 多物理场分析模式2

1.1.3 项目级仿真参数管理2

1.1.4 Workbench应用模块3

1.2 Workbench 17.0的基本操作界面3

1.2.1 启动ANSYS Workbench3

1.2.2 ANSYS Workbench主界面4

1.3 Workbench项目管理7

1.3.1 复制及删除项目7

1.3.2 关联项目7

1.3.3 项目管理操作案例8

1.3.4 设置项属性9

1.4 Workbench文件管理9

1.4.1 文件目录结构9

1.4.2 快速生成压缩文件10

1.5 Workbench实例入门11

1.5.1 案例介绍11

1.5.2 启动Workbench并建立分析项目11

1.5.3 导入创建几何体12

1.5.4 添加材料库13

1.5.5 添加模型材料属性14

1.5.6 划分网格15

1.5.7 施加载荷与约束16

1.5.8 结果后处理18

1.5.9 保存与退出19

1.6 本章小结20

第2章 创建Workbench几何模型21

2.1 认识DesignModeler21

2.1.1 进入DesignModeler21

2.1.2 DesignModeler的操作界面23

2.1.3 DesignModeler的鼠标操作24

2.1.4 图形选取与控制25

2.1.5 DM几何体25

2.2 DesignModeler草图模式26

2.2.1 创建新平面26

2.2.2 创建新草图26

2.2.3 草图模式27

2.2.4 草图援引28

2.3 创建3D几何体28

2.3.1 创建3D特征28

2.3.2 激活体和冻结体29

2.3.3 切片特征30

2.3.4 抑制体30

2.3.5 面印记30

2.3.6 填充与包围操作32

2.3.7 创建多体部件体33

2.4 导入外部CAD文件34

2.4.1 非关联性导入文件34

2.4.2 关联性导入文件35

2.4.3 导入定位35

2.4.4 创建场域几何体35

2.5 概念建模35

2.5.1 从点生成线体36

2.5.2 从草图生成线体36

2.5.3 从边生成线体36

2.5.4 定义横截面36

2.5.5 从线生成面体39

2.5.6 从草图生成面体39

2.5.7 从面生成面体40

2.6 创建几何体的实例操作40

2.6.1 进入DM界面40

2.6.2 绘制零件底部圆盘41

2.6.3 创建零件肋柱42

2.6.4 生成线体45

2.6.5 生成面体45

2.6.6 保存文件并退出46

2.7 概念建模实例操作46

2.7.1 从CAD进入DM界面46

2.7.2 创建线体47

2.7.3 生成面体48

2.7.4 创建横截面49

2.7.5 为线体添加横截面50

2.7.6 保存文件并退出50

2.8 本章小结50

第3章 Workbench网格划分51

3.1 网格划分平台51

3.1.1 网格划分特点51

3.1.2 网格划分方法52

3.1.3 网格划分技巧53

3.1.4 网格划分流程54

3.1.5 网格尺寸策略54

3.2 3D几何网格划分54

3.2.1 四面体网格的优缺点55

3.2.2 四面体网格划分时的常用参数55

3.2.3 四面体算法55

3.2.4 四面体膨胀57

3.3 网格参数设置57

3.3.1 默认参数设置59

3.3.2 尺寸控制59

3.3.3 膨胀控制62

3.3.4 网格信息64

3.4 扫掠网格划分64

3.4.1 扫掠划分方法64

3.4.2 扫掠网格控制66

3.5 多区网格划分66

3.5.1 多区划分方法66

3.5.2 多区网格控制67

3.6 网格划分案例68

3.6.1 自动网格划分案例68

3.6.2 网格划分控制案例72

3.7 本章小结79

第4章 Mechanical基础80

4.1 关于Mechanical80

4.2 Mechanical的基本操作81

4.2.1 启动Mechanical81

4.2.2 Mechanical操作界面81

4.2.3 鼠标控制84

4.3 材料参数输入控制85

4.3.1 进入Engineering Data应用程序85

4.3.2 材料库85

4.3.3 添加材料86

4.3.4 添加材料属性87

4.4 Mechanical前处理操作88

4.4.1 几何分支88

4.4.2 接触与点焊89

4.4.3 坐标系91

4.4.4 分析设置92

4.5 施加载荷和约束93

4.5.1 施加载荷94

4.5.2 施加约束96

4.6 模型求解96

4.7 结果后处理98

4.7.1 结果显示98

4.7.2 变形显示99

4.7.3 应力和应变99

4.7.4 接触结果100

4.7.5 自定义结果显示101

4.8 本章小结102

第5章 线性静态结构分析103

5.1 线性静态结构分析概述103

5.2 线性静态结构的分析流程104

5.2.1 几何模型104

5.2.2 材料特性105

5.2.3 定义接触区域105

5.2.4 划分网格105

5.2.5 施加载荷和边界条件105

5.2.6 模型求解控制106

5.2.7 结果后处理106

5.3 风力发电机叶片静态结构分析106

5.3.1 问题描述106

5.3.2 启动Workbench并建立分析项目106

5.3.3 导入几何体107

5.3.4 添加材料库108

5.3.5 添加模型材料属性111

5.3.6 划分网格113

5.3.7 施加载荷与约束114

5.3.8 结果后处理（设置求解项）116

5.3.9 求解并显示求解结果117

5.3.10 更改材料观察分析结果119

5.3.11 保存与退出122

5.4 本章小结122

第6章 模态分析123

6.1 模态分析概述123

6.2 Workbench模态分析流程124

6.2.1 几何体和质点125

6.2.2 接触区域125

6.2.3 分析类型126

6.2.4 载荷和约束126

6.2.5 求解模型127

6.3 飞机机翼模态分析127

6.3.1 问题描述127

6.3.2 启动Workbench并建立分析项目128

6.3.3 导入几何体129

6.3.4 添加材料库129

6.3.5 修改模型材料属性131

6.3.6 划分网格132

6.3.7 施加固定约束133

6.3.8 结果后处理（设置求解项）134

6.3.9 求解并显示求解结果135

6.3.10 保存与退出136

6.4 风力发电机叶片预应力模态分析136

6.4.1 打开结构静态分析136

6.4.2 创建预应力模态分析项目137

6.4.3 结果后处理138

6.4.4 求解并显示求解结果139

6.4.5 保存与退出141

6.5 本章小结141

第7章 谐响应分析142

7.1 谐响应分析概述142

7.2 谐响应分析流程143

7.2.1 施加简谐载荷144

7.2.2 求解方法145

7.2.3 查看结果145

7.3 连接转轴的谐响应分析146

7.3.1 问题描述146

7.3.2 Workbench基础操作146

7.3.3 创建多体部件体及抑制体147

7.3.4 网格参数设置148

7.3.5 施加载荷与约束150

7.3.6 设置求解选项152

7.3.7 求解并显示求解结果152

7.3.8 保存与退出155

7.4 本章小结155

第8章 响应谱分析156

8.1 谱分析概述156

8.2 响应谱分析流程156

8.3 地震位移下的响应谱分析158

8.3.1 问题描述158

8.3.2 启动Workbench进入DM界面158

8.3.3 创建模型159

8.3.4 添加材料165

8.3.5 为体添加材料166

8.3.6 划分网格167

8.3.7 施加固定约束169

8.3.8 提取模态参数设置169

8.3.9 查看模态分析结果170

8.3.10 添加响应谱位移172

8.3.11 提取响应谱分析结果172

8.3.12 查看分析结果173

8.3.13 保存与退出174

8.4 本章小结175

第9章 随机振动分析176

9.1 随机振动分析概述176

9.2 随机振动分析流程177

9.3 梁板结构的随机振动分析178

9.3.1 问题描述178

9.3.2 启动Workbench并建立分析项目179

9.3.3 修改模型179

9.3.4 生成多体部件体183

9.3.5 划分网格183

9.3.6 施加固定约束185

9.3.7 提取模态参数设置186

9.3.8 查看模态分析结果187

9.3.9 添加功率谱位移188

9.3.10 提取随机振动的分析结果189

9.3.11 查看随机振动的分析结果190

9.3.12 保存与退出192

9.4 本章小结192

第10章 瞬态动力学分析193

10.1 瞬态动力学分析概述193

10.2 瞬态动力学分析流程193

10.2.1 几何模型194

10.2.2 时间步长195

10.2.3 运动副195

10.2.4 弹簧195

10.2.5 阻尼196

10.2.6 载荷和约束196

10.2.7 后处理中查看结果196

10.3 汽车主轴的瞬态动力学分析196

10.3.1 问题描述196

10.3.2 Workbench基础操作197

10.3.3 为体添加材料特性197

10.3.4 创建坐标系198

10.3.5 划分网格199

10.3.6 施加载荷与约束200

10.3.7 设置求解选项201

10.3.8 求解并显示求解结果204

10.3.9 保存与退出207

10.4 本章小结207

第11章 显式动力学分析208

11.1 显式动力学分析概述208

11.1.1 显式算法与隐式算法的区别208

11.1.2 ANSYS中的显式动力学模块209

11.2 显式动力学分析流程209

11.3 质量块冲击薄板的显式动力学分析210

11.3.1 问题描述210

11.3.2 启动Workbench并建立分析项目210

11.3.3 建立几何模型211

11.3.4 添加材料特性214

11.3.5 添加模型材料属性216

11.3.6 划分网格218

11.3.7 施加载荷与约束220

11.3.8 提取显式动力学分析结果221

11.3.9 求解并显示求解结果222

11.3.10 保存与退出225

11.4 本章小结226

第12章 热分析227

12.1 传热概述227

12.1.1 传热方式227

12.1.2 热分析类型228

12.1.3 非线性热分析229

12.1.4 边界条件或初始条件229

12.2 热分析流程229

12.2.1 几何模型230

12.2.2 实体接触230

12.2.3 导热率231

12.2.4 施加载荷232

12.2.5 热边界条件232

12.2.6 热应力分析232

12.2.7 结果后处理233

12.3 散热器的热分析234

12.3.1 问题描述234

12.3.2 启动Workbench并建立分析项目234

12.3.3 导入几何体235

12.3.4 添加材料库236

12.3.5 添加模型材料属性238

12.3.6 划分网格238

12.3.7 施加载荷与约束239

12.3.8 结果后处理（设置求解项）241

12.3.9 求解并显示求解结果242

12.3.10 热应变分析242

12.3.11 保存文件244

12.3.12 更改材料进行求解245

12.3.13 保存并退出246

12.4 本章小结246

第13章 特征值屈曲分析247

13.1 屈曲分析概述247

13.1.1 关于欧拉屈曲247

13.1.2 线性屈曲的计算248

13.1.3 线性屈曲分析的特点249

13.2 线性屈曲的分析过程249

13.2.1 几何体和材料属性249

13.2.2 接触区域250

13.2.3 载荷与约束250

13.2.4 屈曲设置250

13.2.5 模型求解251

13.2.6 结果检查252

13.3 桁架结构的抗屈曲分析252

13.3.1 问题描述252

13.3.2 Workbench基础操作253

13.3.3 创建多体部件体254

13.3.4 网格参数设置255

13.3.5 施加载荷与约束256

13.3.6 设置求解选项257

13.3.7 求解并显示求解结果258

13.3.8 保存与退出260

13.4 本章小结260

第14章 结构非线性分析261

14.1 结构非线性分析概述261

14.2 结构非线性分析流程263

14.2.1 超弹性材料264

14.2.2 塑性材料266

14.3 销轴的结构非线性分析270

14.3.1 问题描述271

14.3.2 启动Workbench并建立分析项目271

14.3.3 创建几何体272

14.3.4 添加模型材料属性277

14.3.5 划分网格280

14.3.6 求解载荷步数的设置282

14.3.7 施加载荷与约束283

14.3.8 结果后处理（设置求解项）284

14.3.9 求解并显示求解结果286

14.3.10 保存与退出290

14.4 本章小结291

第15章 接触问题分析292

15.1 接触问题分析概述292

15.1.1 罚函数法和增强拉格朗日法292

15.1.2 拉格朗日乘数法293

15.1.3 多点约束法293

15.2 接触问题分析流程294

15.2.1 接触刚度与渗透294

15.2.2 接触类型295

15.2.3 对称／非对称行为295

15.2.4 施加摩擦接触296

15.2.5 检查接触结果297

15.3 轴承内外套的接触分析297

15.3.1 问题描述297

15.3.2 启动Workbench并建立分析项目297

15.3.3 创建几何体298

15.3.4 添加模型材料属性306

15.3.5 设置接触选项308

15.3.6 划分网格309

15.3.7 施加载荷与约束311

15.3.8 结果后处理（设置求解项）313

15.3.9 求解并显示求解结果314

15.3.10 保存与退出316

15.4 本章小结316

第16章 Workbench优化设计317

16.1 Design Exploration概述317

16.1.1 参数定义317

16.1.2 设定优化方法317

16.1.3 Design Exploration选项318

16.1.4 Design Exploration特点318

16.1.5 Design Exploration操作界面319

16.2 Design Exploration优化设计基础320

16.2.1 参数设置320

16.2.2 响应曲面优化321

16.2.3 响应曲面323

16.2.4 实验设计324

16.2.5 六西格玛分析326

16.3 连接板的优化设计327

16.3.1 问题描述328

16.3.2 启动Workbench并建立分析项目328

16.3.3 导入几何体328

16.3.4 添加材料库330

16.3.5 添加模型材料属性331

16.3.6 划分网格332

16.3.7 施加约束与载荷333

16.3.8 结果后处理（设置求解项）335

16.3.9 求解并显示求解结果336

16.3.10 观察优化参数336

16.3.11 响应曲面339

16.3.12 观察新设计点的结果342

16.3.13 保存与退出343

16.4 本章小结343

第17章 流体动力学分析344

17.1 流体动力学基础344

17.1.1 质量守恒方程344

17.1.2 动量守恒方程344

17.1.3 能量守恒方程345

17.1.4 湍流模型345

17.2 流体动力学的分析流程346

17.3 基于Fluent的导弹流体动力学分析347

17.3.1 案例介绍347

17.3.2 启动Workbench并建立分析项目347

17.3.3 导入几何体348

17.3.4 划分网格350

17.3.5 网格检查与处理352

17.3.6 设置物理模型和材料354

17.3.7 设置操作环境和边界条件355

17.3.8 设置求解方法和控制参数356

17.3.9 设置监视窗口和初始化356

17.3.10 求解和退出359

17.3.11 计算结果的后处理360

17.3.12 保存与退出366

17.4 本章小结366

第18章 电磁场分析367

18.1 电磁场基本理论367

18.1.1 麦克斯韦方程组367

18.1.2 电磁场微分方程368

18.1.3 ANSYS Workbench平台电磁分析369

18.1.4 ANSYS Maxwell软件电磁分析370

18.2 导体磁场计算371

18.2.1 启动ANSYS Electronics Desktop 2016并建立分析项目371

18.2.2 建立几何模型372

18.2.3 设置求解域372

18.2.4 定义材料属性372

18.2.5 边界条件与激励374

18.2.6 求解计算374

18.2.7 图表显示376

18.2.8 加载Maxwell工程文件377

18.2.9 保存与退出377

18.3 电感计算378

18.3.1 启动Workbench并建立分析项目378

18.3.2 建立几何模型378

18.3.3 建立求解器及求解域379

18.3.4 添加材料379

18.3.5 网格划分380

18.3.6 求解计算382

18.3.7 保存与退出383

18.4 本章小结383

第19章 多物理场耦合分析384

19.1 多物理场耦合分析概述384

19.2 电磁热耦合分析385

19.2.1 问题描述385

19.2.2 软件启动与保存386

19.2.3 建立电磁分析386

19.2.4 建立几何模型388

19.2.5 设置求解域390

19.2.6 赋予材料属性390

19.2.7 添加激励391

19.2.8 添加分析步392

19.2.9 模型检查与计算392

19.2.10 后处理393

19.2.11 创建数据共享394

19.2.12 设定材料396

19.2.13 划分网格397

19.2.14 添加边界条件与映射激励398

19.2.15 求解计算399

19.2.16 后处理399

19.3 本章小结400