ANSYS 2022有限元分析從入門到精通（微課視頻版）

龙凯，华北电力大学副教授。主持承担了多项省部级重大科研项目，曾获得多项重大奖项，发表论文60多篇，获得15项科技发明授权，出版著作8部。

李志尊，陆军工程大学副教授，现任职于陆军工程大学石家庄校区机械基础教研室，多年来从事机械设计与材料工程方面教学和科研工作，主持或参与省部级科研项目20多项，获军队科技进步奖一等奖一项，发表SCI等级别论文30余篇，出版著作20余部。

目錄

第 1章　ANSYS概述 1

1.1 有限元常用術語 1

1.2 有限元法的分析過程 2

1.3 ANSYS 2022的安裝與啟動 3

1.3.1 系統要求 3

1.3.2 設置運行參數 4

1.3.3 啟動與退出 6

1.4 ANSYS分析的基本過程 7

1.4.1 前處理 7

1.4.2 加載並求解 7

1.4.3 後處理 8

1.5 ANSYS文件系統 8

1.5.1 文件類型 8

1.5.2 文件管理 9

第 2章　圖形用戶界面 12

2.1 ANSYS 2022 R1圖形用戶界面的組成 12

2.2 對話框及其組件 13

2.2.1 文本框 14

2.2.2 單選列表 14

2.2.3 雙列選擇列表 14

2.2.4 標簽對話框 15

2.2.5 選取框 15

2.3 通用菜單 16

2.3.1 文件菜單 16

2.3.2 選取菜單 18

2.3.3 列表菜單 20

2.3.4 繪圖菜單 23

2.3.5 繪圖控制菜單 24

2.3.6 工作平面菜單 29

2.3.7 參量菜單 31

2.3.8 宏菜單 33

2.3.9 菜單控制菜單 34

2.4 輸入窗口 34

2.5 主菜單 35

2.5.1 優選項 35

2.5.2 預處理器 36

2.5.3 求解器 39

2.5.4 通用後處理器 42

2.5.5 時間歷程後處理器 44

2.5.6 記錄編輯器 46

2.6 輸出窗口 46

2.7 工具條 47

2.8 圖形窗口 47

2.8.1 圖形顯示 47

2.8.2 多窗口繪圖 49

2.8.3 增強圖形顯示 51

2.9 個性化界面 52

2.9.1 改變字體和顏色 52

2.9.2 改變GUI的啟動菜單顯示 52

2.9.3 改變菜單鏈接和對話框 52

第3章　幾何建模 53

3.1 幾何建模概論 53

3.2 坐標系簡介 55

3.2.1 總體坐標系和局部坐標系 55

3.2.2 顯示坐標系 57

3.2.3 節點坐標系 57

3.2.4 單元坐標系 58

3.2.5 結果坐標系 59

3.3 工作平面 59

3.3.1 定義一個新的工作平面 59

3.3.2 移動工作平面 60

3.3.3 旋轉工作平面 60

3.3.4 還原一個已定義的工作平面 60

3.4 自底向上創建幾何模型 61

3.4.1 關鍵點 61

3.4.2 硬點 62

3.4.3 線 63

3.4.4 面 65

3.4.5 體 66

3.5 自頂向下創建幾何模型 67

3.5.1 創建面體素 67

3.5.2 創建實體體素 68

3.6 使用布爾運算操作來修正幾何模型 69

3.6.1 布爾運算的設置 69

3.6.2 布爾運算之後的圖元編號 69

3.6.3 交運算 69

3.6.4 兩兩相交 70

3.6.5 相加 71

3.6.6 相減 71

3.6.7 利用工作平面做減運算 72

3.6.8 搭接 72

3.6.9 分割 72

3.6.10 合並 73

3.7 移動、復制和縮放幾何模型 73

3.7.1 按照樣本生成圖元 73

3.7.2 由對稱鏡像生成圖元 74

3.7.3 將樣本圖元轉換坐標系 74

3.7.4 實體模型圖元的縮放 74

3.8 實例導航——旋轉外輪的實體建模 75

第4章　網格劃分 82

4.1 有限元網格概論 82

4.2 設定單元屬性 82

4.2.1 生成單元屬性表 83

4.2.2 在劃分網格之前分配單元屬性 83

4.3 網格劃分的控制 84

4.3.1 ANSYS網格劃分工具（MeshTool） 84

4.3.2 單元形狀 84

4.3.3 選擇自由或映射網格劃分 85

4.3.4 控制單元邊中間節點的位置 85

4.3.5 劃分自由網格時的單元尺寸控制 85

4.3.6 映射網格劃分中單元的默認尺寸 86

4.3.7 局部網格劃分控制 87

4.3.8 內部網格劃分控制 87

4.3.9 生成過渡棱錐單元 88

4.3.10 將退化的四面體單元轉化為非退化的形式 89

4.3.11 執行層網格劃分 89

4.4 自由網格劃分和映射網格劃分控制 90

4.4.1 自由網格劃分 90

4.4.2 映射網格劃分 91

4.4.3 實例導航——托架的網格劃分 94

4.5 延伸和掃掠生成有限元模型 95

4.5.1 延伸生成網格 95

4.5.2 掃掠生成網格 96

4.6 修正有限元模型 98

4.6.1 局部細化網格 98

4.6.2 移動和復制節點及單元 101

4.6.3 控制面、線和單元的法向 101

4.6.4 修改單元屬性 102

4.7 直接通過節點和單元生成有限元模型 103

4.7.1 節點 103

4.7.2 單元 104

4.8 編號控制 106

4.8.1 合並重復項 107

4.8.2 編號壓縮 107

4.8.3 設定起始編號 108

4.8.4 編號偏差 108

4.9 實例導航——旋轉外輪的網格劃分 108

第5章　施加載荷 113

5.1 載荷概論 113

5.1.1 載荷定義 113

5.1.2 載荷步、子步和平衡迭代 114

5.1.3 時間參數 115

5.1.4 階躍載荷與坡道載荷 115

5.2 施加載荷 116

5.2.1 實體模型載荷與有限單元載荷 116

5.2.2 施加載荷 117

5.2.3 利用表格來施加載荷 121

5.2.4 軸對稱載荷與反作用力 123

5.2.5 實例導航——托架施加載荷 124

5.3 設定載荷步選項 125

5.3.1 通用選項 125

5.3.2 非線性選項 128

5.3.3 動力學分析選項 128

5.3.4 輸出控制 128

5.3.5 創建多載荷步文件 129

5.4 實例導航——旋轉外輪的載荷和約束施加 130

第6章　求解 133

6.1 求解概論 133

6.1.1 使用直接求解法 134

6.1.2 使用稀疏矩陣直接求解法 134

6.1.3 使用雅可比共軛梯度法 134

6.1.4 使用不完全分解共軛梯度法 135

6.1.5 使用預條件共軛梯度法 135

6.1.6 使用自動迭代解法選項 136

6.1.7 獲得解答 136

6.2 利用特定的求解控制器來指定求解類型 137

6.2.1 使用“Abridged Solution”菜單選項 137

6.2.2 使用求解控制對話框 137

6.3 多載荷步求解 139

6.3.1 多重求解法 139

6.3.2 使用載荷步文件法 139

6.3.3 使用數組參數法（矩陣參數法） 140

6.4 重新啟動分析 141

6.4.1 重新啟動一個分析 141

6.4.2 多載荷步文件的重新啟動分析 144

6.5 實例導航——旋轉外輪模型求解 146

第7章　後處理 147

7.1 後處理概述 147

7.1.1 什麽是後處理 147

7.1.2 結果文件 148

7.1.3 後處理可用的數據類型 148

7.2 通用後處理器（POST1） 148

7.2.1 將數據結果讀入數據庫 148

7.2.2 列表顯示結果 154

7.2.3 圖像顯示結果 159

7.2.4 實例導航——查看計算結果 163

7.3 時間歷程後處理器（POST26） 164

7.3.1 定義和保存POST26變量 164

7.3.2 檢查變量 166

7.3.3 POST26的其他功能 168

7.4 實例導航——旋轉外輪計算結果後處理 169

第8章　靜力分析 173

8.1 靜力分析介紹 173

8.1.1 結構靜力分析簡介 173

8.1.2 靜力分析的類型 174

8.1.3 靜力分析基本步驟 174

8.2 實例導航——建築物內支撐柱靜力分析 175

8.2.1 問題描述 175

8.2.2 GUI方式 175

8.3 實例導航——聯軸體的靜力分析 181

8.3.1 問題描述 181

8.3.2 建立模型 181

8.3.3 定義邊界條件並求解 185

8.3.4 查看結果 187

第9章　模態分析 192

9.1 模態分析概論 192

9.2 模態分析的基本步驟 192

9.2.1 建模 192

9.2.2 加載及求解 193

9.2.3 擴展模態 195

9.2.4 觀察結果和後處理 197

9.3 實例導航——彈簧-質量系統模態分析 198

9.3.1 問題描述 198

9.3.2 GUI方式 198

9.4 實例導航——小發電機轉子模態分析 203

9.4.1 分析問題 203

9.4.2 建立模型 204

9.4.3 進行模態設置、定義邊界條件並求解 208

9.4.4 查看結果 210

第 10章　諧響應分析 211

10.1 諧響應分析概論 211

10.2 諧響應分析的基本步驟 212

10.2.1 建立模型（前處理） 212

10.2.2 加載和求解 212

10.2.3 觀察模型（後處理） 217

10.3 實例導航——彈簧質子系統的諧響應分析 219

10.3.1 問題描述 219

10.3.2 建模及分網 219

10.3.3 模態分析 223

10.3.4 諧響應分析 224

10.3.5 觀察結果 225

第 11章　譜分析 229

11.1 譜分析概論 229

11.1.1 響應譜分析 229

11.1.2 動力設計分析 230

11.1.3 隨機振動分析 230

11.2 譜分析的基本步驟 230

11.2.1 前處理 230

11.2.2 模態分析 230

11.2.3 譜分析 230

11.2.4 擴展模態 233

11.2.5 合並模態 234

11.2.6 後處理 235

11.3 實例導航——三層框架結構地震響應分析 236

11.3.1 問題描述 236

11.3.2 GUI方式 237

第 12章　非線性分析 248

12.1 非線性分析概論 248

12.1.1 非線性行為的原因 248

12.1.2 非線性分析的基本信息 249

12.1.3 幾何非線性 251

12.1.4 材料非線性 252

12.1.5 其他非線性問題 255

12.2 非線性分析的基本步驟 255

12.2.1 前處理（建模和分網） 256

12.2.2 設置求解控制器 256

12.2.3 設定其他求解選項 258

12.2.4 加載 259

12.2.5 求解 259

12.2.6 後處理 259

12.3 實例導航——鉚釘沖壓變形分析 261

12.3.1 問題描述 261

12.3.2　建立模型 261

12.3.3 定義邊界條件並求解 267

12.3.4 查看結果 268

第 13章　瞬態動力學分析 272

13.1 瞬態動力學概論 272

13.1.1 完全法 272

13.1.2 模態疊加法 273

13.2 瞬態動力學的基本步驟 273

13.2.1 前處理（建模和分網） 273

13.2.2 建立初始條件 274

13.2.3 設定求解控制器 274

13.2.4 設定其他求解選項 276

13.2.5 施加載荷 276

13.2.6 設定多載荷步 277

13.2.7 瞬態求解 278

13.2.8 後處理 278

13.3 實例導航——振動系統瞬態動力學分析 280

13.3.1 分析問題 280

13.3.2 建立模型 281

13.3.3 進行模態分析 285

13.3.4 進行瞬態動力學分析設置、定義邊界條件並求解 286

13.3.5 查看結果 290

第 14章　結構屈曲分析 293

14.1 結構屈曲概論 293

14.2 結構屈曲分析的基本步驟 293

14.2.1 前處理 293

14.2.2 獲得靜力解 294

14.2.3 獲得特徵值屈曲解 294

14.2.4 擴展解 295

14.2.5 後處理（觀察結果） 296

14.3 實例導航——薄壁圓筒屈曲分析 297

14.3.1 問題描述 297

14.3.2 GUI方式 297

第 15章　熱分析 304

15.1 熱分析概論 304

15.1.1 熱分析的特點 304

15.1.2 熱分析單元 305

15.2 熱分析的基本過程 306

15.2.1 穩態熱分析 306

15.2.2 瞬態熱分析 310

15.3 實例導航——兩環形零件在圓筒形水箱中冷卻過程 315

15.3.1 問題描述 315

15.3.2 問題分析 315

15.3.3 GUI方式 315