ANSYS Workbench腳手架仿真分析入門與實戰

第1篇 仿真分析基礎篇
第1章 概述 002
1.1 腳手架的種類 003
1.2 腳手架施工方案設計和設計的極限狀態 005
1.3 腳手架應用及研究的發展 007
1.3.1 排架模型 009
1.3.2 鉸接桿系模型 010
1.3.3 無（有） 側移剛架模型 011
1.3.4 基於節點半剛性計算理論的框架模型 012
1.4 腳手架組件的物理特征 013
1.5 腳手架的結構特征 014

第2章 ANSYS Workbench的初級應用 016
2.1 ANSYS Workbench 簡介 016
2.1.1 ANSYS 軟件的建模方式 017
2.1.2 Workbench 環境下仿真分析項目的基本構成 018
2.1.3 創建仿真分析項目的操作方式 019
2.2 Workbench 中操作界面的構成要素 020
2.2.1 選項卡 020
2.2.2 視窗 021
2.2.3 仿真分析“系統模塊”和“模塊單元” 023
2.2.4 數據鏈接與鏈接系統 026
2.3 工程數據與工程材料 031
2.3.1 “Engineering Data”的基本應用 031
2.3.2 “Engineering Data”的工作界面 032
2.3.3 “Engineering Data”中常用的材料屬性 036
2.3.4 調用“工程數據”的步驟 036
2.3.5 打開數據源的操作步驟 037
2.3.6 材料模型的構建與編輯 038
2.4 ANSYS Mechanical 的單元及其坐標系 043
2.4.1 單元類型的識別 044
2.4.2 創建模型 045
2.4.3 坐標系 048

第3章 幾何形體建模工具——DesignModeler 052
3.1 DesignModeler 的工作界面 052
3.1.1 工具欄 053
3.1.2 模型大綱目錄/ 草圖工具箱視窗 053
3.1.3 模型觀察/ 輸出預覽視窗 054
3.1.4 詳細信息視窗 055
3.1.5 狀態工具條 055
3.2 在“項目工作區”中調用DesignModeler軟件模塊 055
3.2.1 利用“幾何模型”模塊單元調用DesignModeler 055
3.2.2 “幾何模型”模塊單元彈出菜單的功能 056
3.2.3 文件的保存 059
3.3 DesignModeler 建模前的準備工作 059
3.3.1 基本操作 059
3.3.2 添加草圖尺寸標註 060
3.3.3 查看2D 草圖和3D 模型信息 061

第4章 繪制2D 草圖的基本操作 065
4.1 草圖和工作平面 065
4.1.1 創建草圖和創建工作平面 065
4.1.2 構造草圖 066
4.1.3 草圖顏色與約束狀態 067
4.1.4 表示不同類型草圖和顯示狀態的圖標 067
4.2 繪圖工具箱 067
4.2.1 線條繪制 068
4.2.2 幾何形狀繪制 069
4.2.3 構造點繪制 071
4.3 修改工具箱 072
4.3.1 倒角工具 072
4.3.2 修剪工具 073
4.3.3 覆制和移動工具 074
4.3.4 樣條曲線編輯工具 075
4.4 約束工具箱 077
4.4.1 常用約束工具 077
4.4.2 其他約束工具 078
4.5 尺寸標註工具箱 079
4.5.1 直線標註工具 080
4.5.2 圓弧標註工具 081
4.5.3 其他工具 081
4.6 設置工具箱 082

第5章 DesignModeler中的3D 模型 083
5.1 “實體和零件”的詳細信息 083
5.2 實體 084
5.2.1 實體的類型 084
5.2.2 實體的使用狀態 085
5.2.3 實體的顯示狀態 086
5.2.4 實體繼承關系 086
5.3 零件 087
5.3.1 創建新零件 088
5.3.2 零件分解 088
5.3.3 零件狀態 089
5.4 零件的共享拓撲關系 089
5.4.1 共享拓撲的屬性 090
5.4.2 零件共享拓撲的方法 090
5.4.3 單個實體共享拓撲的方法 091
5.4.4 多體零件構造中的共享拓撲 091
5.5 3D 模型的創建工具 093
5.5.1 基本幾何形體的創建 093
5.5.2 3D 模型創建的基本操作方式 095
5.5.3 3D 幾何特征的創建工具 098
5.5.4 目標實體和合並拓撲的限制 104

第6章 3D 模型的整體變換工具 107
6.1 3D 模型中的布爾操作工具 107
6.1.1 合並 107
6.1.2 相減 107
6.1.3 交集 107
6.1.4 表面印記 108
6.2 3D 模型的陣列工具 108
6.3 實體變換工具 110
6.3.1 移動 110
6.3.2 平移 112
6.3.3 旋轉 112
6.3.4 鏡像 112
6.3.5 縮放 112
6.4 切分 113
6.5 刪除 116
6.5.1 實體刪除 116
6.5.2 面刪除 116
6.5.3 邊刪除 117

第7章 靜態結構分析的一般過程 119
7.1 概述 119
7.2 ANSYS Mechanical 環境下靜態結構分析過程 119
7.2.1 創建分析系統 119
7.2.2 定義工程數據 120
7.2.3 添加幾何模型 120
7.2.4 定義零件性能 122
7.2.5 定義連接 124
7.2.6 網格化控件和網格預覽 124
7.2.7 建立分析設置 124
7.2.8 施加荷載和支座 128
7.2.9 求解 129
7.2.10 檢查分析的結果 129
7.3 Mechanical APDL 環境下靜態結構分析過程 130
7.3.1 構建模型 131
7.3.2 求解控件的設置 133
7.3.3 檢查結果 140

第8章 桿系結構仿真分析中的梁單元 143
8.1 BEAM188 梁單元簡介 143
8.2 BEAM188 梁單元的關鍵技術和應用 144
8.2.1 BEAM188 梁單元的適用性 144
8.2.2 長細比 145
8.2.3 橫向剪切剛度 146
8.2.4 單元關鍵項參數的定義要求 146
8.3 BEAM188 單元的創建 147
8.3.1 單元方向的確定規則 149
8.3.2 BEAM188 梁單元橫截面屬性 149
8.3.3 BEAM188 梁單元的加載方式 152
8.4 BEAM188 輸出數據及規則 152
8.4.1 節點結果的平均值計算規則 152
8.4.2 圖形輸出 153
8.4.3 分析結果通過序列編號輸出 153

第9章 仿真分析中桿件連接的描述方式 155
9.1 概述 155
9.2 有限元仿真中的接頭單元模型 156
9.3 MPC184 單元 156
9.3.1 接頭單元的幾何模型 158
9.3.2 接頭單元的材料性能 160
9.3.3 接頭單元的邊界條件及應用限制 163
9.4 Mechanical APDL 環境下MPC184 單元的構建 163
9.4.1 轉動接頭單元 163
9.4.2 廣義接頭單元 168
9.5 ANSYS Mechanical 工作環境中接頭模型的構建 172
9.5.1 創建連接文件夾 172
9.5.2 創建接頭連接 173
9.5.3 修改接頭坐標系 177
9.5.4 接頭的剛度設置 178
9.5.5 創建接頭單元的坐標系 181
9.6 多體結構分析及桿件組裝 186
9.6.1 建立模型 186
9.6.2 柔性體的單元選擇 187

第2篇 仿真分析應用篇
第10章 桿系架體中單桿穩定承載力的仿真分析 190
10.1 概述 190
10.2 軸向受壓桿件的仿真分析 191
10.2.1 建立項目 191
10.2.2 材料屬性設置 192
10.2.3 幾何模型的構建 194
10.2.4 有限元模型構建與軸心受壓彈性變形分析 197
10.2.5 軸心受壓桿件有限元彈性屈曲分析 199
10.3 問題討論 201

第11章 鋼管扣件連接節點的仿真分析 202
11.1 概述 202
11.1.1 鋼管腳手架連接點構造特點 202
11.1.2 有關剛度系數的理論依據 203
11.2 基於接頭單元連接的腳手架扣件仿真分析 204
11.2.1 幾何形體構建 205
11.2.2 有限元模型構建與變形分析 208
11.3 交叉桿件扣件連接的仿真分析 212
11.3.1 幾何形體構建 212
11.3.2 有限元模型構建 215
11.4 鋼管扣件仿真分析結果 219

第12章 鋼管2D 架體的仿真分析 220
12.1 概述 220
12.2 幾何體模型的構建 221
12.2.1 材料屬性定義 221
12.2.2 幾何體模型的定義 221
12.3 有限元模型的定義 223
12.4 求解設置及查看結果 225

第13章 雙排操作架穩定承載力的仿真分析 228
13.1 概述 228
13.2 腳手架幾何模型的構建 229
13.2.1 選擇工作面並繪制平面草圖 229
13.2.2 添加尺寸約束 229
13.2.3 構建3D 六面體 230
13.2.4 新建工作面及六面體切割 230
13.2.5 利用形體的切割線構建腳手架桿件 231
13.3 腳手架有限元模型的構建 232
13.3.1 “Joint（接頭）”單元模型的定義 233
13.3.2 連墻件有限元模型定義 236
13.3.3 邊界條件設置的說明 237
13.4 腳手架有限元求解結果觀察與分析 237

參考文獻 239