ANSYS Workbench 2022 中文版從入門到精通

本書通過理論結合實踐的講解方式，系統地介紹了ANSYS Workbench 2022中文版在有限元分析領域中的具體應用，涵蓋了絕大部分用戶需要使用的功能。本書按照從簡單到復雜、從單場到多場分析的邏輯編排，每章均採用實例描述，內容完整且各章相對獨立，是一本全面介紹ANSYS Workbench的參考書。全書共18章，詳細介紹了創建幾何模型、網格劃分、結果後處理等基本操作，同時也結合工程案例詳細講解了線性靜態結構分析、諧響應分析、響應譜分析、隨機振動分析、瞬態動力學分析、顯式動力學分析、熱分析、線性屈曲分析、結構非線性分析、接觸問題分析、優化設計、流體動力學分析及多物理場耦合分析等。 本書工程實例豐富、講解詳盡，內容安排循序漸進、深入淺出，本書適合理工院校土木工程、機械工程、力學、電氣工程等相關專業的本科生、研究生及教師使用，同時也可作為工程技術人員從事工程研究的參考書。

第1章  初識ANSYS Workbench 1

1.1  ANSYS Workbench概述 1

1.1.1  關於ANSYS Workbench 1

1.1.2  多物理場分析模式 2

1.1.3  項目級模擬參數管理 2

1.1.4  Workbench應用模塊 3

1.2  Workbench操作界面 3

1.2.1  啟動Workbench 3

1.2.2  Workbench主界面 4

1.3  Workbench項目管理 6

1.3.1  復制及刪除項目 6

1.3.2  關聯項目 7

1.3.3  項目管理操作案例 7

1.3.4  設置項屬性 8

1.4  Workbench文件管理 9

1.4.1  文件目錄結構 9

1.4.2  快速生成壓縮文件 10

1.5  Workbench實例入門 10

1.5.1  案例介紹 10

1.5.2  建立分析項目 11

1.5.3  導入創建幾何體 11

1.5.4  添加材料庫 12

1.5.5  添加模型材料屬性 14

1.5.6  劃分網格 15

1.5.7  施加載荷與約束 15

1.5.8  結果後處理 17

1.5.9  保存與退出 18

1.6  本章小結 19

第2章  創建幾何模型 20

2.1  認識DesignModeler 20

2.1.1  進入DesignModeler 20

2.1.2  DesignModeler的操作界面 22

2.1.3  DesignModeler的鼠標操作 23

2.1.4  圖形選取與控制 24

2.1.5  DesignModeler幾何體 24

2.2  DesignModeler草圖模式 24

2.2.1  創建新平面 25

2.2.2  創建新草圖 25

2.2.3  草圖模式 25

2.2.4  草圖援引 26

2.3  創建3D幾何體 26

2.3.1  創建3D特徵 27

2.3.2  激活體和凍結體 27

2.3.3  切片特徵 28

2.3.4  抑制體 28

2.3.5  面印記 29

2.3.6  填充與包圍操作 30

2.3.7  創建多體部件體 31

2.4  導入外部CAD文件 32

2.4.1  非關聯性導入文件 32

2.4.2  關聯性導入文件 32

2.4.3  導入定位 32

2.4.4  創建場域幾何體 33

2.5  概念建模 33

2.5.1  從點生成線體 33

2.5.2  從草圖生成線體 34

2.5.3  從邊生成線體 34

2.5.4  定義橫截面 34

2.5.5  從線生成面體 36

2.5.6  從草圖生成面體 37

2.5.7  從面生成面體 37

2.6  創建幾何體的實例操作 37

2.6.1  進入DM界面 38

2.6.2  繪制零件底部圓盤 38

2.6.3  創建零件肋柱 40

2.6.4  生成線體 41

2.6.5  生成面體 42

2.6.6  保存文件並退出 42

2.7  外部模型導入實例操作 42

2.7.1  外部幾何模型導入 43

2.7.2  創建線體 43

2.7.3  生成面體 44

2.7.4  創建橫截面 44

2.7.5  為線體添加橫截面 45

2.7.6  保存文件並退出 45

2.8  本章小結 46

第3章  網格劃分 47

3.1  網格劃分平臺 47

3.1.1  網格劃分特點 47

3.1.2  網格劃分方法 48

3.1.3  網格劃分技巧 49

3.1.4  網格劃分流程 50

3.1.5  網格尺寸策略 50

3.2  3D幾何網格劃分 51

3.2.1  四面體網格的優缺點 51

3.2.2  四面體網格劃分時的常用參數 51

3.2.3  四面體算法 52

3.2.4  四面體膨脹 53

3.3  網格參數設置 53

3.3.1  默認參數設置 54

3.3.2  尺寸調整 54

3.3.3  膨脹控制 55

3.3.4  網格質量 56

3.4  掃掠網格劃分 57

3.4.1  掃掠劃分方法 57

3.4.2  掃掠網格控制 58

3.5  多區域網格劃分 59

3.5.1  多區域劃分方法 59

3.5.2  多區域網格控制 59

3.6  網格劃分案例 60

3.6.1  自動網格劃分案例 60

3.6.2  網格劃分控制案例 63

3.7  本章小結 67

第4章  Mechanical基礎 68

4.1  關於Mechanical 68

4.2  Mechanical基本操作 69

4.2.1  啟動Mechanical 69

4.2.2  Mechanical操作界面 69

4.2.3  鼠標控制 72

4.3  材料參數輸入控制 72

4.3.1  進入工程數據應用程序 72

4.3.2  材料庫 73

4.3.3  添加材料 74

4.3.4  添加材料屬性 75

4.4  Mechanical前處理操作 76

4.4.1  幾何結構 76

4.4.2  接觸與點焊 77

4.4.3  坐標系 78

4.4.4  分析設置 79

4.5  施加載荷和約束 80

4.5.1  施加載荷 80

4.5.2  施加約束 82

4.6  模型求解 82

4.7  結果後處理 83

4.7.1  結果顯示 83

4.7.2  變形顯示 84

4.7.3  應力和應變 84

4.7.4  接觸結果 84

4.7.5  自定義結果顯示 85

4.8  本章小結 85

第5章  線性靜態結構分析 86

5.1  線性靜態結構分析概述 86

5.2  線性靜態結構的分析流程 87

5.2.1  幾何模型 87

5.2.2  材料特性 88

5.2.3  定義接觸區域 88

5.2.4  劃分網格 88

5.2.5  施加載荷和邊界條件 89

5.2.6  模型求解控制 89

5.2.7  結果後處理 89

5.3  風力發電機葉片靜態結構分析 89

5.3.1  問題描述 89

5.3.2  建立分析項目 90

5.3.3  導入幾何體 90

5.3.4  添加材料庫 92

5.3.5  添加模型材料屬性 95

5.3.6  劃分網格 96

5.3.7  施加載荷與約束 97

5.3.8  設置求解 98

5.3.9  求解並顯示求解結果 99

5.3.10  更改材料觀察分析結果 100

5.3.11  保存與退出 102

5.4  本章小結 102

第6章  模態分析 103

6.1  模態分析概述 103

6.2  Workbench模態分析流程 104

6.2.1  幾何體和質點 105

6.2.2  接觸區域 105

6.2.3  分析類型 105

6.2.4  載荷和約束 106

6.2.5  求解模型 106

6.3  飛機機翼模態分析 107

6.3.1  問題描述 107

6.3.2  建立分析項目 108

6.3.3  導入幾何體 108

6.3.4  添加材料庫 109

6.3.5  修改模型材料屬性 111

6.3.6  劃分網格 112

6.3.7  施加固定約束 113

6.3.8  設置求解 113

6.3.9  求解並顯示求解結果 114

6.3.10  保存與退出 115

6.4  風力發電機葉片預應力模態分析 116

6.4.1  打開結構靜態分析 116

6.4.2  創建預應力模態分析項目 116

6.4.3  結果後處理 117

6.4.4  求解並顯示求解結果 118

6.4.5  保存與退出 119

6.5  本章小結 119

第7章  諧響應分析 120

7.1  諧響應分析概述 120

7.2  諧響應分析流程 121

7.2.1  施加簡諧載荷 122

7.2.2  求解方法 122

7.2.3  查看結果 123

7.3  連接轉軸的諧響應分析 124

7.3.1  問題描述 124

7.3.2  Workbench基礎操作 124

7.3.3  創建多體部件體及抑制體 125

7.3.4  網格參數設置 126

7.3.5  施加載荷與約束 127

7.3.6  設置求解 128

7.3.7  求解並顯示求解結果 129

7.3.8  保存與退出 131

7.4  本章小結 131

第8章  響應譜分析 132

8.1  譜分析概述 132

8.2  響應譜分析流程 132

8.3  地震位移下的響應譜分析 134

8.3.1  問題描述 134

8.3.2  啟動Workbench進入DM界面 134

8.3.3  創建模型 135

8.3.4  添加材料 140

8.3.5  為體添加材料 141

8.3.6  劃分網格 142

8.3.7  施加固定約束 143

8.3.8  提取模態參數設置 144

8.3.9  查看模態分析結果 144

8.3.10  添加響應譜位移 145

8.3.11  提取響應譜分析結果 146

8.3.12  查看分析結果 147

8.3.13  保存與退出 147

8.4  本章小結 148

第9章  隨機振動分析 149

9.1  隨機振動分析概述 149

9.2  隨機振動分析流程 150

9.3  梁板結構的隨機振動分析 151

9.3.1  問題描述 151

9.3.2  建立分析項目 151

9.3.3  修改模型 152

9.3.4  生成多體部件體 154

9.3.5  劃分網格 155

9.3.6  施加固定約束 156

9.3.7  提取模態參數設置 156

9.3.8  查看模態分析結果 157

9.3.9  添加功率譜位移 158

9.3.10  提取隨機振動的分析結果 159

9.3.11  查看隨機振動的分析結果 160

9.3.12  保存與退出 161

9.4  本章小結 161

第10章  瞬態動力學分析 162

10.1  瞬態動力學分析概述 162

10.2  瞬態動力學分析流程 162

10.2.1  幾何模型 163

10.2.2  時間步長 164

10.2.3  運動副 164

10.2.4  彈簧 164

10.2.5  阻尼 165

10.2.6  載荷和約束 165

10.2.7  後處理中查看結果 165

10.3  汽車主軸的瞬態動力學分析 165

10.3.1  問題描述 166

10.3.2  Workbench基礎操作 166

10.3.3  為體添加材料特性 167

10.3.4  創建坐標系 167

10.3.5  劃分網格 168

10.3.6  施加載荷與約束 168

10.3.7  設置求解選項 169

10.3.8  求解並顯示求解結果 171

10.3.9  保存與退出 173

10.4  本章小結 173

第11章  顯式動力學分析 174

11.1  顯式動力學分析概述 174

11.1.1  顯式算法與隱式算法的區別 174

11.1.2  ANSYS中的顯式動力學模塊 175

11.2  顯式動力學分析流程 175

11.3  質量塊沖擊薄板的顯式動力學分析 176

11.3.1  問題描述 176

11.3.2  啟動Workbench並建立分析項目 176

11.3.3  建立幾何模型 177

11.3.4  添加材料特性 179

11.3.5  添加模型材料屬性 181

11.3.6  劃分網格 182

11.3.7  施加載荷與約束 184

11.3.8  提取顯式動力學分析結果 185

11.3.9  求解並顯示求解結果 186

11.3.10  保存與退出 188

11.4  本章小結 188

第12章  熱分析 189

12.1  傳熱概述 189

12.1.1  傳熱方式 190

12.1.2  熱分析類型 190

12.1.3  非線性熱分析 191

12.1.4  邊界條件或初始條件 191

12.2  熱分析流程 191

12.2.1  幾何模型 192

12.2.2  實體接觸 192

12.2.3  導熱率 193

12.2.4  施加載荷 193

12.2.5  熱邊界條件 194

12.2.6  熱應力分析 194

12.2.7  結果後處理 194

12.3  散熱器的熱分析 195

12.3.1  問題描述 195

12.3.2  啟動Workbench並建立分析項目 195

12.3.3  導入幾何體 196

12.3.4  添加材料庫 197

12.3.5  添加模型材料屬性 199

12.3.6  劃分網格 200

12.3.7  施加載荷與約束 200

12.3.8  設置求解 201

12.3.9  求解並顯示求解結果 202

12.3.10  熱應變分析 202

12.3.11  保存與退出 204

12.4  本章小結 204

第13章  特徵值屈曲分析 205

13.1  屈曲分析概述 205

13.1.1  關於歐拉屈曲 205

13.1.2  線性屈曲的計算 206

13.1.3  線性屈曲分析的特點 207

13.2  線性屈曲的分析過程 207

13.2.1  幾何體和材料屬性 207

13.2.2  接觸區域 208

13.2.3  載荷與約束 208

13.2.4  屈曲設置 208

13.2.5  模型求解 209

13.2.6  結果檢查 209

13.3  桁架結構的抗屈曲分析 210

13.3.1  問題描述 210

13.3.2  Workbench基礎操作 210

13.3.3  創建多體部件體 212

13.3.4  網格參數設置 213

13.3.5  施加載荷與約束 213

13.3.6  設置求解選項 214

13.3.7  求解並顯示求解結果 215

13.3.8  保存與退出 216

13.4  本章小結 216

第14章  結構非線性分析 217

14.1  結構非線性分析概述 217

14.2  結構非線性分析流程 219

14.2.1  超彈性材料 219

14.2.2  塑性材料 222

14.3  銷軸的結構非線性分析 226

14.3.1  問題描述 226

14.3.2  啟動Workbench並建立分析項目 227

14.3.3  創建幾何體 227

14.3.4  添加模型材料屬性 231

14.3.5  劃分網格 233

14.3.6  求解載荷步數的設置 235

14.3.7  施加載荷與約束 235

14.3.8  設置求解項 236

14.3.9  求解並顯示求解結果 237

14.3.10  保存與退出 240

14.4  本章小結 240

第15章  接觸問題分析 241

15.1  接觸問題分析概述 241

15.1.1  罰函數法和增強拉格朗日法 241

15.1.2  拉格朗日乘數法 242

15.1.3  多點約束法 242

15.2  接觸問題分析流程 243

15.2.1  接觸剛度與滲透 243

15.2.2  接觸類型 244

15.2.3  對稱/非對稱行為 244

15.2.4  施加摩擦接觸 245

15.2.5  檢查接觸結果 245

15.3  軸承內外套的接觸分析 246

15.3.1  問題描述 246

15.3.2  啟動Workbench並建立分析項目 246

15.3.3  創建幾何體 247

15.3.4  添加模型材料屬性 253

15.3.5  設置接觸選項 255

15.3.6  劃分網格 256

15.3.7  施加載荷與約束 257

15.3.8  設置求解項 259

15.3.9  求解並顯示求解結果 260

15.3.10  保存與退出 261

15.4  本章小結 261

第16章  優化設計 262

16.1  設計探索概述 262

16.1.1  參數定義 262

16.1.2  設定優化方法 263

16.1.3  設計探索選項 263

16.1.4  設計探索特點 263

16.1.5  設計探索操作界面 264

16.2  設計探索優化設計基礎 265

16.2.1  參數設置 265

16.2.2  響應面優化 266

16.2.3  響應曲面 267

16.2.4  實驗設計 268

16.2.5  六西格瑪分析 270

16.3  連接板的優化設計 271

16.3.1  問題描述 271

16.3.2  啟動Workbench並建立分析項目 271

16.3.3  導入幾何體 272

16.3.4  添加材料庫 273

16.3.5  添加模型材料屬性 275

16.3.6  劃分網格 275

16.3.7  施加約束與載荷 276

16.3.8  設置求解項 277

16.3.9  求解並顯示求解結果 278

16.3.10  觀察優化參數 279

16.3.11  響應曲面 281

16.3.12  觀察新設計點的結果 284

16.3.13  保存與退出 284

16.4  本章小結 285

第17章  流體動力學分析 286

17.1  流體動力學基礎 286

17.1.1  質量守恆方程 286

17.1.2  動量守恆方程 287

17.1.3  能量守恆方程 287

17.1.4  湍流模型 288

17.2  流體動力學的分析流程 288

17.3  基於Fluent的導彈流體動力學分析 289

17.3.1  案例介紹 289

17.3.2  啟動Workbench並建立分析項目 289

17.3.3  導入幾何體 290

17.3.4  劃分網格 291

17.3.5  網格檢查與處理 293

17.3.6  設置物理模型和材料 294

17.3.7  設置操作環境和邊界條件 296

17.3.8  設置求解方法和控制參數 297

17.3.9  設置監視窗口和初始化 298

17.3.10  求解和退出 300

17.3.11  計算結果的後處理 300

17.3.12  保存與退出 305

17.4  本章小結 306

第18章  多物理場耦合分析 307

18.1  多物理場耦合分析概述 307

18.2  流體結構耦合分析 308

18.2.1  案例介紹 308

18.2.2  啟動Workbench並建立分析項目 309

18.2.3  導入幾何體 310

18.2.4  劃分網格 311

18.2.5  網格檢查與處理 312

18.2.6  設置物理模型和材料 313

18.2.7  設置操作環境和邊界條件 315

18.2.8  設置求解方法和控制參數 316

18.2.9  設置監視窗口和計算 317

18.2.10  計算結果的後處理 317

18.2.11  結構力學模型設置 319

18.2.12  網格劃分 319

18.2.13  添加約束與載荷 320

18.2.14  設置求解項 321

18.2.15  求解並顯示求解結果 321

18.2.16  保存與退出 322

18.3  本章小結 322