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内容简介

本书以ANSYS Workbench 17.0软件平台为基础进行编写，涵盖的分析范围领域较宽泛，主要内容包括DM几何建模与模型清理，网格划分，工程数据定义，Mechanical常用（前、后处理）设置，线性静力学，动力学（模态、谐响应、随机振动、谱分析、瞬态动力学、显示动力学和刚体动力学等），非线性问题（接触非线性、状态非线性和材料非线性），屈曲分析（非线性与线性），热分析（稳态、瞬态、相变和热结构耦合），子模型，ACP复合材料，nCode疲劳，Fatigue Tool疲劳工具，多物理耦合场，以及DX优化设计等。
全书以基本理论简述、仿真流程说明、复杂实例详解为主线进行讲解，提供详尽的Step By Step操作流程，难能可贵的是对当前同类书籍中未能提及的重点内容进行详细讲解和举例说明，并提供复杂问题和操作的视频讲解。读者仔细阅读本书并勤加练习，一定会在ANSYS Workbench软件使用和相关工程项目计算方面有所收获。
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本书面向于ANSYS Workbench初级和中级用户，可以作为机械、材料、汽车和航空航天等专业的高年级本科生、研究生的参考用书，以及教师教学的参考用书，同时适合于从事产品设计、分析与优化的工程技术人员，以及CAE仿真分析的爱好者自学。

作者简介

付稣昇：硕士，中国机械工程学会机械工程师，曾完成多项大型机械结构产品的强度、疲劳、动力学和非线性等相关计算及优化工作，目前工作于中国航天科技集团某上市集团公司技术研发中心。

目录

第1章　ANSYS Workbench基础介绍　12
1．1　ANSYS Workbench概述　12
1．2　ANSYS Workbench平台与模块　12
1．2．1　ANSYS Workbench启动方式　12
1．2．2　Workbench平台界面　13
1．2．3　主菜单栏　14
1．2．4　基本工具栏　15
1．2．5　工具箱　15
1．2．6　项目流程图　16
1．3　ANSYS Workbench文件管理　16
1．4　ANSYS Workbench单位系统　17
1．5　本章小结　18
第2章　几何建模与模型清理　19
2．1　DesignModeler概述　19
2．1．1　DesignModeler介绍　19
2．1．2　DesignModeler启动和CAD文件交互　19
2．1．3　DesignModeler交互界面　20
2．1．4　DesignModeler主菜单栏　20
2．1．5　DesignModeler工具栏　21
2．1．6　鼠标操作　22
2．1．7　选择过滤器　22
2．1．8　框选　22
2．1．9　选择面板　23
2．1．10　图形控制　23
2．1．11　弹出快捷菜单　23
2．2　草图绘制　24
2．2．1　单位制　25
2．2．2　创建新平面和平面变换　25
2．2．3　创建新草绘　26
2．2．4　草绘工具　26
2．2．5　草图投影与援引　28
2．3　3D建模创建与工具　28
2．3．1　体和零件　28
2．3．2　3D特征操作（【Create】菜单）　29
2．3．3　高级工具（【Tools】菜单）　30
2．4　参数化建模　31
2．4．1　DM参数化建模　31
2．4．2　一般CAD软件参数化导入DM的方法　32
2．5　概念建模　33
2．5．1　创建线体　33
2．5．2　建立面　35
2．6　几何建模实例　36
2．6．1　构件搬运台车建模实例　36
2．6．2　飞机机翼1D和2D混合建模实例　40
2．7　几何清理实例　45
涡轮机外壳结构几何清理简化实例　45
2．8　本章小结　48
第3章　工程数据定义与网格划分　49
3．1　工程数据定义基础　49
3．1．1　Engineering Data界面　49
3．1．2　定义材料参数　50
3．1．3　添加新材料进入材料库　51
3．1．4　赋予材料属性　52
3．2　网格划分技术　52
3．2．1　全局网格控制　52
3．2．2　局部网格划分控制　55
3．2．3　虚拟拓扑　59
3．2．4　预览和生成网格　60
3．3　网格划分实例　61
3．3．1　裁纸凹模三维结构网格划分　61
3．3．2　Semi-Elliptocal Crack裂纹网格划分　63
3．3．3　旋风分离器网格划分　65
3．3．4　三通管膨胀层网格划分实例　67
3．3．5　简易形状结构快速网格划分实例　68
3．4　本章小结　70
第4章　Workbench-Mechanical 通用设置　71
4．1　Workbench-Mechanical概述　71
4．2　Mechanical分析基本步骤　71
4．3　Mechanical交互界面　72
4．3．1　菜单栏　72
4．3．2　工具栏　72
4．3．3　导航树　73
4．3．4　明细栏　73
4．3．5　图形窗口　73
4．3．6　程序应用向导　74
4．4　导航树基本分支与操作流程说明　74
4．4．1　预处理　74
4．4．2　求解模型　75
4．4．3　后处理　75
4．5　常用基本预处理操作　76
4．5．1　坐标系Coordinate Systems　76
4．5．2　命名选择Named Selections　76
4．5．3　目标生成器Object Generator　77
4．5．4　注释设置Annotation Preferences　77
4．5．5　自定义节点编号Mesh Numbering　78
4．5．6　远程点Remote Point　78
4．6　本章小结　79
第5章　线性静力学结构分析　80
5．1　线性静力学分析基础　80
5．1．1　2D平面问题　80
5．1．2　1D杆与梁的问题　81
5．1．3　板壳和3D结构分析　82
5．2　线性静力学分析流程　82
5．3　线性静力学分析载荷与支撑　83
5．3．1　惯性载荷　83
5．3．2　载荷与约束　84
5．4　结果后处理　86
5．4．1　变形　87
5．4．2　应力和应变　87
5．4．3　线性化应力　88
5．4．4　应力工具　89
5．4．5　接触工具　90
5．4．6　疲劳工具　90
5．4．7　梁工具　90
5．4．8　探测　91
5．4．9　用户自定义结果　91
5．4．10　图形显示　91
5．4．11　求解组合　92
5．4．12　收敛　92
5．4．13　应力奇异　92
5．5　静力学结构分析实例　93
5．5．1　一榀钢梁结构静力学分析　93
5．5．2　电动缸销轴结构静力学分析　95
5．6　本章小结　99
第6章　动力学分析概述　100
6．1　动力学分析的目的　100
6．1．1　动力学分析涉及的物理现象　100
6．1．2　动力学分析类型　100
6．1．3　动力学有限元建模原则　101
6．2　通用运动控制方程　101
6．3　阻尼　102
6．3．1　单元阻尼　102
6．3．2　Alpha阻尼和Beta阻尼　102
6．3．3　常数阻尼　103
6．3．4　数值阻尼　104
6．4　本章小结　104
第7章　模态分析　105
7．1　模态分析基础　105
7．1．1　模态分析的目的　105
7．1．2　术语和概念　105
7．1．3　振型归一化　106
7．1．4　模态分析接触设置　106
7．1．5　预应力设置　106
7．1．6　分析设置　106
7．1．7　参与因子与有效质量　107
7．2　模态分析基本流程　108
7．3　模态分析实例　108
简易机翼结构预应力模态分析　108
7．4　本章小结　112
第8章　谐响应分析　113
8．1　谐响应分析基础　113
8．1．1　谐响应分析的目的　113
8．1．2　谐响应分析的输入与输出　113
8．1．3　谐响应分析运动方程　113
8．1．4　谐响应分析求解方法　114
8．2　谐响应分析基本流程　114
8．3　谐响应分析实例　116
连杆结构谐响应分析　116
8．4　本章小结　121
第9章　响应谱分析　122
9．1　响应谱分析意义　122
9．2　响应谱分析基础　122
9．2．1　响应谱的定义与产生　122
9．2．2　响应谱分析类型　123
9．2．3　单点响应谱分析　123
9．2．4　多点响应谱分析　124
9．3　响应谱分析基本流程　124
9．4　响应谱分析实例　126
石油井架地震单点响应谱分析　126
9．5　本章小结　128
第10章　随机振动分析　129
10．1　随机振动分析的目的　129
10．2　功率谱密度　129
10．3　随机振动理论简介　130
10．3．1　随机振动计算的假设与限制　130
10．3．2　随机振动分布规律　130
10．3．3　随机振动理论　130
10．4　随机振动分析基本流程　131
10．5　随机振动分析实例　132
车用杯架随机振动分析　132
10．6　本章小结　134
第11章　瞬态动力学分析　135
11．1　瞬态动力学分析基础　135
11．1．1　瞬态动力学分析特点　135
11．1．2　瞬态动力学分析术语　135
11．2　瞬态动力学分析求解技术（完全法）　136
11．2．1　瞬态分析中的非线性　136
11．2．2　平衡迭代与收敛　137
11．2．3　载荷步、子步与平衡迭代　137
11．2．4　自动时间步　138
11．2．5　完全瞬态动力学的分析设置　138
11．2．6　Initial Conditions初始条件设置　139
11．2．7　载荷与约束　140
11．3　瞬态动力学分析求解技术（模态叠加法）　140
11．4　瞬态动力学分析基本流程　140
11．5　瞬态动力学分析实例　141
铜管折弯瞬态动力学分析　141
11．6　本章小结　143
第12章　刚体动力学分析　144
12．1　刚体动力学分析简介　144
12．2　刚体动力学装配连接　144
12．2．1　运动副（Joints）　144
12．2．2　弹簧（Springs）　145
12．2．3　接触对关系　145
12．2．4　约束方程　145
12．3　刚体动力学分析流程　146
12．4　Motion Load载荷导入静力学分析流程　147
12．5　刚体动力学分析实例　147
某剪切送物机构刚体动力学分析　147
12．6　本章小结　151
第13章　显式动力学分析　152
13．1　显式动力学分析简介　152
13．2　显式动力学分析流程　153
13．3　显式动力学分析实例　154
13．3．1　易拉罐显式动力学分析　154
13．3．2　冲锤撞击钢筋混凝土结构显式动力学分析　156
13．3．3　电路板跌落显式动力学分析　158
13．4　本章小结　161
第14章　结构非线性分析　162
14．1　非线性分析背景　162
14．1．1　结构非线性的定义　162
14．1．2　非线性行为类型　162
14．1．3　构建非线性模型　163
14．2　非线性求解与收敛　164
14．2．1　牛顿-辛普森方程　164
14．2．2　收敛与收敛判据　164
14．2．3　载荷步、时间步与平衡迭代　164
14．2．4　求解控制　165
14．2．5　重启动控制　165
14．2．6　非线性控制　166
14．3　接触与接触设置　166
14．3．1　接触的基本概念　166
14．3．2　接触协调　167
14．3．3　探测方法　168
14．3．4　修剪接触　168
14．3．5　穿透和滑移容差　168
14．3．6　法向接触刚度　169
14．3．7　Pinball区域　170
14．3．8　对称/非对称行为　170
14．3．9　接触中的体类型　171
14．3．10　界面处理与接触几何修正　171
14．3．11　接触工具　173
14．4　率无关塑性基础　173
14．4．1　金属塑性背景　173
14．4．2　屈服准则　174
14．4．3　塑性流动法则　175
14．4．4　强化准则　176
14．4．5　双线性随动（等向）强化　176
14．4．6　多线性随动（等向）强化　177
14．4．7　Chaboche随动强化　177
14．4．8　Chaboche材料拟合与输入　178
14．4．9　循环加载　179
14．5　超弹体基础　180
14．5．1　超弹体概述　180
14．5．2　超弹体常用模型　181
14．5．3　超弹体曲线拟合方法　183
14．6　非线性分析实例　184
14．6．1　钢板弹簧非线性分析　184
14．6．2　弹片按钮非线性分析　187
14．6．3　密封圈挤压非线性分析　191
14．7　本章小结　194
第15章　屈曲分析　195
15．1　屈曲分析的目的　195
15．2　特征值屈曲分析　195
15．2．1　特征值屈曲分析基础　195
15．2．2　特征值屈曲分析流程　196
15．3　非线性屈曲分析　198
15．3．1　非线性屈曲分析求解方法　198
15．3．2　非线性屈曲引入缺陷的一种方法　199
15．3．3　非线性屈曲分析求解过程　199
15．4　线性屈曲分析实例　199
电动缸活塞杆线性屈曲分析　199
15．5　非线性屈曲分析实例　202
外壳结构非线性屈曲分析　202
15．6　本章小结　204
第16章　子模型分析　205
16．1　子模型方法简介　205
16．1．1　子模型方法定义　205
16．1．2　子模型分析方法意义　205
16．1．3　子模型计算前提　206
16．1．4　子模型分析的注意事项　206
16．2　子模型分析流程　206
16．3　子模型法分析实例　206
夹紧机构钳型零件子模型分析实例　206
16．4　本章小结　210
第17章　热分析　211
17．1　热分析基础　211
17．1．1　热分析的目的　211
17．1．2　热传递的3种基本类型　211
17．1．3　热力学第一定律　212
17．1．4　热分析的控制方程　212
17．1．5　热载荷与边界条件　213
17．2　稳态热分析　214
17．3　瞬态热分析与非线性热分析　214
17．3．1　瞬态热分析定义与考虑因素　214
17．3．2　瞬态热分析控制方程　214
17．3．3　时间步长预测与时间积分　215
17．3．4　非线性热分析　216
17．3．5　初始条件　217
17．4　相变分析　217
17．4．1　潜在热量与焓　217
17．4．2　相变分析基本思路　217
17．5　热-结构耦合分析　218
17．5．1　热-结构耦合分析简介　218
17．5．2　热-结构顺序耦合分析设置　219
17．6　热分析基本过程　220
17．7　稳态热分析实例　220
简易城墙稳态热分析　220
17．8　瞬态热分析实例　222
奶瓶降温瞬态热分析　222
17．9　相变热分析实例　225
铸钢轴相变热分析　225
17．10　热辐射分析实例　226
双环结构热辐射分析　226
17．11　本章小结　228
第18章　ACP复合材料分析　229
18．1　复合材料与ACP　229
18．2　失效准则　229
18．3　ACP分析基本流程　231
18．3．1　ACP（Pre）前处理　231
18．3．2　ACP（Pre）交互界面　232
18．3．3　Material Data设置　232
18．3．4　Element Sets与Edge Sets设置　233
18．3．5　Geometry设置　233
18．3．6　Rosettes设置　233
18．3．7　Oriented Element Sets设置　234
18．3．8　ModelingGroup设置　234
18．3．9　Solid Models设置　235
18．3．10　ACP（Post）后处理　235
18．4　复合材料ACP分析实例　235
18．4．1　风机导流罩铺层设计　235
18．4．2　实体复合材料板组合装配拉伸分析　239
18．5　本章小结　245
第19章　疲劳工具Fatigue Tool　246
19．1　疲劳分析概述　246
19．1．1　疲劳破坏机理　247
19．1．2　疲劳问题的分类　247
19．2　应力疲劳分析　248
19．2．1　应力定义　248
19．2．2　S-N曲线（应力寿命曲线）　248
19．2．3　平均应力的影响　249
19．2．4　疲劳强度因子（Fatigue Strength Factor）　250
19．2．5　雨流计数　250
19．2．6　Miner损伤累积　251
19．2．7　恒定振幅、比例载荷应力疲劳分析与流程　251
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