第1章  有限元基本理论 1

1.1  有限元法发展综述 1

1.1.1  有限元法的孕育过程及诞生和发展 2

1.1.2  有限元法的基本思想 2

1.1.3  有限元的应用及其发展趋势 4

1.2  有限元分析基本理论 6

1.2.1  有限元分析的基本概念和计算步骤 6

1.2.2  基于最小势能原理的有限元法 13

1.2.3  杆系结构的非线性分析理论 17

1.2.4  稳定计算理论 26

1.3  本章小结 28

第2章  ANSYS Workbench 18.0概述 29

2.1  ANSYS Workbench 18.0平台及模块 29

2.1.1  Workbench平台界面 30

2.1.2  菜单栏 30

2.1.3  工具栏 36

2.1.4  工具箱 36

2.2  DesignModeler 18.0几何建模 40

2.2.1  DesignModeler几何建模平台 40

2.2.2  菜单栏 41

2.2.3  工具栏 48

2.2.4  常用命令栏 50

2.2.5  Tree Outline（模型树） 50

2.2.6  DesignModeler几何建模实例——

连接板 52

2.3  ANSYS SpaceClaim Direct Modeler

几何建模 60

2.3.1  SpaceClaim几何建模平台 60

2.3.2  菜单选项卡 61

2.4  ANSYS SpaceClaim Direct Modeler

几何建模实例 64

2.5  ANSYS Meshing 18.0网格划分平台 68

2.5.1  Meshing网格划分适用领域 68

2.5.2  Meshing网格划分方法 68

2.5.3  Meshing网格默认设置 71

2.5.4  Meshing网格尺寸设置 72

2.5.5  Meshing网格Patch Conforming

选项 75

2.5.6  Meshing网格膨胀层设置 79

2.5.7  Meshing网格高级选项 80

2.5.8  Meshing网格评估统计 81

2.6  ANSYS Meshing 18.0网格划分实例 81

2.6.1  应用实例1——网格尺寸控制 81

2.6.2  应用实例2——扫掠网格划分 87

2.6.3  外部网格导入实例1——CDB网格

导入 93

2.6.4  外部网格导入实例2——CDB网格

导入 97

2.7  ANSYS Mechanical 18.0后处理 99

2.7.1  查看结果 99

2.7.2  结果显示 102

2.7.3  变形显示 102

2.7.4  应力和应变 103

2.7.5  接触结果 104

2.7.6  自定义结果显示 104

2.8  本章小结 105

第3章  结构静力学分析案例详解 106

3.1  线性静力分析简介 106

3.1.1  线性静力分析 106

3.1.2  线性静力分析流程 107

3.1.3  线性静力分析基础 107

3.2  静力学分析实例1——实体静力

分析 108

3.2.1  问题描述 108

3.2.2  启动Workbench并建立分析项目 108

3.2.3  导入创建几何体 109

3.2.4  添加材料库 109

3.2.5  添加模型材料属性 111

3.2.6  划分网格 112

3.2.7  施加载荷与约束 112

3.2.8  结果后处理 114

3.2.9  保存与退出 115

3.2.10  读者演练 116

3.3  静力学分析实例2——梁单元线性静力

分析 116

3.3.1  问题描述 116

3.3.2  启动Workbench并建立分析项目 117

3.3.3  创建几何体 117

3.3.4  添加材料库 121

3.3.5  添加模型材料属性 122

3.3.6  划分网格 123

3.3.7  施加载荷与约束 124

3.3.8  结果后处理 125

3.3.9  保存与退出 126

3.3.10  读者演练 127

3.4   静力学分析实例3——板单元静力分析 127

3.4.1  问题描述 128

3.4.2  启动Workbench并建立分析项目 128

3.4.3  导入创建几何体 128

3.4.4  添加材料库 129

3.4.5  添加模型材料属性 130

3.4.6  划分网格 130

3.4.7  施加载荷与约束 131

3.4.8  结果后处理 132

3.4.9  保存与退出 133

3.4.10  读者演练 133

3.5   静力学分析实例4——子模型静力分析 134

3.5.1  问题描述 134

3.5.2  启动Workbench并建立分析项目 134

3.5.3  导入创建几何体 134

3.5.4  添加材料库 135

3.5.5  添加模型材料属性 137

3.5.6  划分网格 138

3.5.7  施加载荷与约束 138

3.5.8  结果后处理 140

3.5.9  子模型分析 141

3.5.10  保存并退出 145

3.6   本章小结 145

第4章  模态分析案例详解 146

4.1   结构动力学分析简介 146

4.1.1  结构动力学分析 146

4.1.2  结构动力学分析的阻尼 147

4.2   模态分析简介 147

4.2.1  模态分析 147

4.2.2  模态分析基础 148

4.2.3  预应力模态分析 148

4.3   模态分析实例1——模态分析 149

4.3.1  问题描述 149

4.3.2  启动Workbench并建立分析项目 149

4.3.3  创建几何体 150

4.3.4  添加材料库 150

4.3.5  添加模型材料属性 152

4.3.6  划分网格 153

4.3.7  施加载荷与约束 153

4.3.8  结果后处理 154

4.3.9  保存与退出 157

4.4   模态分析实例2——有预应力模态分析 157

4.4.1  问题描述 157

4.4.2  启动Workbench并建立分析项目 157

4.4.3  创建几何体 158

4.4.4  添加材料库 158

4.4.5  添加模型材料属性 160

4.4.6  划分网格 161

4.4.7  施加载荷与约束 161

4.4.8  模态分析 163

4.4.9  后处理 163

4.4.10  保存与退出 165

4.5   模态分析实例3——有预应力模态分析 165

4.5.1  问题描述 165

4.5.2  修改外载荷数据 166

4.5.3  模态分析 166

4.5.4  后处理 166

4.5.5  保存与退出 168

4.5.6  结论 168

4.6   本章小结 168

第5章  谐响应分析案例详解 169

5.1  谐响应分析简介 169

5.1.1  谐响应分析 169

5.1.2  谐响应分析的载荷与输出 170

5.1.3  谐响应分析通用方程 170

5.2  谐响应分析实例1——梁单元谐响应分析 170

5.2.1  问题描述 170

5.2.2  启动Workbench并建立分析项目 171

5.2.3  创建模态分析项目 172

5.2.4  材料选择 172

5.2.5  施加载荷与约束 172

5.2.6  模态分析 174

5.2.7  后处理 174

5.2.8  创建谐响应分析项目 176

5.2.9  施加载荷与约束 176

5.2.10  谐响应计算 177

5.2.11  结果后处理 178

5.2.12  保存与退出 179

5.3  谐响应分析实例2——实体模型谐响应

分析 180

5.3.1  问题描述 180

5.3.2  启动Workbench并建立分析项目 180

5.3.3  材料选择 181

5.3.4  施加载荷与约束 181

5.3.5  模态分析 183

5.3.6  后处理 183

5.3.7  谐响应分析设置和求解 185

5.3.8  谐响应计算 186

5.3.9  结果后处理 186

5.3.10  保存与退出 188

5.4  本章小结 188

第6章  响应谱分析案例详解 189

6.1  响应谱分析简介 189

6.1.1  频谱的定义 189

6.1.2  响应谱分析的基本概念 190

6.2  响应谱分析实例1——简单桥梁

响应谱分析 192

6.2.1  问题描述 192

6.2.2  启动Workbench并建立分析项目 193

6.2.3  导入几何体模型 193

6.2.4  静态力学分析 194

6.2.5  添加材料库 194

6.2.6  划分网格 194

6.2.7  施加约束 195

6.2.8  模态分析 197

6.2.9  结果后处理 197

6.2.10  响应谱分析 198

6.2.11  添加加速度谱 199

6.2.12  后处理 199

6.2.13  保存与退出 201

6.3  响应谱分析实例2——建筑物框架

响应谱分析 201

6.3.1  问题描述 201

6.3.2  启动Workbench并建立分析项目 202

6.3.3  导入几何体模型 203

6.3.4  静态力学分析 203

6.3.5  添加材料库 204

6.3.6  划分网格 204

6.3.7  施加约束 205

6.3.8  模态分析 206

6.3.9  结果后处理 206

6.3.10  响应谱分析 207

6.3.11  添加加速度谱 208

6.3.12  后处理 209

6.3.13  保存与退出 210

6.4   本章小结 210

第7章  随机振动分析案例详解 211

7.1  随机振动分析简介 211

7.2  随机振动分析实例1——简单桥梁随机

振动分析 212

7.2.1  问题描述 212

7.2.2  启动Workbench并建立分析项目 213

7.2.3  导入几何体模型 213

7.2.4  静态力学分析 214

7.2.5  添加材料库 214

7.2.6  划分网格 215

7.2.7  施加约束 216

7.2.8  模态分析 217

7.2.9  结果后处理 217

7.2.10  随机振动分析 219

7.2.11  添加加速度谱 219

7.2.12  后处理 220

7.2.13  保存与退出 221

7.3  随机振动分析实例2——建筑物框架随机

振动分析 221

7.3.1  问题描述 222

7.3.2  启动Workbench并建立分析项目 222

7.3.3  导入几何体模型 223

7.3.4  静态力学分析 223

7.3.5  添加材料库 224

7.3.6  划分网格 224

7.3.7  施加约束 225

7.3.8  模态分析 226

7.3.9  结果后处理 226

7.3.10  随机振动分析 227

7.3.11  添加加速度谱 227

7.3.12  后处理 228

7.3.13  保存与退出 229

7.4  本章小结 229

第8章  瞬态动力学分析案例详解 230

8.1  瞬态动力学分析简介 230

8.1.1  瞬态动力学分析 230

8.1.2  瞬态动力学分析基本公式 230

8.2  瞬态动力学分析实例1——蜗轮蜗杆传动

分析 231

8.2.1  问题描述 231

8.2.2  启动Workbench并建立分析项目 231

8.2.3  导入几何体模型 232

8.2.4  瞬态动力学分析参数设置 233

8.2.5  添加材料库 234

8.2.6  划分网格 234

8.2.7  施加约束 234

8.2.8  结果后处理 235

8.2.9  保存与退出 237

8.3  瞬态动力学分析实例2——活塞运动

分析 237

8.3.1  问题描述 237

8.3.2  启动Workbench并建立分析项目 238

8.3.3  导入几何体模型 238

8.3.4  瞬态动力学分析属性设置 239

8.3.5  添加材料库 241

8.3.6  划分网格 242

8.3.7  施加约束 242

8.3.8  结果后处理 243

8.3.9  保存与退出 244

8.4  活塞运动优化分析 245

8.5  本章小结 247

第9章  接触分析案例详解 248

9.1  接触分析简介 248

9.2  静态接触分析实例——铝合金板孔受力

分析 250

9.2.1  问题描述 250

9.2.2  启动Workbench并建立分析项目 250

9.2.3  建立几何体模型 250

9.2.4  添加材料库 252

9.2.5  添加模型材料属性 252

9.2.6  创建接触 252

9.2.7  划分网格 252

9.2.8  施加载荷与约束 254

9.2.9  结果后处理 254

9.2.10  保存与退出 256

9.3   本章小结 256

第10章  显示动力学分析案例详解 257

10.1  显示动力学分析简介 257

10.2  显示动力学分析实例1——钢球撞击

金属网分析 258

10.2.1  问题描述 259

10.2.2  启动Workbench并建立分析

项目 259

10.2.3  启动Workbench LS-DYNA建立

项目 260

10.2.4  材料选择与赋予 260

10.2.5  建立项目分析 261

10.2.6  分析前处理 262

10.2.7  施加载荷 262

10.2.8  结果后处理 264

10.2.9  保存与退出 266

10.3  显示动力学分析实例2——金属块

穿透钢板分析 266

10.3.1  问题描述 266

10.3.2  启动Workbench并建立分析

项目 266

10.3.3  绘制几何模型 267

10.3.4  材料选择 269

10.3.5  显示动力学分析前处理 271

10.3.6  施加约束 272

10.3.7  结果后处理 273

10.3.8  启动AUTODYN软件 274

10.3.9  LS-DYNA计算 276

10.3.10  保存与退出 278

10.4  本章小结 278

第11章  复合材料分析案例详解 279

11.1  复合材料概论 279

11.2  ANSYS ACP模块功能概述 280

11.3  复合材料静力学分析实例——复合板

受力分析 283

11.3.1  问题描述 283

11.3.2  启动Workbench软件 284

11.3.3  静力分析项目 284

11.3.4  定义复合材料数据 285

11.3.5  数据更新 287

11.3.6  ACP复合材料定义 288

11.3.7  有限元计算 293

11.3.8  后处理 294

11.3.9  ACP专业后处理工具 294

11.3.10  保存与退出 296

11.4  本章小结 296

第12章  疲劳分析案例详解 297

12.1  疲劳分析简介 297

12.2  疲劳分析实例——轴疲劳分析 299

12.2.1  问题描述 299

12.2.2  启动Workbench并建立分析

项目 300

12.2.3  导入几何模型 300

12.2.4  添加材料库 300

12.2.5  添加模型材料属性 300

12.2.6  划分网格 301

12.2.7  施加载荷与约束 302

12.2.8  结果后处理 303

12.2.9  添加Fatigue Tool工具 304

12.2.10  疲劳分析 304

12.2.11  保存与退出 306

12.3  本章小结 306

第13章  多体动力学分析案例详解 307

13.1  多体动力学分析简介 307

13.2  多体动力学分析实例——挖掘机臂

运动分析 308

13.2.1  问题描述 308

13.2.2  启动Workbench并建立分析

项目 308

13.2.3  导入几何模型 309

13.2.4  多体动力学分析 309

13.2.5  添加材料库 312

13.2.6  划分网格 312

13.2.7  施加约束 312

13.2.8  结果后处理 314

13.2.9  保存与退出 315

13.3   本章小结 316

第14章  稳态热力学分析案例详解 317

14.1  热力学分析简介 317

14.1.1  热力学分析目的 317

14.1.2  热力学分析 317

14.1.3  基本传热方式 318

14.2  稳态热力学分析实例1——热传递

分析 319

14.2.1  问题描述 319

14.2.2  启动Workbench并建立分析

项目 319

14.2.3  导入几何模型 320

14.2.4  创建分析项目 320

14.2.5  添加材料库 321

14.2.6  添加模型材料属性 322

14.2.7  划分网格 323

14.2.8  施加载荷与约束 323

14.2.9  结果后处理 324

14.2.10  保存与退出 326

14.3  稳态热力学分析实例2——热对流分析 326

14.3.1  问题描述 327

14.3.2  启动Workbench并建立分析

项目 327

14.3.3  导入几何模型 327

14.3.4  创建分析项目 328

14.3.5  添加材料库 328

14.3.6  添加模型材料属性 330

14.3.7  划分网格 330

14.3.8  施加载荷与约束 331

14.3.9  结果后处理 332

14.3.10  保存与退出 333

14.3.11  读者演练 333

14.4  稳态热力学分析实例3——热辐射分析 334

14.4.1  案例介绍 334

14.4.2  启动Workbench并建立分析

项目 334

14.4.3  定义材料参数 334

14.4.4  导入模型 335

14.4.5  划分网格 335

14.4.6  定义荷载 337

14.4.7  后处理 338

14.4.8  保存并退出 340

14.5   本章小结 340

第15章  瞬态热力学分析案例详解 341

15.1  热力学分析简介 341

15.1.1  瞬态热力学分析目的 341

15.1.2  瞬态热力学分析 341

15.2  瞬态热力学分析实例1——散热片瞬态

热学分析 342

15.2.1  问题描述 342

15.2.2  启动Workbench并建立分析

项目 342

15.2.3  创建瞬态热分析 342

15.2.4  施加载荷与约束 343

15.2.5  后处理 343

15.2.6  保存与退出 344

15.3  瞬态热学分析实例2——高温钢球瞬态

热学分析 344

15.3.1  问题描述 344

15.3.2  启动Workbench并建立分析

项目 345

15.3.3  创建瞬态热分析 345

15.3.4  施加载荷与约束 346

15.3.5  后处理 347

15.3.6  保存与退出 348

15.4   本章小结 348

第16章  流体动力学分析案例详解 349

16.1  流体动力学分析简介 349

16.1.1  流体动力学分析 349

16.1.2  CFD基础 352

16.2  流体动力学实例1——CFX内流场

分析 359

16.2.1  问题描述 360

16.2.2  启动Workbench并建立分析

项目 360

16.2.3  创建几何体模型 360

16.2.4  网格划分 361

16.2.5  流体动力学前处理 362

16.2.6  流体计算 364

16.2.7  结果后处理 365

16.3  流体动力学实例2——Fluent流场分析 367

16.3.1  问题描述 367

16.3.2  软件启动与保存 368

16.3.3  导入几何数据文件 368

16.3.4  网格设置 369

16.3.5  进入Fluent平台 371

16.3.6  材料选择 373

16.3.7  设置几何属性 373

16.3.8  流体边界条件 374

16.3.9  求解器设置 375

16.3.10  结果后处理 376

16.3.11  Post后处理 378

16.4  流体动力学实例3——Icepak流场分析 380

16.4.1  问题描述 382

16.4.2  软件启动与保存 382

16.4.3  导入几何数据文件 383

16.4.4  添加Icepak模块 384

16.4.5  求解分析 387

16.4.6  Post后处理 389

16.4.7  静态力学分析 390

16.5  本章小结 392

第17章  电场分析案例详解 393

17.1  电磁场基本理论 393

17.1.1  麦克斯韦方程 393

17.1.2  一般形式的电磁场微分方程 394

17.1.3  电磁场中常见边界条件 395

17.1.4  ANSYS Workbench平台电磁

分析 396

17.1.5  ANSOFT软件电磁分析 396

17.2  Maxwell静态电场分析实例——同轴电缆

电场计算 397

17.2.1  启动Maxwell 16.0并建立分析

项目 398

17.2.2  建立几何模型 398

17.2.3  建立求解器及求解域 400

17.2.4  添加材料 400

17.2.5  边界条件设置 401

17.2.6  求解计算 402

17.2.7  图表显示 403

17.2.8  Workbench平台中加载Maxwell

工程文件 405

17.2.9  保存与退出 405

17.3  Maxwell直流传导分析实例——焊接位置

的电场分析 405

17.3.1  启动Workbench并建立分析

项目 406

17.3.2  几何模型导入 406

17.3.3  建立求解器 407

17.3.4  添加材料 407

17.3.5  边界条件设置 408

17.3.6  求解计算 409

17.3.7  网格划分 409

17.3.8  后处理 410

17.3.9  保存与退出 411

17.4  本章小结 411

第18章  磁场分析案例详解 412

18.1  ANSOFT软件磁场分析 412

18.2  Maxwell静态磁场分析实例——

磁场力计算 413

18.2.1  启动Workbench并建立分析

项目 413

18.2.2  建立几何模型 414

18.2.3  建立求解器及求解域 418

18.2.4  添加材料 419

18.2.5  边界条件设置 419

18.2.6  求解计算 420

18.2.7  参数化扫描 422

18.2.8  保存与退出 423

18.3  Maxwell涡流磁场分析实例——金属块

涡流损耗 424

18.3.1  启动Workbench并建立分析

项目 424

18.3.2  几何模型的导入 425

18.3.3  建立求解器 425

18.3.4  添加材料 426

18.3.5  边界条件设置 426

18.3.6  求解计算 427

18.3.7  损耗计算 429

18.3.8  保存与退出 429

18.4  Maxwell瞬态磁场分析实例——金属块

涡流损耗 430

18.4.1  启动Workbench并建立分析

项目 430

18.4.2  建立求解器 431

18.4.3  建立几何模型 431

18.4.4  添加材料 432

18.4.5  边界条件设置 433

18.4.6  网格划分 434

18.4.7  求解计算 435

18.4.8  图表显示 437

18.4.9  3D图表显示 438

18.4.10  保存与退出 439

18.5   本章小结 439

第19章  多物理场耦合分析案例详解 440

19.1  多物理场耦合分析简介 440

19.1.1  多物理场耦合分析 440

19.1.2  多物理场应用场合 441

19.2  耦合实例1——Maxwell和Mechanical线圈

电磁结构瞬态耦合 442

19.2.1  问题描述 442

19.2.2  软件启动与保存 443

19.2.3  导入几何数据文件 443

19.2.4  求解器与求解域的设置 444

19.2.5  赋予材料属性 444

19.2.6  添加激励 445

19.2.7  模型检查与计算 447

19.2.8  后处理 448

19.2.9  创建电磁分析环境 449

19.2.10  创建力学分析和数据共享 450

19.2.11  材料设置 451

19.2.12  网格划分 452

19.2.13  添加边界条件与映射激励 452

19.2.14  求解计算 454

19.2.15  后处理 454

19.2.16  关闭Workbench平台 455

19.3  耦合实例2——FLUENT和Mechanical

流体结构耦合分析 455

19.3.1  载入工程文件 455

19.3.2  结构力学计算 455

19.3.3  材料设置 457

19.3.4  网格划分 458

19.3.5  添加边界条件与映射激励 458

19.3.6  求解计算 459

19.3.7  后处理 460

19.3.8  读者演练 460

19.4  耦合实例3——Maxwell和Mechanical

线圈电磁结构瞬态耦合 461

19.4.1  问题描述 461

19.4.2  软件启动与保存 461

19.4.3  导入几何数据文件 461

19.4.4  求解器与求解域的设置 462

19.4.5  赋予材料属性 463

19.4.6  添加激励 464

19.4.7  模型检查与计算 466

19.4.8  后处理 467

19.4.9  创建力学分析和数据共享 469

19.4.10  材料设置 470

19.4.11  网格划分 471

19.4.12  添加边界条件与映射激励 471

19.4.13  求解计算 473

19.4.14  后处理 473

19.4.15  关闭Workbench平台 474

19.5  耦合实例4——Maxwell和Icepak电磁

热流耦合 474

19.5.1  问题描述 474

19.5.2  软件启动与保存 475

19.5.3  建立电磁分析 475

19.5.4  几何模型的建立 476

19.5.5  求解域的设置 480

19.5.6  赋予材料属性 480

19.5.7  添加激励 481

19.5.8  分析步创建 482

19.5.9  模型检查与计算 482

19.5.10  后处理 483

19.5.11  创建几何数据共享 484

19.5.12  添加Icepak模块 485

19.5.13  求解分析 488

19.5.14  Post后处理 490

19.6   本章小结 491

附录A  Simplorer电力电子系统仿真模块 492

附录B  ANSYS Workbench平台ACT

模块 496

参考文献 498