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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 14
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 16
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 18
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 19
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
19.2.8 不定振幅载荷应力疲劳分析 254
19.2.9 非比例载荷疲劳分析与流程 255
19.3 应变疲劳流程 255
19.3.1 应变疲劳材料定义 255
19.3.2 平均应力修正 256
19.4 Fatigue Tool疲劳工具分析实例 257
19.4.1 双圆形缺口板状结构应变疲劳分析 257
19.4.2 把手结构非比例载荷应力疲劳分析 259
19.5 本章小结 262
第20章 ANSYS nCode DesignLife疲劳基础 263
20.1 ANSYS nCode DesignLife与Workbench平台 263
20.2 ANSYS nCode DesignLife标准5框图 263
20.2.1 FE_Input设置 264
20.2.2 Material Mapping设置 265
20.2.3 Load Mapping设置 266
20.2.4 Analysis Engine设置 267
20.2.5 Fatigue_Results_Display设置 268
20.3 预定义nCode疲劳分析流程 269
20.4 nCode应力疲劳分析实例 269
20.4.1 连杆结构应力疲劳分析 269
20.4.2 某减震钢片随机振动疲劳分析 274
20.4.3 托架结构焊缝疲劳分析 276
20.5 本章小结 279
第21章 多物理耦合场分析 280
21.1 Workbench多物理耦合场分析简介 280
21.2 多物理耦合分析实例 281
21.2.1 城墙稳态热结构耦合分析 281
21.2.2 镜筒热形变瞬态顺序耦合分析 282
21.2.3 基于ACT的压电梁静力学分析 285
21.2.4 三通管热流固耦合分析 287
21.2.5 基于ACT的泊车位移传感器测距分析 296
21.3 本章小结 299
第22章 优化工具Design Exploration 300
22.1 Design Exploration优化工具概述 300
22.2 Design Exploration分析流程 300
22.2.1 参数定义与参数设置Parameter Set 301
22.2.2 实验设计法DOE（Design of Experiments） 303
22.2.3 参数关联性（Parameter Correlation） 304
22.2.4 响应面（Response Surface） 305
22.2.5 Optimization（优化） 306
22.2.6 Six Sigma分析 308
22.3 Design Exploration优化分析实例 309
22.3.1 吊钩结构响应面优化分析 309
22.3.2 承载钢片6_sigma可靠性分析 313
22.4 本章小结 317
第23章 拓扑优化 318
23.1 ANSYS拓扑优化简述 318
23.2 Shape Optimization（Beta）优化实例 318
基于Shape Optimization自行车车架拓扑优化 318
23.3 Ansys Topology Optimization（ACT）拓扑优化实例 320
23.3.1 基于ANSYS Shape Optimization（ACT）自行车车架拓扑优化 320
23.3.2 基于ANSYS Shape Optimization（ACT）机械臂拓扑优化 321
23.4 本章小结 323
参考文献 324
研小埠
ANSYS仿真集训营
