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第1部分 ANSYS基础1

第1章 ANSYS 12.0结构有限元分析概述2

1.1 ANSYS 12.0软件介绍2

1.1.1 ANSYS发展过程3

1.1.2 ANSYS软件功能介绍3

1.1.3 ANSYS 12.0的创新之处6

1.2　ANSYS 12.0的启动与退出9

1.2.1 ANSYS 12.0的启动9

1.2.2 ANSYS 12.0的退出11

1.3 ANSYS 12.0操作界面与常用菜单12

1.3.1 ANSYS 12.0操作界面及输出窗口12

1.3.2 ANSYS 12.0应用菜单13

1.3.3 ANSYS 12.0主菜单13

1.3.4 ANSYS 12.0其他窗口14

1.3.5 ANSYS 12.0对话框14

1.3.6 ANSYS 12.0帮助菜单14

1.4 ANSYS 12.0文件系统与文件操作16

1.4.1 ANSYS文件类型16

1.4.2 ANSYS文件的存储与恢复19

1.4.3 读入ANSYS文件19

1.4.4 写出ANSYS文件20

1.4.5 导入导出几何文件21

1.5 ANSYS 12.0结构有限元分析21

1.5.1 有限元分析的基本思想21

1.5.2 ANSYS 12.0结构有限元分析概述22

1.5.3 ANSYS 12.0结构有限元分析过程22

1.6 ANSYS结构有限元分析初体验：两杆桁架静力分析25

1.6.1 问题描述与分析25

1.6.2 求解过程26

1.7 小结34

第2章 几何建模与网格划分35

2.1 有限元模型建立概述35

2.1.1 典型步骤35

2.1.2 基本方法36

2.2 ANSYS坐标系与工作平面37

2.2.1 坐标系及操作37

2.2.2　工作平面及使用41

2.3　自底向上建模44

2.3.1　定义关键点及操作45

2.3.2　定义线及操作46

2.3.3　定义面及操作47

2.3.4　定义体及操作48

2.4　自顶向下建模48

2.4.1　面对象的建立48

2.4.2　体对象的建立51

2.5　布尔运算与模型修改54

2.5.1　布尔运算54

2.5.2　模型修改56

2.6　网格属性与划分控制58

2.6.1 定义单元类型及属性58

2.6.2　网格划分工具59

2.6.3　Smartsize网格划分控制61

2.6.4　尺寸与形状控制62

2.7 自由网格与映射网格64

2.7.1 自由网格划分65

2.7.2　映射网格划分66

2.8 小结69

第3章　施加载荷与求解过程70

3.1　载荷与载荷步70

3.1.1　载荷的分类70

3.1.2　载荷步、子步与平衡迭代71

3.1.3　跟踪中时间的作用72

3.1.4　阶跃载荷与斜坡载荷72

3.2　载荷的施加73

3.2.1 位移约束73

3.2.2　集中载荷79

3.2.3　表面载荷82

3.2.4　体载荷87

3.3　载荷步选项与多步载荷的创建89

3.3.1　载荷步选项89

3.3.2　创建多载荷步91

3.4　求解92

3.4.1　求解器选择93

3.4.2　求解94

3.5　小结97

第4章　结果后处理98

4.1　后处理求解器简介98

4.2　通用后处理器（POST1）99

4.2.1　图形显示结果100

4.2.2　单元表106

4.2.3　列表显示结果107

4.2.4　路径操作110

4.2.5　动画显示结果113

4.2.6　载荷工况115

4.2.7　通用后处理器的其他应用117

4.3　时间历程后处理器（POST26）119

4.3.1　变量定义与存储120

4.3.2　变量操作与查看122

4.3.3　结果图形显示与列表123

4.4　小结127

第5章 APDL编程语言128

5.1　APDL语言概述128

5.2　参数与变量参数的用法129

5.2.1　参数与变量参数的命名规则129

5.2.2　变量参数的使用方法130

5.3　数组参数的用法139

5.3.1　数组参数概述139

5.3.2　数组参数的定义140

5.3.3　数组参数的赋值141

5.3.4　数组参数的运算147

5.3.5　矢量和矩阵运算设置152

5.4　APDL程序结构153

5.4.1 子程序调用（宏嵌套）154

5.4.2　无条件分支＊GO154

5.4.3　条件分支＊IF155

5.4.4　重复执行一个命令＊REPEAT156

5.4.5　循环命令＊DO157

5.4.6　控制函数列表157

5.5　宏文件158

5.5.1 宏的创建159

5.5.2　宏的使用161

5.5.3　局部变量163

5.6　小结164

第2部分　ANSYS结构有限元分析基本过程165

第6章　ANSYS杆系结构有限元分析166

6.1　杆系结构有限元分析基本过程166

6.1.1　基本假定167

6.1.2　单元刚度矩阵167

6.1.3　结构总刚度矩阵169

6.1.4　边界条件169

6.1.5　杆件内力169

6.2　ANSYS中提供的杆单元简介169

6.2.1　LINK1单元特性简介170

6.2.2 LINK8单元特性简介172

6.2.3 LINK10单元特性简介173

6.3　杆系结构有限元分析实例详解1：传输塔架的静力分析175

6.3.1　问题描述与分析175

6.3.2　求解过程176

6.4　杆系结构有限元分析实例详解2：立体桁架的静力分析188

6.4.1 问题描述与分析188

6.4.2　求解过程189

6.4.3　命令流201

6.5 小结205

第7章　ANSYS梁系结构有限元分析206

7.1　梁系结构有限元分析基本过程206

7.1.1　基本假定206

7.1.2　单元刚度矩阵206

7.1.3　结构总体刚度矩阵208

7.1.4　边界条件及求解208

7.1.5　空间梁系结构的单元刚度矩阵及坐标变换矩阵209

7.2　ANSYS中提供的梁单元简介209

7.2.1 BEAM3单元特性简介210

7.2.2 BEAM4单元特性简介213

7.2.3 BEAM188和BEAM189单元特性简介219

7.3　梁系结构有限元分析实例详解1：多跨连续梁静力分析219

7.3.1 问题描述与分析220

7.3.2　求解过程220

7.3.3　命令流236

7.4　梁系结构有限元分析实例详解2：门式钢架静力分析238

7.4.1 问题描述与分析238

7.4.2　求解过程238

7.4.3　命令流253

7.5　小结255

第8章 ANSYS板壳结构有限元分析256

8.1 板壳结构有限元分析基本过程256

8.1.1 弹性平面问题有限元分析基本思想256

8.1.2　平面问题的离散化过程257

8.1.3　单元刚度分析和结构整体分析258

8.2　ANSYS中提供的板壳单元简介258

8.2.1　PLANE42单元特性简介258

8.2.2 PLANE82单元特性简介261

8.2.3 SHELL63单元特性简介262

8.2.4 SHELL93单元特性简介262

8.3 板结构有限元分析实例详解1：带孔平板结构静力分析265

8.3.1 问题描述与分析265

8.3.2 求解过程265

8.3.3 命令流277

8.4 壳结构有限元分析实例详解2：混凝土圆柱壳结构静力分析277

8.4.1　问题描述与分析277

8.4.2　求解过程278

8.4.3　命令流290

8.5　小结291

第9章 ANSYS实体结构有限元分析292

9.1 实体结构有限元分析基本过程292

9.1.1 网格划分292

9.1.2　单元分析293

9.1.3　整体分析293

9.2　ANSYS中提供的实体单元简介294

9.2.1 SOLID45单元特性简介294

9.2.2 SOLID65单元特性简介294

9.2.3 SOLID92单元特性简介295

9.3　实体结构有限元分析实例详解1：立体钢架的静力分析296

9.3.1　问题描述与分析296

9.3.2　求解过程297

9.4　实体结构有限元分析实例详解2：轴承座的静力分析313

9.4.1 问题描述与分析313

9.4.2　求解过程314

9.5　小结336

第3部分 ANSYS高级分析实例详解337

第10章 ANSYS结构动力学分析338

10.1　结构动力学分析概述338

10.2　模态分析及实例详解339

10.2.1　模态分析理论的基本假设339

10.2.2　模态分析方法339

10.2.3　模态分析过程340

10.2.4　模态分析实例详解：立体桁架结构模态分析343

10.3　谐响应分析及实例详解355

10.3.1　谐响应分析的定义及应用355

10.3.2　谐响应分析方法356

10.3.3　谐响应分析步骤357

10.3.4　谐响应分析实例详解：两自由度系统谐响应分析359

10.4　瞬态分析及实例详解367

10.4.1　瞬态分析的含义和应用367

10.4.2　瞬态分析求解方法368

10.4.3　瞬态分析求解步骤369

10.4.4　瞬态分析实例：移动载荷作用下斜拉悬臂梁结构的瞬态响应分析370

10.5　谱分析及实例详解377

10.5.1 谱分析的含义和应用377

10.5.2　谱分析的类型及方法377

10.5.3　响应谱分析378

10.5.4　谱分析实例：地震位移谱作用下三角平台结构响应分析380

10.6　小结389

第11章　ANSYS结构非线性分析390

11.1　结构非线性分析的基本过程390

11.1.1 结构非线性分析概述390

11.1.2　几何非线性391

11.1.3　材料非线性391

11.1.4 状态非线性391

11.1.5　非线性分析在ANSYS中的实现392

11.1.6　非线性分析的基本过程393

11.2　几何非线性有限元分析实例详解1：细长杆失稳分析396

11.2.1 问题描述396

11.2.2　问题分析396

11.2.3　求解步骤397

11.2.4　命令流406

11.3　材料非线性有限元分析实例详解：橡胶圆筒受压分析407

11.3.1 问题描述408

11.3.2　问题分析408

11.3.3　求解步骤408

11.3.4　命令流417

11.4　小结418

第12章　ANSYS结构稳定性分析419

12.1　结构稳定性分析的基本概念419

12.1.1　特征值屈曲分析419

12.1.2　非线性屈曲分析420

12.2　实例详解1：悬臂梁受压线性屈曲分析420

12.2.1　问题描述与分析420

12.2.2　求解过程（GUI方法）421

12.2.3 命令流429

12.3　实例详解2：复合材料圆柱壳非线性屈曲分析430

12.3.1　问题描述与分析430

12.3.2　求解过程（GUI方法）430

12.3.3 命令流440

12.4　小结442

第4部分　ANSYS工程应用实战演练443

第13章　ANSYS在复合材料结构中的应用444

13.1　ANSYS中提供的复合材料单元简介444

13.1.1　SHELL99——线性层状结构壳单元444

13.1.2 SHELL91——非线性层状结构壳单元444

13.1.3 SHELL181——有限应变壳单元445

13.1.4 SOLID46——三维层状结构体单元445

13.1.5 SOLID191——层状结构体单元445

13.1.6　其他可用于复合材料分析的单元445

13.2　复合材料结构有限元分析基本过程446

13.2.1　定义材料的叠层结构446

13.2.2　定义失效准则449

13.2.3　建模和后处理规则449

13.3　复合材料结构分析实例详解1：复合材料梁弯曲分析451

13.3.1　问题描述与分析451

13.3.2　GUI图形化求解过程452

13.3.3　APDL命令流求解过程462

13.4　复合材料结构分析实例详解2：复合材料四边简支板模态分析464

13.4.1　问题描述与分析464

13.4.2　GUI图形化求解过程465

13.4.3　命令流474

13.5　小结475

第14章　ANSYS在机械工程中的应用476

14.1 有限元分析实例详解1：扳手的静力分析477

14.1.1　问题描述与分析477

14.1.2　求解过程477

14.1.3　命令流487

14.2　有限元分析实例详解2：壳体零件的静力分析489

14.2.1　问题描述与分析490

14.2.2　求解过程490

14.3 有限元分析实例详解3：支架零件模态分析495

14.3.1　问题描述与分析495

14.3.2　求解过程496

14.4　有限元分析实例详解4：电机支架的拓扑结构优化设计502

14.4.1 问题描述与分析502

14.4.2 电机支架拓扑结构优化设计502

14.4.3　优化后电机支架的静力分析506

14.5　小结511

第15章 ANSYS在土木工程中的应用512

15.1 实例详解1：椭圆型双层网壳结构静力分析512

15.1.1 问题描述与分析512

15.1.2　求解过程513

15.1.3　命令流522

15.2　实例详解2：空间张弦梁结构设计分析525

15.2.1 问题描述与分析525

15.2.2　求解过程525

15.2.3　命令流539

15.3 实例详解3：空腹梁楼盖组合结构模态分析544

15.3.1 问题描述与分析544

15.3.2　求解过程544

15.3.3　命令流553

15.4　实例详解4：悬链面薄膜结构找形分析555

15.4.1 问题描述与分析556

15.4.2　求解过程558

15.4.3　命令流566

15.5　小结567

附录A　ANSYS结构分析常用命令参考568

附录B ANSYS结构分析常用单元总结586

参考文献587