ANSYS Workbench 14.0建模仿真技术及实例详解.pdf

ANSYS Workbench 14.0建模仿真技术及实例详解.pdf
 

书籍描述

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《ANSYS Workbench 14.0建模仿真技术及实例详解》由袁越锦等编著的《ANSYSWorkbench14.0建模仿真技术及实例详解》一书从实际应用角度出发,通过大量的原创性实例分析,向读者详细讲解了ANSYSWorkbench14.0建模仿真技术及应用方法。《ANSYS Workbench 14.0建模仿真技术及实例详解》内容丰富,覆盖面广,可为读者提供良好的应用参考。

目录
第1章绪论/1
1 1CAE软件简介1
1 1 1应用状况2
1 1 2CAE重要性4
1 2有限元法简介4
1 2 1有限元法的基本思想5
1 2 2有限元法特点5
1 3ANSYS软件介绍6
1 3 1ANSYS软件的发展7
1 3 2ANSYS软件的主要功能7
1 4ANSYSWorkbench概述8
1 4 1ANSYSWorkbench架构8
1 4 2多物理场分析模式9
1 4 3项目级仿真参数管理9
1 4 4Workbench应用模块9
1 4 5Workbench应用方式10
1 4 6ANSYSWorkbench软件的特点10
1 5ANSYSWorkbench分析的基本过程12
1 5 1前处理12
1 5 2加载并求解13
1 5 3后处理13
1 6系统要求14
1 7Workbench14 0基本操作界面14
1 7 1启动ANSYSWorkbench14
1 7 2ANSYSWorkbench的主界面16
1 8Workbench项目管理19
1 8 1复制及删除项目19
1 8 2关联项目19
1 8 3项目管理操作案例21
1 8 4设置项属性22
1 9Workbench文件管理22
结构22
1 9 2快速生成压缩文件23
1 10运用ANSYSWorkbench的第一个简单实例24
1 10 1实例介绍24
1 10 2启动ANSYSWorkbench并建立分析项目25
1 10 3导入创建的几何体26
1 10 4添加材料库28
1 10 5添加模型材料属性30
1 10 6划分网格31
1 10 7施加载荷与约束32
1 10 8结果后处理34
1 10 9保存与退出37
第2章DesignModeler建模/40
2 1概述40
2 2建模实例43
2 2 1草图实例43
2 2 2三维几何建模实例48
2 2 3高级三维几何建模实例54
2 2 4概念建模实例57
2 2 5参数化建模实例61
第3章ANSYSWorkbench前处理/69
3 1概述69
3 2导入外部CAD文件69
3 2 1非关联性导入文件69
3 2 2关联性导入文件70
3 2 3导入定位70
3 2 4创建场域几何体70
3 3材料参数输入控制70
3 3 1进入EngineeringData应用程序70
3 3 2材料库71
3 3 3添加材料72
3 3 4添加材料属性73
3 4Workbench划分网格74
3 4 1网格划分平台74
3 4 2网格参数设置76
3 4 3局部网格控制85
3 4 4几种3D网格划分方法介绍87
3 5施加载荷和约束93
3 5 1施加载荷93
3 5 2施加约束95
3 6模型求解96
3 7结果后处理98
3 7 1结果显示98
3 7 2变形显示98
3 7 3应力和应变99
3 7 4接触结果100
3 7 5自定义结果显示101
3 8网格划分案例102
第4章结构静力分析实例/112
4 1概述112
4 2圆孔应力集中问题113
4 2 1问题描述113
4 2 2启动Workbench建立承拉板模型113
4 2 3模型的网格及边界条件定义116
4 2 4应力计算及结果输出120
4 3固支梁弯曲问题实例122
4 3 1问题阐述122
4 3 2固支梁模型的建立122
4 3 3网格划分及边界条件的定义124
4 4螺栓的连接问题实例127
4 4 1问题阐述127
4 4 2模型的建立或导入127
4 5圆柱体镦粗问题133
4 5 1问题阐述133
4 5 2有镦粗模型的建立及导入133
4 5 3网格划分及边界条件定义134
4 6车床装配体整体受力分析137
4 6 1问题阐述137
4 6 2模型导入及材料定义137
第5章动力学分析实例/142
5 1概述142
5 2车轮的模态分析142
5 2 1问题描述142
5 2 2模型导入及材料定义142
5 2 3有限元网格的划分143
5 2 4模态分析属性设定及求解144
5 2 5车轮模态分析结果145
5 3车轮瞬态动力学分析147
5 3 1瞬态动力学分析概述147
5 3 2问题阐述147
5 3 3模型项目共享处理及材料定义147
5 3 4添加动态力载荷148
5 3 5输出设定150
第6章优化设计实例/153
6 1概述153
6 1 1定义参数154
6 1 2ANSYS优化方法154
6 1 3DesignExplorer项目154
6 1 4DesignExplorer操作界面155
6 2支架拓扑优化设计156
6 2 1问题描述156
6 2 2项目概图156
6 2 3导入几何模型158
6 2 4前处理158
6 2 5求解结果161
6 3支架参数优化设计163
6 3 1问题描述164
6 3 2启动Workbench并建立分析项目164
6 3 3导入几何体165
6 3 4添加材料库167
6 3 5添加模型材料属性170
6 3 6划分网格170
6 3 7施加约束和载荷172
6 3 8结果后处理172
6 3 9求解结果174
6 3 10观察优化参数175
6 3 11响应曲面180
6 3 12观察新设计点的结果185
第7章疲劳分析实例/187
7 1疲劳分析简介187
7 2疲劳分析的基本理论188
7 2 1静疲劳理论188
7 2 2振动疲劳理论188
7 2 3疲劳寿命188
7 2 4疲劳抗力曲线(SN曲线)189
7 2 5恒定振幅载荷189
7 2 6成比例载荷190
7 2 7应力定义190
7 3ANSYSWorkbench疲劳分析的基本组成190
7 3 1疲劳分析的步骤190
7 3 2材料特性190
7 3 3接触区域191
7 3 4载荷与支撑191
7 3 5设定需要的结果191
7 4FatigueTool模块的组成与运用191
7 4 1载荷类型191
7 4 2平均应力影响192
7 4 3强度因子192
7 4 4应力分析192
7 4 5求解疲劳分析193
7 4 6查看疲劳结果193
7 5不稳定振幅的疲劳分析194
7 5 1不规律载荷的历程和循环(HistoryandCycles)194
7 5 2不定振幅程序194
7 5 3定义相关194
7 5 4查看疲劳结果195
7 6非比例载荷的疲劳分析196
7 6 1建立两个载荷环境(twoLoadingEnvironments)196
7 6 2从模型分支条下增加一个求解组合(SolutionCombination)196
7 6 3求解组合(SolutionCombination)添加FatigueTool197
7 6 4(定义)所需的其他结果并求解197
7 7实例:单向加筋板模型的疲劳分析197
7 7 1问题描述197
7 7 2启动Workbench并建立分析项目198
7 7 3导入创建的几何体198
7 7 4添加材料库200
7 7 5添加模型材料属性202
7 7 6划分网格203
7 7 7施加载荷与约束205
7 7 8结果后处理(设置求解项)208
7 7 9求解并显示求解结果210
7 7 10保存和退出212
第8章热分析实例/214
8 1传热概述214
8 1 1传热方式215
8 1 2热分析类型215
8 1 3非线性热分析216
8 1 4边界条件或初始条件216
8 2热分析流程216
8 2 1几何模型217
8 2 2实体接触217
8 2 3导热率218
8 2 4施加载荷218
8 2 5热边界条件219
8 2 6热应力分析219
8 2 7结果后处理220
8 3热分析实例1——齿轮泵基座221
8 3 1问题描述221
8 3 2项目概图221
8 3 3前处理222
8 3 4结果后处理226
8 4热分析实例2——汽缸盖228
8 4 1问题描述228
8 4 2项目概图228
8 4 3前处理228
8 4 4结果后处理233
8 4 5热应变分析235
第9章电磁场分析实例/237
9 1多物理场耦合分析简介237
9 2案例——四分裂导线电磁结构耦合分析238
9 2 1问题描述238
9 2 2建立电磁分析与数据读取238
9 2 3求解器与求解域的设置240
9 2 4赋予材料属性241
9 2 5添加激励242
9 2 6网格化分与分析步创建242
9 2 7模型检查与计算244
9 2 8创建力学分析和数据共享244
9 2 9材料设定245
9 2 10网格化分246
9 2 11添加边界条件与映射激励248
9 2 12后处理249
第10章计算流体动力学分析/250
10 1计算流体动力学概述250
10 1 1什么是计算流体动力学250
10 1 2计算流体动力学特点251
10 1 3计算流体动力学的应用领域251
10 2常用的CFD商用软件252
10 2 1FLUENT252
10 2 2CFX253
10 3流体动力学控制方程254
10 3 1质量守恒方程254
10 3 2动量守恒方程255
10 3 3能量守恒方程255
10 4CFD中的三维湍流模型256
10 4 1湍流流动的特性256
10 4 2标准kε两方程模型257
10 5流体动力学分析流程257
10 6基于Fluent的机翼机体流体动力学分析258
10 6 1案例介绍258
10 6 2启动Workbench并建立分析项目259
10 6 3导入几何体260
10 6 4划分网格263
10 6 5网格检查与处理268
10 6 6设置物理模型和材料271
10 6 7设置操作环境和边界条件273
10 6 8设置求解方法和控制参数274
10 6 9设置监视窗口和初始化276
10 6 10求解和退出281
10 6 11计算结果的后处理282
10 6 12保存与退出292
10 7基于Fluent的消防栓水枪头流体动力学分析292
10 7 1案例介绍293
10 7 2启动Workbench并建立分析项目(Fluent)293
10 7 3导入几何体294
10 7 4划分网格298
10 7 5网格检查与处理306
10 7 6设置物理模型和材料309
10 7 7设置操作环境和边界条件310
10 7 8设置求解方法和控制参数314
10 7 9设置监视窗口和初始化316
10 7 10求解和退出318
10 7 11计算结果的后处理319
10 7 12保存和退出329
10 8基于CFX的消防栓水枪头流体动力学分析330
10 8 1建立分析项目330
10 8 2划分网格332
10 8 3设置分析类型335
10 8 4设置流体区域参数336
10 8 5设置边界条件337
10 8 6设置求解器340
10 8 7设置输出控制341
10 8 8运行求解器341
10 8 9计算结果的后处理343
10 8 10保存和退出345
参考文献347

序言
面对制造业信息化大潮,ANSYS公司于2002年推出了新一代协同仿真产品研发平台Workbench,该平台不但继承了ANSYS经典平台(ANSYSClassic)在有限元仿真分析上的所有功能,而且融入了PRO/E、UG等CAD软件强大的几何建模功能和ISIGHT、BOSS等优化软件在优化设计方面的优势,真正实现了集产品设计、仿真和优化功能于一身,可以帮助技术人员在同一软件环境下完成产品研发过程中的所有工作,从而大大简化了产品开发流程,加快了上市周期。十多年来,ANSYS公司兼并了CFX和FLUENT等许多优秀软件而成为全球CAE界的巨无霸。目前,ANSYS公司的最新版Workbench140所提供的CAD双向参数链接互动、项目数据自动更新、全面的参数管理、无缝集成的优化设计工具等功能,使其在仿真驱动产品设计分析方面达到了前所未有的高度。同时,ANSYSWorkbench140具有强大结构、流体、热、电磁及其相互耦合分析的功能。作为业界最领先的工程仿真技术集成平台,Workbench140提供了全新的“项目视图”功能,将整个仿真流程更加紧密地组合在一起,通过简单的拖曳操作即可完成复杂的多物理场分析流程。
本书正是以该软件的最新版本ANSYSWorkbench140为操作平台,以案例教学模式为思路而精心编写的。本书每一章的编写都根据软件实际应用的步骤,由浅入深、图文并茂地介绍其具体的使用方法和操作技巧,并引入实例详解其操作过程,旨在使读者熟练掌握每个模块的操作步骤,最终能够独立完成较为复杂的ANSYSWorkbench建模与仿真技术工作。
全书共分为10章,各章具体内容简单介绍如下。
第1章绪论。本章对CAE软件、有限元法和ANSYSWorkbench140的新亮点进行了简单介绍,对Workbench的分析基本过程、启动方式及其操作界面等进行了详细讲解。目的是使读者初步了解该软件,为后面各章节知识的学习打下基础。
第2章DesignModeller建模。本章主要讲解如何在ANSYSWorkbench中建模,包括草图建模、三维几何建模、高级三维几何建模、概念建模以及参数化建模,通过操作实例,使读者能够更好的掌握并应用建模知识,为后面进行有限元分析打下坚实的基础。
第3章ANSYSWorkbench前处理。本章介绍了Workbench中CAD模型导入,网格划分以及Mechanical的工作环境、前处理等内容,重点讲解了如何对模型进行网格划分、如何在模型中施加载荷及约束、如何进行结果后处理等内容。
第4章结构静力分析实例。本章介绍了结构静力学分析的内容,并通过实例讲解了常见的静力学分析,读者在本章学习后应主要掌握Workbench140中材料的定义、网格的划分、约束和载荷的设定、输出结果的设定等相关内容,详细掌握网格细化、接触关系类型及定义、远程力的加载、位移载荷的加载、零部件的隐藏操作等内容。
第5章动力学分析实例。本章中介绍了车轮的模态分析和瞬态分析两个实例,详细的讲解了Workbench140中的模态分析模块和随即响应模块的应用,对于其中的模型导入、载荷设定、输出参数设置、后处理结果中的数据分析等应重点掌握。
第6章优化设计实例。本章介绍了优化设计的基本知识,讲解了如何通过ANSYSWorkbench对模型进行优化设计,并通过具体实例——支架的优化设计对操作过程进行详细的介绍。
第7章疲劳分析实例。本章首先对疲劳分析及其相关理论做了介绍,接着讲解了关于ANSYSWorkbench用于疲劳分析的原理,最后通过对一个简单实例的操作过程的讲解具体介绍了疲劳分析的步骤。
第8章热分析实例。本章介绍了热力学分析的基本知识,讲解了热力学分析的基本过程,给出了热力学分析的两个典型实例——齿轮泵基座和汽缸盖的热分析。
第9章电磁场分析实例。本章主要介绍ANSYSWorkbench140与AnsoftMaxwell150的单向耦合分析功能。讲解通过AnsoftMaxwell软件计算通有电流的四分裂导线的磁场,磁场与电流互相作用产生磁场力,然后将磁场力结果映射到Workbench模型中,进行静力分析。
第10章计算流体动力学分析。本章介绍了流体动力学的基本知识,讲解了流体动力学问题分析的基本过程,给出了流体动力学问题分析的两个典型实例——基于Fluent的机翼机体流体动力学分析和基于Fluent、CFX的消防栓水枪头流体动力学分析。
本书可供从事产品设计、仿真与优化的工程技术人员和广大CAE爱好者学习参考,也可作为机械、化工、能源、电子通信、工程力学、航空航天等专业的高年级本科生、研究生和教师的参考书、教学用书和实验指导书。
本书由袁越锦、徐英英、张艳华编著,其中,第1~3、9、10章由袁越锦编写,第4、5章由张艳华编写,第6~8章由徐英英编写。另外,感谢聂俊男、赵哲、陈原在本书编写过程中提供的帮助。
由于编者水平所限,书中不妥之处在所难免,敬请广大读者和专家批评指正。


编者

内容简介
《ANSYS Workbench 14.0建模仿真技术及实例详解》从实用角度出发,通过大量的实例分析,向读者详细讲解了ANSYSWorkbench140建模仿真技术及应用方法。主要内容包括:ANSYSWorkbench基础知识、DesignModeller建模、ANSYSWorkbench前处理、结构静力分析实例、动力学分析实例、优化设计实例、疲劳分析实例、热分析实例、电磁场分析实例、计算流体动力学分析等。
《ANSYS Workbench 14.0建模仿真技术及实例详解》每一章的编写都根据软件实际应用的步骤,由浅入深、图文并茂地介绍其具体的使用方法和操作技巧,并引入实例详解其操作过程,旨在使读者熟练掌握每个模块的操作步骤,最终能够独立完成较为复杂的ANSYSWorkbench建模与仿真工作。
《ANSYS Workbench 14.0建模仿真技术及实例详解》可供从事产品设计、仿真与优化的工程技术人员和广大CAE爱好者学习参考,也可作为机械、化工、能源、电子通信、工程力学、航空航天等专业的高年级本科生、研究生和教师的参考书、教学用书和实验指导书。

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