本书采用GUI界面操作与APDL命令相互对照的方式，从基础知识、专题技术两个层面详细地阐述ANSYS 18.0有限元软件的使用方法和技巧。本书自始至终采用实例作引导，内容系统完整，且每章又相对独立，是一本简明的ANSYS读本。 全书分为基础知识和专题技术两部分，共22章。基础知识部分（第1～7章），讲解了使用ANSYS进行有限元分析的基本流程与方法、ANSYS建模、网格划分、边界条件定义、求解、后处理等知识；专题技术部分（第8～22章），根据工程应用的实际经验，介绍大量高级应用知识，包括ANSYS结构静力学分析、模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析、谱分析、稳态热分析、瞬态热分析、电磁场分析、多物理场耦合分析、几何非线性分析、接触问题、“生死”单元技术、复合材料分析、薄膜结构分析、参数化与优化设计等。 本书以实用为宗旨，深入浅出，实例引导，讲解翔实，适合作为理工科高等院校本科生、研究生的教学用书，也可作为广大科研工程技术人员的技术参考书。

前 言 ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，由世界著名的有限元分析软件公司—美国ANSYS公司开发，它能与大多数CAD软件接口实现数据共享和交换，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。 ANSYS软件不断吸收当今世界最新的计算方法与计算机技术，引领世界有限元技术发展的潮流，凭借其强大的功能，可靠的质量，赢得了全球工业界的广泛赞赏，尤其得到各行业CAE用户的认可，在航空航天、铁路运输、石油化工、机械制造、能源、汽车、电子、土木工程、船舶、生物医学、轻工、矿产、水利等领域得到了广泛应用，为各领域的科学研究与工程应用的发展起到了巨大的推动作用。 1．本书特点 由浅入深，循序渐进。本书以初中级读者为对象，首先从ANSYS基础讲起，再辅以ANSYS在工程中的应用案例，帮助读者尽快掌握ANSYS进行有限元分析的技能。 步骤详尽，内容新颖。本书结合作者多年ANSYS的使用经验和实际工程应用案例，将ANSYS软件的使用方法与技巧详细地讲解给读者。本书在讲解过程中步骤详尽、内容新颖，讲解过程辅以相应的图片，使读者在阅读时一目了然，从而快速掌握书中所讲内容。 实例典型，轻松易学。通过学习实际工程应用案例的具体操作是掌握ANSYS最好的方式，本书通过综合应用案例，透彻详尽地讲解了ANSYS在各方面的应用。 版本最新，质量保证。本书在上一版的基础上，为适应新版本要求进行了版本升级，在结构上进行了局部调整，对原书中存在的错误进行了改正，对模型及程序重新进行了仿真计算校核，提高了图书质量。 2．本书内容 本书基于ANSYS 18.0版，讲解ANSYS的基础知识和核心应用内容。本书内容分为两个部分：基础知识部分和专题技术部分。 第一部分：基础知识。第1～7章，主要介绍ANSYS的基础知识，包括ANSYS的基本操作、APDL应用、实体建模、网格划分、加载、求解和后处理等内容。 第1章 绪论 第2章 APDL基础应用 第3章 实体建模 第4章 划分网格 第5章 加载 第6章 求解 第7章 后处理 第二部分：专题技术，即案例应用分析部分。第8～22章，主要从ANSYS所能求解的实际物理问题入手，给出其具体的计算案例。 第8章 结构静力分析 第9章 模态分析 第10章 谐响应分析 第11章 瞬态动力学分析 第12章 谱分析 第13章 热分析 第14章 电磁场分析 第15章 多物理场耦合分析 第16章 非线性静力分析 第17章 接触问题 第18章 “生死”单元 第19章 复合材料分析 第20章 机械零件分析 第21章 薄膜结构分析 第22章 参数化设计与优化设计 3．读者对象 本书适合ANSYS初学者和期望提高矩阵运算及建模仿真工程应用能力的读者，具体包括如下。 ? 相关工程技术从业人员 ? 初学ANSYS的技术人员 ? 广大科研工作人员 ? 相关培训机构的教师和学员 ? 大中专院校教师和学生 ? ANSYS爱好者 4．本书作者 本书主要由曹渊编写，另外，参与本书编写的还有张明明、吴光中、魏鑫、石良臣、刘冰、林晓阳、唐家鹏、丁金滨、王菁、吴永福、张小勇、温正、李昕、刘成柱、乔建军、张迪妮、张岩、温光英、郭海霞、王芳、陈艳霞。虽然作者在编写过程中力求叙述准确、完善，但由于水平有限，书中欠妥之处，请读者朋友及各位同行批评指正，我们将不甚感激。 5．读者服务 为了方便解决本书疑难问题，读者在学习过程中如遇到与本书有关的技术问题，可以发邮件到邮箱caxbook@126.com，或访问作者博客http://blog.sina.com.cn/caxbook，我们将尽快给予解答，竭诚为您服务。 注：本书配套的工程案例文件，可在作者博客中下载，或到华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn），找到本书页面，即可下载，或与本书作者和编辑联系。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　编 者

目 录 第一部分 基础知识 第1章 绪论 1 1.1 有限元法概述 1 1.1.1 有限元法分析过程 1 1.1.2 有限元的方法和理论手段 3 1.2 ANSYS 18.0简介 4 1.2.1 ANSYS启动与退出 4 1.2.2 ANSYS操作界面 4 1.2.3 ANSYS文件管理 7 1.2.4 ANSYS分析流程 8 1.2.5 分析实例入门 9 1.3 本章小结 14 第2章 APDL基础应用 15 2.1 APDL参数 15 2.1.1 参数的概念与类型 15 2.1.2 参数命名规则 16 2.1.3 参数的定义与复制操作 16 2.1.4 参数的删除操作 17 2.1.5 数组参数 17 2.2 APDL的流程控制 19 2.2.1 *GO分支语句 19 2.2.2 *IF分支语句 19 2.2.3 *DO循环语句 19 2.2.4 *DOWHILE循环语句 20 2.3 宏文件 20 2.3.1 创建宏文件 20 2.3.2 调用宏文件 21 2.4 运算符、函数与函数编辑器 21 2.5 本章小结 22 第3章 实体建模 23 3.1 实体建模操作概述 23 3.2 用自下向上的方法建模 25 3.3 自顶向下法 29 3.4 外部程序导入模型 32 3.5 常用建模命令汇总 36 3.6 实体模型的建立 37 3.7 本章小结 44 第4章 划分网格 45 4.1 定义单元属性 45 4.2 设置网格划分控制 49 4.2.1 智能网格划分 49 4.2.2 全局单元尺寸控制 51 4.2.3 默认单元尺寸控制 51 4.2.4 关键点尺寸控制 52 4.2.5 线尺寸控制 53 4.2.6 面尺寸控制 54 4.2.7 单元尺寸定义命令的优先顺序 55 4.2.8 完成划分 55 4.3 网格的修改 56 4.3.1 清除网格 56 4.3.2 网格的局部细化 57 4.3.3 层状网格划分 59 4.4 高级网格划分技术 59 4.4.1 单元选择 60 4.4.2 映射网格 61 4.4.3 扫掠网格 63 4.4.4 拉伸网格 63 4.5 划分网格命令汇总 63 4.6 本章小结 65 第5章 加载 67 5.1 载荷与载荷步 67 5.1.1 载荷 67 5.1.2 载荷步 68 5.2 加载方式 69 5.2.1 实体加载的特点 69 5.2.2 有限元模型的加载特点 69 5.3 施加载荷 70 5.4 齿轮泵模型的加载 82 5.5 耦合与约束方程 84 5.5.1 耦合 84 5.5.2 约束方程 85 5.6 本章小结 87 第6章 求解 88 6.1 求解综述 88 6.2 例题 91 6.3 求解命令汇总 92 6.4 本章小结 93 第7章 后处理 94 7.1 通用后处理器 94 7.1.1 结果文件 94 7.1.2 结果输出 97 7.1.3 结果处理 110 7.1.4 结果查看器 113 7.2 时间历程后处理器 114 7.2.1 时间历程变量浏览器 114 7.2.2 定义变量 117 7.2.3 显示变量 118 7.3 本章小结 119 第二部分 专题技术 第8章 结构静力分析 120 8.1 结构分析概述 120 8.1.1 结构分析的定义 120 8.1.2 静力学分析的基本概念 121 8.1.3 结构静力学分析的方法 121 8.2 开孔平板静力分析 124 8.2.1 问题描述 124 8.2.2 设置分析环境 124 8.2.3 定义单元与材料属性 125 8.2.4 建立模型 127 8.2.5 划分网格 129 8.2.6 施加边界条件 130 8.2.7 求解 134 8.2.8 显示变形图 135 8.2.9 显示结果云图 135 8.2.10 查看矢量图 139 8.2.11 查看约束反力 140 8.2.12 查询危险点坐标 141 8.3 平面应力分析 142 8.3.1 问题描述 142 8.3.2 设置分析环境 142 8.3.3 定义几何参数 143 8.3.4 选择单元 144 8.3.5 定义实常数 145 8.3.6 定义材料属性 146 8.3.7 创建实体模型 147 8.3.8 设定网格尺寸并划分网格 149 8.3.9 施加载荷并求解 151 8.3.10 求解 153 8.3.11 查看分析结果 153 8.3.12 命令流 157 8.4 本章小结 158 第9章 模态分析 159 9.1 模态分析的基本假设 159 9.2 模态分析方法 159 9.3 立体桁架结构模态分析 164 9.3.1 问题描述 164 9.3.2 分析 165 9.3.3 设置环境变量 165 9.3.4 设置材料属性 166 9.3.5 创建几何模型 167 9.3.6 划分网格 170 9.3.7 施加约束 171 9.3.8 设置分析类型 171 9.3.9 设置分析选项 172 9.3.10 求解 173 9.3.11 观察固有频率结果 173 9.3.12 读入数据结果 173 9.3.13 观察振型等值线结果 174 9.3.14 命令流 176 9.4 本章小结 178 第10章 谐响应分析 179 10.1 谐响应分析应用 179 10.2 两自由度系统谐响应分析 184 10.2.1 问题描述 184 10.2.2 设置环境变量 184 10.2.3 设置材料属性 185 10.2.4 建立模型 186 10.2.5 划分网格 187 10.2.6 加载 188 10.2.7 求解 189 10.2.8 后处理 189 10.2.9 命令流 190 10.3 本章小结 191 第11章 瞬态动力学分析 192 11.1 概述 192 11.2 斜拉悬臂梁结构瞬态响应分析 198 11.2.1 问题描述 198 11.2.2 设置环境变量 198 11.2.3 设置材料属性 199 11.2.4 建立模型 200 11.2.5 划分网格 201 11.2.6 施加载荷 202 11.2.7 求解 204 11.2.8 后处理 204 11.3 本章小结 205 第12章 谱分析 206 12.1 ANSYS谱分析概述 206 12.2 三角平台结构地震响应分析 211 12.2.1 问题描述 211 12.2.2 分析 212 12.2.3 设置环境变量 212 12.2.4 设置材料属性 213 12.2.5 建立模型 214 12.2.6 划分网格 215 12.2.7 施加载荷 216 12.2.8 求解 217 12.2.9 观察结果 220 12.3 本章小结 221 第13章 热分析 222 13.1 热分析介绍 222 13.1.1 热分析的类型 222 13.1.2 热分析的基本过程 222 13.2 热—应力耦合分析实例 224 13.2.1 问题描述 224 13.2.2 设置环境变量 225 13.2.3 设置材料属性 226 13.2.4 建模 228 13.2.5 网格划分 228 13.2.6 加载 229 13.2.7 求解 231 13.2.8 后处理 233 13.3 本章小结 234 第14章 电磁场分析 235 14.1 磁场分析 235 14.2 电场分析 237 14.3 屏蔽带状传输线静电场分析 238 14.3.1 问题描述 238 14.3.2 设置环境变量 238 14.3.3 设置材料属性 239 14.3.4 建模 240 14.3.5 划分网格 241 14.3.6 加载 242 14.3.7 求解 244 14.3.8 后处理 244 14.4 本章小结 247 第15章 多物理场耦合分析 248 15.1 概述 248 15.1.1 顺序耦合 248 15.1.2 直接耦合分析 249 15.2 双层金属簧片耦合场分析 249 15.2.1 问题描述 249 15.2.2 设置环境变量 250 15.2.3 设置材料属性 250 15.2.4 建模 252 15.2.5 划分网格 253 15.2.6 加载 253 15.2.7 求解 254 15.2.8 后处理 255 15.3 本章小结 257 第16章 非线性静力分析 258 16.1 概述 258 16.1.1 非线性问题的分类 258 16.1.2 牛顿-拉森方法 260 16.1.3 非线性求解的组织级别 261 16.1.4 非线性瞬态过程的分析 264 16.2 实例分析一 273 16.2.1 问题描述 273 16.2.2 分析 273 16.2.3 设置环境变量 274 16.2.4 设置属性 274 16.2.5 建模 275 16.2.6 划分网格 276 16.2.7 加载 276 16.2.8 求解 278 16.2.9 后处理 279 16.2.10 命令流 282 16.3 实例分析二 283 16.3.1 问题描述 283 16.3.2 环境变量设置 283 16.3.3 设置属性 283 16.3.4 建模 285 16.3.5 网格划分 285 16.3.6 加载 286 16.3.7 求解 287 16.3.8 后处理 288 16.3.9 命令流 291 16.4 本章小结 293 第17章 接触问题 294 17.1 概述 294 17.2 齿轮接触分析 295 17.2.1 问题描述 295 17.2.2 设置环境变量 296 17.2.3 设置属性 297 17.2.4 建立模型 298 17.2.5 对齿面划分网格 304 17.2.6 定义接触对 304 17.2.7 施加位移边界 306 17.2.8 求解 308 17.2.9 后处理 309 17.3 并列放置两个圆柱体的接触问题 311 17.3.1 问题描述 311 17.3.2 分析 311 17.3.3 设置分析环境 312 17.3.4 设置属性 312 17.3.5 建立模型 314 17.3.6 网格划分 316 17.3.7 定义约束 319 17.3.8 加载 320 17.3.9 求解 322 17.3.10 后处理 322 17.4 本章小结 324 第18章 “生死”单元 325 18.1 概述 325 18.1.1 “生死”单元的基本概念 325 18.1.2 单元“生死”技术的使用 326 18.2 焊接过程模拟 328 18.2.1 问题描述 328 18.2.2 定义材料参数 328 18.2.3 建立模型 330 18.2.4 生成钢板的单元 331 18.2.5 加载 332 18.2.6 求解 334 18.2.7 查看图形结果 339 18.3 本章小结 340 第19章 复合材料分析 342 19.1 复合材料的相关概念 342 19.2 建立复合材料模型 343 19.2.1 选择合适的单元类型 343 19.2.2 定义材料的叠层结构 344 19.2.3 定义失效准则 347 19.2.4 应遵循的建模和后处理规则 348 19.3 复合材料分析实例 350 19.3.1 问题描述 350 19.3.2 定义单元类型、实常数及材料特性 351 19.3.3 建立有限元模型 353 19.3.4 划分网格 354 19.3.5 添加约束和载荷 355 19.3.6 求解 357 19.3.7 后处理 357 19.3.8 命令流 360 19.4 本章小结 361 第20章 机械零件分析 362 20.1 扳手的静力分析 362 20.1.1 问题描述 362 20.1.2 设置分析环境 363 20.1.3 定义单元与材料属性 363 20.1.4 建立模型 364 20.1.5 划分网格 366 20.1.6 施加边界条件 367 20.1.7 求解 368 20.1.8 查看求解结果 369 20.1.9 退出系统 370 20.1.10 命令流 370 20.2 材料非线性分析 372 20.2.1 问题描述 373 20.2.2 设置环境变量 373 20.2.3 定义单元类型 374 20.2.4 建立实体模型 375 20.2.5 划分网格 379 20.2.6 加载 380 20.2.7 求解 381 20.2.8 后处理 382 20.3 螺栓连接件仿真分析 384 20.3.1 设置分析环境 385 20.3.2 定义几何参数 385 20.3.3 生成板梁 386 20.3.4 生成柱腹板 389 20.3.5 生成肋板 391 20.3.6 生成螺栓孔 394 20.3.7 生成螺栓 395 20.3.8 黏接 397 20.3.9 设置属性 397 20.3.10 划分网格 398 20.3.11 定义接触 401 20.3.12 加载 403 20.3.13 求解 404 20.3.14 后处理 405 20.4 本章小结 406 第21章 薄膜结构分析 407 21.1 概述 407 21.2 实例详解：悬链面薄膜结构找形分析 408 21.2.1 问题描述 408 21.2.2 设置分析环境 409 21.2.3 定义单元与材料属性 409 21.2.4 建立模型 410 21.2.5 划分网格 413 21.2.6 施加边界条件 414 21.2.7 求解 416 21.2.8 后处理 416 21.3 命令流 417 21.4 本章小结 419 第22章 参数化设计与优化设计 420 22.1 参数化设计语言 420 22.1.1 参数化设计语言介绍 420 22.1.2 参数化设计语言功能 421 22.1.3 参数化设计语言实例 423 22.1.4 设置环境变量 424 22.1.5 定义单元类型 425 22.1.6 定义材料属性 425 22.1.7 创建模型并划分网格 426 22.1.8 施加边界条件 426 22.1.9 求解 427 22.1.10 查看结果 427 22.2 优化设计 429 22.2.1 优化设计介绍 429 22.2.2 优化中的基本概念 430 22.2.3 优化设计步骤 431 22.4 拓扑优化 434 22.4.1 拓扑优化方法 434 22.4.2 拓扑优化步骤 434 22.4.3 拓扑优化实例 435 22.5 本章小结 444

CAX技术联盟是由计算机辅助技术领域的专业人员组成，包括来自于中国科学院、清华大学、北京航空航天大学、北京理工大学等高校科研机构以及航空航天、兵器工业、建筑设计院、核工业等工业集团的从业人员。联盟成员均毕业于国内外著名高校，拥有硕士、博士学历，在教学科研第一线，拥有较高的学术专业水平。本联盟已经和正在推出计算机辅助技术领域的科技图书，以提高国内计算机辅助技术领域的水平。

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