ANSYS Workbench16.0超級學習手冊

第1章 ANSYS Workbench 16.0概述 1
1.1 ANSYS軟件簡介 1
1.2 ANSYS Workbench 16.0平台及模塊 3
1.2.1 Workbench平台界面 4
1.2.2 菜單欄 4
1.2.3 工具欄 12
1.2.4 工具箱 12
1.3 Workbench與SolidWorks軟件集成設置 16
1.4 本章小結 18

第2章 ANSYS Workbench幾何建模 19
2.1 DesignModeler平台概述 19
2.1.1 DesignModeler平台界面 19
2.1.2 菜單欄 19
2.1.3 工具欄 28
2.1.4 常用命令欄 30
2.1.5 Tree Outline（模型樹） 30
2.2 DesignModeler幾何建模 33
2.2.1 DesignModeler零件建模 33
2.2.2 DesignModeler裝配體建模 38
2.2.3 DesignModeler導入Creo Parametric軟件幾何數據 45
2.2.4 DesignModeler導入SolidWorks軟件幾何數據 49
2.2.5 DesignModeler建模工具 52
2.2.6 DesignModeler概念建模工具 60
2.3 DesignModeler幾何建模綜合實例 66
2.4 本章小結 77

第3章 Meshing網格划分 78
3.1 Meshing平台概述 78
3.1.1 Workbench平台界面 79
3.1.2 菜單欄 79
3.1.3 工具欄 82
3.1.4 用戶圖形操作窗口 83
3.1.5 模型樹及詳細設置窗口 84
3.2 Meshing網格划分詳解 88
3.2.1 Meshing網格划分適用領域 88
3.2.2 Meshing網格划分方法 89
3.2.3 Meshing網格默認設置 92
3.2.4 Meshing網格尺寸設置 94
3.2.5 Meshing網格膨脹層設置 97
3.2.6 Meshing網格Patch Conforming選項 98
3.2.7 Meshing網格高級選項 98
3.2.8 Meshing網格損傷設置 98
3.2.9 Meshing網格評估統計 99
3.3 Meshing網格划分實例 104
3.3.1 應用實例一—網格尺寸控制 105
3.3.2 應用實例二—掃掠網格划分 113
3.3.3 應用實例三—多區域網格划分 119
3.4 ICEMCFD簡介與實例 124
3.4.1 ICEMCFD軟件功能 124
3.4.2 ICEMCFD軟件界面 125
3.4.3 ICEMCFD網格划分實例 126
3.5 本章小結 132

第4章 Workbench結果后處理 133
4.1 Mechanical基本操作 133
4.1.1 關於Mechanical 133
4.1.2 啟動Mechanical 134
4.1.3 Mechanical操作界面 134
4.1.4 鼠標控制 137
4.2 材料參數輸入控制 137
4.2.1 進入Engineering Data應用程序 137
4.2.2 材料庫 138
4.2.3 添加材料 139
4.2.4 添加材料屬性 140
4.3 Mechanical前處理操作 141
4.3.1 幾何分支 141
4.3.2 接觸與點焊 142
4.3.3 坐標系 145
4.3.4 網格划分 146
4.3.5 分析設置 146
4.4 施加載荷和約束 147
4.4.1 約束和載荷 147
4.4.2 慣性載荷 148
4.4.3 力載荷 148
4.4.4 熱載荷 149
4.4.5 常見約束 149
4.5 模型求解 150
4.6 后處理操作 152
4.6.1 查看結果 152
4.6.2 結果顯示 155
4.6.3 變形顯示 155
4.6.4 應力和應變 156
4.6.5 接觸結果 157
4.6.6 自定義結果顯示 158
4.7 本章小結 159

第5章 結構靜力學分析 160
5.1 線性靜力學分析簡介 160
5.1.1 線性靜力學分析 160
5.1.2 線性靜力學分析流程 161
5.1.3 線性靜力學分析基礎 161
5.2 靜力學分析實例1—實體靜力學分析 162
5.2.1 問題描述 162
5.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 162
5.2.3 導入創建幾何體 163
5.2.4 添加材料庫 164
5.2.5 添加模型材料屬性 166
5.2.6 划分網格 167
5.2.7 施加載荷與約束 168
5.2.8 結果后處理 170
5.2.9 保存與退出 171
5.2.10 讀者演練 171
5.3 靜力學分析實例2—梁單元線性靜力學分析 172
5.3.1 問題描述 172
5.3.2 啟動Workbench並建立分析項目 173
5.3.3 創建幾何體 173
5.3.4 添加材料庫 178
5.3.5 添加模型材料屬性 180
5.3.6 划分網格 181
5.3.7 施加載荷與約束 182
5.3.8 結果后處理 183
5.3.9 保存與退出 185
5.3.10 讀者演練 185
5.4 靜力學分析實例3—復雜實體靜力學分析 186
5.4.1 問題描述 186
5.4.2 啟動Workbench並建立分析項目 187
5.4.3 導入創建幾何體 187
5.4.4 添加材料庫 188
5.4.5 添加模型材料屬性 190
5.4.6 划分網格 191
5.4.7 施加載荷與約束 192
5.4.8 結果后處理 193
5.4.9 保存與退出 195
5.4.10 讀者演練 195
5.5 靜力學分析實例4—大變形靜力學分析 196
5.5.1 問題描述 196
5.5.2 使用SolidWorks2015建模 196
5.5.3 導入模型 201
5.5.4 設定材料屬性 201
5.5.5 划分網格 202
5.5.6 定義約束及邊界條件 203
5.5.7 求解及后處理 204
5.5.8 開啟大變形開關再次求解 205
5.5.9 求解及后處理 206
5.5.10 保存並退出 207
5.6 本章小結 207

第6章 結構動力學分析 209
6.1 結構動力學分析簡介 209
6.1.1 結構動力學分析的平衡方程 209
6.1.2 結構動力學分析的阻尼 209
6.2 模態分析簡介 210
6.2.1 模態分析 210
6.2.2 模態分析基礎 211
6.2.3 預應力模態分析 211
6.3 模態分析實例1—模態分析 212
6.3.1 問題描述 212
6.3.2 啟動Workbench並建立分析項目 212
6.3.3 導入創建幾何體 212
6.3.4 添加材料庫 214
6.3.5 添加模型材料屬性 216
6.3.6 划分網格 217
6.3.7 施加載荷與約束 217
6.3.8 結果后處理 218
6.3.9 保存與退出 221
6.4 模態分析實例2—有預應力模態分析 221
6.4.1 問題描述 221
6.4.2 啟動Workbench並建立分析項目 221
6.4.3 導入創建幾何體 222
6.4.4 添加材料庫 224
6.4.5 添加模型材料屬性 226
6.4.6 划分網格 226
6.4.7 施加載荷與約束 227
6.4.8 模態分析 229
6.4.9 后處理 229
6.4.10 保存與退出 231
6.4.11 讀者演練 231
6.5 響應譜分析簡介 231
6.5.1 頻譜的定義 232
6.5.2 響應譜分析的基本概念 232
6.6 響應譜分析實例—鋼構架響應譜分析 234
6.6.1 問題描述 234
6.6.2 啟動Workbench並建立分析項目 235
6.6.3 導入幾何體模型 236
6.6.4 模態分析 236
6.6.5 添加材料庫 237
6.6.6 划分網格 237
6.6.7 施加約束 238
6.6.8 結果后處理 239
6.6.9 響應譜分析 241
6.6.10 添加加速度譜 242
6.6.11 后處理 243
6.6.12 保存與退出 245
6.6.13 讀者演練 245
6.7 隨機振動分析簡介 246
6.8 隨機振動分析實例—鋼構架隨機振動分析 247
6.8.1 問題描述 247
6.8.2 啟動Workbench並建立分析項目 247
6.8.3 創建幾何體模型 247
6.8.4 模態分析 248
6.8.5 添加材料庫 249
6.8.6 划分網格 249
6.8.7 施加約束 250
6.8.8 結果后處理 251
6.8.9 隨機振動分析 251
6.8.10 添加動態力載荷 252
6.8.11 后處理 254
6.8.12 保存與退出 256
6.8.13 讀者演練 256
6.9 諧響應分析簡介 256
6.9.1 諧響應分析的基本概念 256
6.9.2 諧響應分析的載荷與輸出 257
6.9.3 諧響應分析通用方程 257
6.10 諧響應分析實例—底座架諧響應分析 257
6.10.1 問題描述 258
6.10.2 啟動Workbench並建立分析項目 258
6.10.3 創建模態分析項目 259
6.10.4 材料選擇 259
6.10.5 施加載荷與約束 260
6.10.6 模態求解 262
6.10.7 后處理 262
6.10.8 創建響應譜分析項目 263
6.10.9 施加載荷與約束 263
6.10.10 諧響應計算 265
6.10.11 結果后處理 265
6.10.12 保存與退出 267
6.10.13 讀者演練 267
6.11 線性屈曲分析簡介 267
6.11.1 結構穩定性 267
6.11.2 線性屈曲分析 268
6.12 線性屈曲分析實例1—圓筒屈曲分析 268
6.12.1 問題描述 268
6.12.2 啟動Workbench並建立分析項目 269
6.12.3 創建幾何體 269
6.12.4 設置材料 272
6.12.5 添加模型材料屬性 272
6.12.6 划分網格 273
6.12.7 施加載荷與約束 273
6.12.8 結果后處理 275
6.12.9 線性屈曲分析 276
6.12.10 施加載荷與約束 277
6.12.11 結果后處理 278
6.12.12 保存與退出 279
6.12.13 讀者演練 280
6.13 線性屈曲分析實例2—線性屈曲分析 280
6.13.1 案例介紹 281
6.13.2 建模 281
6.13.3 開啟模塊並導入模型 285
6.13.4 划分網格 287
6.13.5 定義約束及邊界條件 288
6.13.6 求解及后處理 291
6.13.7 保存並退出 295
6.13.8 讀者演練 295
6.14 瞬態動力學分析簡介 295
6.14.1 瞬態動力學分析的基本概念 295
6.14.2 瞬態動力學分析基本公式 295
6.15 瞬態動力學分析實例—鋼構架地震分析 296
6.15.1 問題描述 296
6.15.2 啟動Workbench並建立分析項目 297
6.15.3 創建幾何體模型 297
6.15.4 瞬態動力學分析 298
6.15.5 添加材料庫 298
6.15.6 划分網格 298
6.15.7 施加約束 299
6.15.8 結果后處理 302
6.15.9 保存與退出 305
6.15.10 讀者演練 305
6.16 本章小結 305

第7章 熱力學分析 306
7.1 熱力學分析簡介 306
7.1.1 熱力學分析的目的 306
7.1.2 熱力學分析的兩種類型 306
7.1.3 基本傳熱方式 307
7.2 穩態熱學分析實例1—熱傳遞與對流分析 308
7.2.1 問題描述 308
7.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 308
7.2.3 導入幾何體模型 309
7.2.4 創建分析項目 310
7.2.5 添加材料庫 310
7.2.6 添加模型材料屬性 311
7.2.7 划分網格 312
7.2.8 施加載荷與約束 313
7.2.9 結果后處理 314
7.2.10 保存與退出 316
7.2.11 讀者演練 316
7.3 穩態熱學分析實例2—熱傳遞與對流分析 317
7.3.1 問題描述 317
7.3.2 啟動Workbench並建立分析項目 317
7.3.3 導入幾何體模型 318
7.3.4 創建分析項目 319
7.3.5 添加材料庫 319
7.3.6 添加模型材料屬性 320
7.3.7 划分網格 321
7.3.8 施加載荷與約束 322
7.3.9 結果后處理 324
7.3.10 保存與退出 325
7.3.11 讀者演練 325
7.4 穩態熱學分析實例3—水杯熱學分析 325
7.4.1 案例介紹 326
7.4.2 啟動Workbench並建立分析項目 326
7.4.3 定義材料參數 326
7.4.4 導入模型 327
7.4.5 划分網格 327
7.4.6 定義荷載 329
7.4.7 求解及后處理 330
7.4.8 保存並退出 334
7.5 瞬態熱學分析—散熱片瞬態熱學分析 334
7.5.1 問題描述 334
7.5.2 啟動Workbench並建立分析項目 335
7.5.3 導入幾何體模型 335
7.5.4 創建分析項目 336
7.5.5 添加材料庫 336
7.5.6 添加模型材料屬性 338
7.5.7 划分網格 339
7.5.8 施加載荷與約束 339
7.5.9 瞬態熱學分析 341
7.5.10 設置分析選項 341
7.5.11 后處理 342
7.5.12 保存與退出 344
7.6 本章小結 344

第8章 接觸分析 345
8.1 接觸分析簡介 345
8.2 靜態接觸分析實例—挖掘機臂受力分析 347
8.2.1 問題描述 347
8.2.2 啟動Workbench軟件 347
8.2.3 導入幾何體模型 348
8.2.4 創建分析項目 349
8.2.5 添加材料庫 350
8.2.6 添加模型材料屬性 350
8.2.7 接觸設置 350
8.2.8 划分網格 350
8.2.9 施加載荷與約束 351
8.2.10 結果后處理 353
8.2.11 保存與退出 355
8.2.12 讀者演練 355
8.3 動態接觸分析實例—移動滑塊接觸分析 355
8.3.1 問題描述 356
8.3.2 啟動Workbench軟件 356
8.3.3 導入幾何體模型 356
8.3.4 創建分析項目 357
8.3.5 添加材料庫 358
8.3.6 添加模型材料屬性 359
8.3.7 創建接觸 360
8.3.8 划分網格 361
8.3.9 施加載荷與約束 362
8.3.10 結果后處理 365
8.3.11 保存與退出 368
8.3.12 讀者演練 368
8.4 本章小結 368

第9章 電磁場分析 369
9.1 電磁場基本理論 369
9.1.1 麥克斯韋方程 369
9.1.2 一般形式的電磁場微分方程 371
9.1.3 電磁場中常見邊界條件 372
9.1.4 ANSYS Workbench平台電磁分析 372
9.1.5 ANSOFT軟件電磁分析 372
9.2 Electric電場分析實例—直流傳導 374
9.2.1 問題描述 374
9.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 374
9.2.3 保存工程文件 375
9.2.4 幾何文件 375
9.2.5 邊界條件設定 376
9.2.6 求解計算 377
9.2.7 后處理 378
9.2.8 保存與退出 378
9.3 Maxwell電場分析實例—直流傳導 378
9.3.1 啟動Workbench並建立分析項目 379
9.3.2 建立幾何模型 379
9.3.3 邊界條件設定 381
9.3.4 求解計算 383
9.3.5 后處理 383
9.3.6 保存與退出 384
9.4 本章小結 384

第10章 疲勞分析 385
10.1 疲勞分析簡介 385
10.2 疲勞分析實例—軸疲勞分析 387
10.2.1 問題描述 387
10.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 387
10.2.3 導入創建幾何體 388
10.2.4 添加材料庫 388
10.2.5 添加模型材料屬性 388
10.2.6 划分網格 389
10.2.7 施加載荷與約束 389
10.2.8 結果后處理 391
10.2.9 保存文件 392
10.2.10 啟動nCode程序 392
10.2.11 疲勞分析 394
10.2.12 保存與退出 396
10.3 本章小結 396

第11章 復合材料分析 397
11.1 復合材料概論 397
11.2 ACP模塊功能概述 398
11.3 復合材料靜力學分析實例—復合板受力分析 401
11.3.1 問題描述 401
11.3.2 啟動Workbench軟件 401
11.3.3 靜力分析項目 402
11.3.4 定義復合材料數據 403
11.3.5 數據更新 405
11.3.6 ACP復合材料定義 406
11.3.7 有限元計算 413
11.3.8 后處理 413
11.3.9 ACP專業后處理工具 413
11.3.10 保存與退出 416
11.4 本章小結 416

第12章 結構優化分析 417
12.1 優化分析簡介 417
12.1.1 優化設計概述 417
12.1.2 Workbench結構優化分析簡介 418
12.1.3 Workbench結構優化分析 419
12.2 優化分析實例—響應曲面優化分析 419
12.2.1 問題描述 419
12.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 419
12.2.3 導入幾何模型 420
12.2.4 結果后處理 424
12.3 本章小結 428

第13章 流體動力學分析 429
13.1 流體動力學分析簡介 429
13.1.1 流體動力學分析的基本概念 429
13.1.2 CFD基礎 432
13.2 流體動力學實例—CFX內流場分析 440
13.2.1 問題描述 440
13.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 441
13.2.3 創建幾何體模型 441
13.2.4 網格划分 442
13.2.5 流體動力學前處理 444
13.2.6 流體計算 448
13.2.7 結果后處理 449
13.3 流體動力學實例—FLUENT流場分析 451
13.3.1 問題描述 451
13.3.2 軟件啟動與保存 452
13.3.3 導入幾何數據文件 452
13.3.4 網格設置 453
13.3.5 進入FLUENT平台 454
13.3.6 材料選擇 456
13.3.7 設置幾何屬性 456
13.3.8 流體邊界條件 456
13.3.9 求解器設置 458
13.3.10 結果后處理 459
13.4 本章小結 461

第14章 多物理場耦合分析 462
14.1 多物理場耦合分析簡介 462
14.1.1 多物理場耦合分析的基本概念 462
14.1.2 多物理場應用場合 463
14.2 耦合實例1—Maxwell和Mechanical電磁熱結構耦合 464
14.2.1 問題描述 464
14.2.2 軟件啟動與保存 464
14.2.3 建立電磁分析 465
14.2.4 幾何模型建立 467
14.2.5 求解域的設置 470
14.2.6 賦予材料屬性 470
14.2.7 添加激勵 471
14.2.8 分析步創建 472
14.2.9 模型檢查與計算 473
14.2.10 后處理 474
14.2.11 創建熱學分析和數據共享 474
14.2.12 材料設定 476
14.2.13 網格划分 478
14.2.14 添加邊界條件與映射激勵 479
14.2.15 求解計算 480
14.2.16 后處理 480
14.2.17 應力計算 481
14.2.18 讀者演練 482
14.3 耦合實例2—Maxwell和Mechanical線圈電磁結構耦合 482
14.3.1 問題描述 483
14.3.2 軟件啟動與保存 483
14.3.3 導入幾何數據文件 483
14.3.4 求解器與求解域的設置 485
14.3.5 賦予材料屬性 485
14.3.6 添加激勵 486
14.3.7 模型檢查與計算 488
14.3.8 后處理 489
14.3.9 創建力學分析和數據共享 491
14.3.10 材料設定 492
14.3.11 網格划分 493
14.3.12 添加邊界條件與映射激勵 494
14.3.13 求解計算 495
14.3.14 后處理 495
14.4 耦合實例3—FLUENT和Mechanical流體結構耦合分析 496
14.4.1 問題描述 497
14.4.2 軟件啟動與保存 497
14.4.3 導入幾何數據文件 497
14.4.4 抑制幾何 499
14.4.5 網格設置 500
14.4.6 進入FLUENT平台 501
14.4.7 材料選擇 502
14.4.8 設置幾何屬性 503
14.4.9 流體邊界條件 504
14.4.10 求解器設置 506
14.4.11 結構力學計算 508
14.4.12 材料設定 509
14.4.13 網格划分 510
14.4.14 添加邊界條件與映射激勵 510
14.4.15 求解計算 512
14.4.16 后處理 512
14.4.17 讀者演練 513
14.5 耦合實例4—Maxwell和FLUENT電磁熱流耦合 513
14.5.1 問題描述 514
14.5.2 軟件啟動與保存 514
14.5.3 導入幾何數據文件 514
14.5.4 求解器與求解域的設置 516
14.5.5 賦予材料屬性 516
14.5.6 添加激勵 517
14.5.7 模型檢查與計算 520
14.5.8 后處理 520
14.5.9 創建流體力學分析和數據共享 522
14.5.10 DM中幾何數據文件 523
14.5.11 傳遞數據 526
14.5.12 網格設置 526
14.5.13 進入FLUENT平台 529
14.5.14 材料選擇 530
14.5.15 設置幾何屬性 531
14.5.16 流體邊界條件 532
14.5.17 求解器設置 533
14.5.18 CFD—Post后處理操作 535
14.6 本章小結 538

附錄 添加Workbench材料 539
參考文獻 542