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本书以ANSYS18.0为依据，对有限元及ANSYS分析的基本思想、基本步骤、应用技巧进行了详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述了ANSYS在机械与结构工程中的应用方法。书中尽量避免繁琐的理论叙述，从实际应用出发，结合作者使用该软件的经验，实例采用GUI方式对操作过程进行了讲解，为了帮助用户熟悉ANSYS相关操作命令，书中给出了每个例子的命令流文件，并配备了视频。
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| 內容簡介： |
本书以ANSYS18.0为例，对有限元及ANSYS分析的基本思想、基本步骤、应用技巧进行了详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述了ANSYS在机械与结构工程中的应用方法。书中尽量避免烦琐的理论叙述，从实际应用出发,根据作者使用该软件的经验，结合大量实例，采用GUI方式对操作过程进行了讲解，为了帮助用户熟悉ANSYS相关操作命令，书中给出了每个例子的命令流文件，并配备了视频。
全书总共10章。内容包括：有限元及ANSYS简介、实体建模、网格划分、施加载荷及求解、通用后处理器、时间历程后处理器、结构静力分析、非线性分析、动力学分析、热分析。
本书适合ANSYS软件的初、中级用户以及有初步使用经验的技术人员阅读。本书可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生学习ANSYS软件的教材，亦可作为从事结构分析等相关行业的工程技术人员使用ANSYS软件的参考书。本书以ANSYS18.0为例，对有限元及ANSYS分析的基本思想、基本步骤、应用技巧进行了详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述了ANSYS在机械与结构工程中的应用方法。书中尽量避免烦琐的理论叙述，从实际应用出发,根据作者使用该软件的经验，结合大量实例，采用GUI方式对操作过程进行了讲解，为了帮助用户熟悉ANSYS相关操作命令，书中给出了每个例子的命令流文件，并配备了视频。
全书总共10章。内容包括：有限元及ANSYS简介、实体建模、网格划分、施加载荷及求解、通用后处理器、时间历程后处理器、结构静力分析、非线性分析、动力学分析、热分析。
本书适合ANSYS软件的初、中级用户以及有初步使用经验的技术人员阅读。本书可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生学习ANSYS软件的教材，亦可作为从事结构分析等相关行业的工程技术人员使用ANSYS软件的参考书。
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| 關於作者： |
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任继文，华东交通大学，教师、教授，作者长期在高校从事机械CADCAECAM方面的教学和科研工作，先后主持并完成了国家自然科学基金、江西省自然基金和江西省教育厅项目，参加863课题研究项目、国家自然科学基金多项，发表论文50余篇，多篇被SCI、EI、ISTP检索，在这些项目和论文中，运用了有限元的方法解决了许多实际工程问题；多年给本科生教授《机械CADCAM》、《有限元及ANSYS》等相关课程，在有限元方面积累了丰富的经验，并已主编了两本相关的教材。
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| 目錄：
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第1章 有限元及ANSYS简介 1
1.1 有限元法简介 1
1.1.1 有限元方法的基本思想 1
1.1.2 有限元模型的基本构成 2
1.1.3 有限元分析的基本步骤 3
1.1.4 有限元分析解题步骤实例梯形板 3
1.2 ANSYS18.0简介 13
1.2.1 ANSYS软件的基本功能 13
1.2.2 ANSYS18.0的新功能 14
1.2.3 ANSYS18.0的基本操作 17
1.3 ANSYS18.0的解题步骤实例梯形板 20
1.3.1 分析问题 20
1.3.2 定义参数 20
1.3.3 创建几何模型 25
1.3.4 划分网格 26
1.3.5 施加载荷 27
1.3.6 求解 28
1.3.7 结果分析 29
1.3.8 结果比较 30
本章小结 32
练习题 32
第2章 实体建模 33
2.1 ANSYS建模基本方法 33
2.1.1 实体建模方法 33
2.1.2 直接生成法建模 35
2.1.3 从CAD图形中导入实体模型 35
2.1.4 三种建模方法的优缺点 35
2.2 坐标系及其操作 36
2.2.1 总体坐标系及其操作 36
2.2.2 局部坐标系及其操作 37
2.2.3 显示坐标系及其操作 39
2.2.4 节点坐标系及其操作 41
2.2.5 单元坐标系及其操作 42
2.2.6 结果坐标系及其操作 43
2.3 工作平面及使用 43
2.3.1 显示和设置工作平面 43
2.3.2 定义工作平面 45
2.3.3 旋转和平移工作平面 46
2.4 自底向上建模 47
2.4.1 定义及操作关键点 47
2.4.2 选择、查看和删除关键点 49
2.4.3 定义及操作线 50
2.4.4 选择、查看和删除线 53
2.4.5 定义及操作面 53
2.4.6 选择、查看和删除面 55
2.4.7 定义体 56
2.4.8 选择、查看和删除体 56
2.5 自顶向下建模 57
2.5.1 建立矩形面原始对象 58
2.5.2 建立圆或环形面原始对象 58
2.5.3 建立正多边形面原始对象 60
2.5.4 建立长方体原始对象 61
2.5.5 建立柱体原始对象 61
2.5.6 建立多棱柱原始对象 62
2.5.7 建立球体或部分球体原始对象 63
2.5.8 建立锥体或圆台原始对象 63
2.5.9 建立环体或部分环体原始对象 64
2.6 布尔运算 64
2.6.1 交运算 65
2.6.2 加运算 69
2.6.3 减运算 70
2.6.4 切割运算 71
2.6.5 搭接运算 75
2.6.6 分割运算 76
2.6.7 黏结运算 77
2.7 模型修改 77
2.7.1 移动图元 77
2.7.2 复制图元 78
2.7.3 镜像图元 79
2.7.4 缩放图元 79
2.7.5 转换图元坐标系 80
2.8 运用组件 81
2.8.1 组件和部件的操作 81
2.8.2 通过组件和部件选择实体 82
2.9 自顶向下实体建模实例1轴承座实体建模 82
2.10 自底向上实体建模实例2汽车连杆实体建模 88
本章小结 94
练习题 94
第3章 网格划分 96
3.1 定义单元属性 96
3.1.1 定义单元类型 96
3.1.2 定义实常数 98
3.1.3 定义材料参数 99
3.1.4 分配单元属性 102
3.2 网格划分控制 103
3.2.1 网格划分工具 104
3.2.2 Smart Size网格划分控制 105
3.2.3 尺寸控制 107
3.2.4 单元形状控制 110
3.2.5 网格划分器选择 110
3.3 实体模型网格划分 114
3.3.1 关键点网格划分 115
3.3.2 线网格划分 115
3.3.3 面网格划分 115
3.3.4 体网格划分 116
3.3.5 网格修改 118
3.4 网格检查 120
3.4.1 设置形状检查选项 120
3.4.2 设置形状限制参数 121
3.4.3 确定网格质量 121
3.5 直接法生成有限元模型 122
3.5.1 节点定义 122
3.5.2 单元定义 127
3.6 网格划分基本原则 131
3.6.1 网格数量 131
3.6.2 网格疏密 131
3.6.3 单元阶次 133
3.6.4 网格质量 134
3.7 自由网格划分实例1轴承座 134
3.8 映射网格划分实例2二维飞轮 136
3.9 扫掠网格划分实例3汽车连杆 142
3.10 混合网格划分实例4三维带孔飞轮 147
本章小结 153
练习题 154
第4章 施加载荷及求解 155
4.1 加载概述 155
4.1.1 载荷类型 155
4.1.2 载荷施加方式 156
4.1.3 载荷步、子步和平衡迭代 157
4.1.4 载荷步选项 158
4.1.5 载荷的显示 159
4.2 载荷的定义 159
4.2.1 自由度约束 159
4.2.2 集中载荷 163
4.2.3 表面载荷 166
4.2.4 体载荷 174
4.2.5 特殊载荷 176
4.3 求解 177
4.3.1 选择合适的求解器 177
4.3.2 求解多步载荷 179
4.3.3 求解 181
4.4 综合实例1轴承座模型载荷施加及求解 182
4.5 综合实例2汽车连杆模型载荷施加及求解 185
本章小结 186
练习题 187
第5章 通用后处理器 188
5.1 通用后处理器概述 188
5.1.1 通用后处理器处理的结果文件 188
5.1.2 结果文件读入通用后处理器 189
5.1.3 浏览结果数据集信息 190
5.1.4 读取结果数据集 190
5.1.5 设置结果输出方式与图形显示方式 193
5.2 图形显示计算结果 193
5.2.1 绘制变形图 193
5.2.2 绘制等值线图 195
5.2.3 绘制矢量图 197
5.2.4 绘制粒子轨迹图 198
5.2.5 绘制破碎图和压碎图 199
5.3 路径操作 200
5.3.1 定义路径 200
5.3.2 观察沿路径的结果 202
5.3.3 进行沿路径的数学运算 203
5.4 单元表 204
5.4.1 创建和修改单元表 204
5.4.2 基于单元表的数学运算 205
5.4.3 根据单元表绘制结果图形 206
5.5 载荷组合及其运算 207
5.5.1 创建载荷工况 208
5.5.2 载荷工况的读写 208
5.5.3 载荷工况数学运算 209
5.6 综合实例1桁架计算 209
5.7 综合实例2轴承座及汽车连杆后处理分析 215
5.7.1 轴承座后处理分析 215
5.7.2 汽车连杆后处理分析 216
本章小结 217
练习题 217
第6章 时间历程后处理器 218
6.1 定义和存储变量 219
6.1.1 变量定义 219
6.1.2 变量存储 220
6.1.3 变量的导入 222
6.2 变量的操作 222
6.2.1 数学运算 222
6.2.2 变量与数组相互赋值 223
6.2.3 数据平滑 225
6.2.4 生成响应频谱 226
6.3 查看变量 227
6.3.1 图形显示 227
6.3.2 列表显示 229
6.4 动画技术 231
6.4.1 直接生成动画 231
6.4.2 通过动画帧显示动画 231
6.4.3 动画播放 233
6.5 综合实例钢球淬火温度计算 233
6.5.1 问题描述 233
6.5.2 GUI 操作步骤 234
本章小结 240
练习题 240
第7章 结构静力分析 241
7.1 结构分析概述 241
7.1.1 结构分析定义 241
7.1.2 结构分析的类型 241
7.1.3 结构分析所使用的单元 242
7.1.4 材料模式界面 242
7.1.5 求解方法 243
7.2 结构静力分析 243
7.2.1 结构静力分析的定义 243
7.2.2 结构静力分析类型 243
7.2.3 结构静力分析的求解步骤 243
7.3 平面问题静力分析实例钢支架 244
7.3.1 问题提出 245
7.3.2 建立模型 245
7.3.3 施加载荷 250
7.3.4 求解 250
7.3.5 查看结果 251
7.4 轴对称结构静力分析实例二维飞轮 251
7.4.1 问题提出 251
7.4.2 调出模型 252
7.4.3 施加载荷 252
7.4.4 求解 253
7.4.5 查看结果 253
7.5 周期对称结构静力分析实例三维带孔飞轮 258
7.5.1 问题提出 258
7.5.2 调出模型 259
7.5.3 施加载荷 259
7.5.4 求解 260
7.5.5 查看结果 260
7.6 任意三维结构静力分析实例六角扳手 265
7.6.1 问题提出 265
7.6.2 建立模型 265
7.6.3 施加载荷 273
7.6.4 求解 277
7.6.5 查看结果 277
本章小结 280
练习题 280
第8章 非线性分析 282
8.1 非线性分析简介 282
8.1.1 结构非线性的定义 282
8.1.2 结构非线性的类型 282
8.1.3 结构非线性的基本步骤 283
8.2 几何非线性分析实例悬臂梁 283
8.2.1 问题提出 283
8.2.2 建立模型 284
8.2.3 施加载荷 285
8.2.4 求解 286
8.2.5 查看结果 286
8.3 材料非线性分析实例铆钉 288
8.3.1 问题提出 289
8.3.2 建立模型 289
8.3.3 施加载荷 292
8.3.4 求解 293
8.3.5 查看结果 294
8.4 状态非线性分析实例齿轮接触分析 297
8.4.1 问题提出 297
8.4.2 建立模型 297
8.4.3 施加载荷 304
8.4.4 求解 305
8.4.5 查看结果 306
8.5 非线性蠕变分析实例螺栓 308
8.5.1 问题提出 308
8.5.2 建立模型 308
8.5.3 施加载荷 311
8.5.4 求解 312
8.5.5 查看结果 313
本章小结 315
第9章 动力学分析 316
9.1 动力学分析概述 316
9.1.1 动力学分析简介 316
9.1.2 动力学分析类型 316
9.2 模态分析 317
9.2.1 模态分析简介 317
9.2.2 模态分析步骤 317
9.2.3 模态分析实例飞机机翼 320
9.3 谐波响应分析 325
9.3.1 谐波响应分析简介 325
9.3.2 谐波响应分析步骤 325
9.3.3 谐波响应分析实例电动机工作台系统 326
9.4 瞬态动力分析 341
9.4.1 瞬态动力分析简介 341
9.4.2 瞬态动力分析步骤 341
9.4.3 瞬态动力分析实例电动机工作台系统 343
9.5 谱分析 349
9.5.1 谱分析简介 349
9.5.2 谱分析步骤 350
9.5.3 谱分析实例简支梁结构 351
本章小结 361
练习题 361
第10章 热分析 362
10.1 热分析基础知识 362
10.1.1 符号与单位 362
10.1.2 传热学经典理论 363
10.1.3 热传递方式 363
10.1.4 热分析类型 363
10.2 稳态热分析 364
10.2.1 稳态热分析的定义 364
10.2.2 热分析单元 364
10.2.3 稳态热分析基本过程 366
10.3 稳态热分析实例潜水艇稳态温度分布计算 368
10.3.1 问题描述 368
10.3.2 建立模型 369
10.3.3 施加载荷 371
10.3.4 求解 371
10.3.5 查看结果 372
10.4 瞬态热分析 372
10.4.1 瞬态热分析的定义 372
10.4.2 瞬态热分析基本过程 372
10.5 瞬态热分析实例浇铸过程砂箱温度变化分析 375
10.5.1 问题描述 375
10.5.2 建立模型 376
10.5.3 施加载荷 378
10.5.4 求解 380
10.5.5 查看结果 381
10.6 热应力分析 381
10.6.1 热应力分析的方法 381
10.6.2 间接法进行热应力分析的步骤 381
10.6.3 直接法进行热应力分析的步骤 382
10.7 热应力分析实例冷却栅管热应力分布计算 382
10.7.1 问题描述 382
10.7.2 间接法 383
10.7.3 直接法 399
本章小结 406
练习题 406
参考文献 408
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| 內容試閱：
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ANSYS是当前使用最广泛、功能最强大的有限元分析软件。在选择其作为有限元分析计算软件之前，首先需要了解它能做什么，接下来才是利用它来怎么做。本书根据作者多年来教学和科研的积累，结合ANSYS公司推出的新版ANSYS 18.0的最新特点编著而成，目的是帮助初学者及中级用户掌握和熟悉ANSYS 18.0的基本使用方法。
ANSYS公司成立于1970年，是目前世界上CAE行业中最大的公司之一。ANSYS 18.0软件有多种分析能力，包括简单线性静态分析和复杂非线性动态分析。它可用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解，包含了预处理、解题程序以及后处理和优化等模块，将有限元分析、计算机图形学和优化技术等相结合，已成为解决现代工程学问题必不可少的有力工具。
本书利用新版本ANSYS 18.0，结合典型机械与结构工程应用实例，对有限元及ANSYS分析的基本原理、操作步骤、应用技巧进行了详细的介绍，全书共10章，第1～6章为基础篇，第7～10章为专题篇。
① 第1章以一个简单的例子梯形板受拉，对有限元及ANSYS分析的基本思想及步骤进行了介绍，使读者能尽快地对采用有限元方法和ANSYS 18.0软件进行有限元分析有一个基本的认知过程；
② 第2～6章分别对ANSYS有限元分析的各个过程进行了详细的讨论，包括实体建模、网格划分、施加载荷及求解、通用后处理器和时间历程后处理器，并具体结合轴承座和汽车连杆这两个实例进行详细说明，以操作为出发点，但又不单纯地局限于操作；
③ 第7章介绍了结构静力分析，包括平面问题静力分析、轴对称结构静力分析、周期对称结构静力分析及任意三维结构静力分析；
④ 第8章介绍了非线性分析，包括几何非线性分析、材料非线性分析及状态非线性分析；
⑤ 第9章介绍了动力学分析，包括模态分析、谐波响应分析、瞬态动力学分析及谱分析；
⑥ 第10章介绍了热分析，包括稳态热分析、瞬态热分析及热应力耦合分析。
本书的特点如下。
① 全面完整的知识体系。本书包罗了机械与结构常用应用分析领域，结构分析包括静力分析、动力学分析、线性分析、非线性分析；热分析包括稳态热分析、瞬态热分析及热应力耦合分析；以及其他问题分析如电磁分析、流体分析、疲劳分析和屈曲分析等。
② 深入浅出的理论阐述。本书采用理论与实践结合的方法撰写，但简化理论，尽量避免烦琐的理论叙述，注重理论在实践中的应用，通过实例使读者对复杂的理论能够深入浅出。例如开篇通过一个简单的实例梯形板受拉，简单介绍有限元方法的思想、步骤，然后针对该实例，介绍利用ANSYS解题步骤，使得读者能够快速了解有限元思想在ANSYS软件的具体体现以及ANSYS软件的使用流程和方法，而不是抽象地叙述复杂的有限元理论和罗列ANSYS软件功能、界面等内容。
③ 循序渐进的分析讲解。本书包括基础篇和专题篇，基础篇介绍了有限元的基本原理及操作过程，适用初学者；专题篇则介绍了针对机械工程专题应用，适用于专业技术人员及科研工作人员。即可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生学习ANSYS软件的教材，亦可作为从事结构分析等相关行业的工程技术人员使用ANSYS软件的参考书，适用读者群体较广。
④ 实用典型的实例分析。本书结合作者多年来教学和科研的工作积累，采用大量工程分析实例讲解每一章知识点，每一个知识点对应一个实例，而不是简单地罗列知识点。在讲解实例时，不是空洞地讲解如何操作，而是给读者一个具体的应用场景。考虑到学习的连贯性，对实例的设计十分讲究，对于一些相关联的知识点，通过轴承座和汽车连杆两个实例贯穿ANSYS操作过程整个章节，使得读者在学习案例的过程中能够串联起各个相关技术，逐渐掌握利用ANSYS软件完整地解决工程实际问题。
⑤ 方便使用的网上资源。 本书所有实例均采用GUI操作讲解方式，并给出命令流文件，每一章都附有练习题并给出答案，书中实例均制作成视频，扫描相应二维码即可观看。
本书由任继文（第1章、第3章、第7章、第9章、第10章）、胡国良（第2章、第5章、第8章）、龙铭（第4章、第6章）共同编著，并由任继文负责统筹规划。
编著完稿过程中还得到了杨锦雯、顾瑞恒等同学的帮助，在此表示感谢！
由于本书涉及范围广，作者学识有限，难免会有不足之处，欢迎广大读者及业内人士予以指正。
编著者
2018年12月
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