《ANSYS机械工程应用精华50例》

《ANSYS机械工程应用精华50例》是在总结多年工程经验的基础上，从使学习者快速入门并能够解决实际问题的想法出发，介绍了50个ANSYS在机械工程领域的典型应用实例。学习者可以跟随本书所介绍的分析步骤和过程，快速入门。然后通过练习与操作，理解本书所介绍的分析步骤和过程，从而达到在较短时间内，既知其然，又知其所以然，真正掌握ANSYS和有限元分析方法，并能灵活应用于实际问题中。

一、ANSYS软件简介 1
（一）ANSYS的主要功能 1
（二）ANSYS的特点 2
（三）ANSYS产品简介 3
（四）ANSYS软件的结构 3
二、ANSYS软件的使用 4
（一）ANSYS软件解决问题的步骤 4
（二）命令输入方法 5
（三）启动图形用户界面 6
（四）图形用户界面 6
（五）对话框及其组成控件 7
三、ANSYS的菜单系统 10
（一）通用菜单 10
（二）主菜单 11
（三）选择实体命令 13

第一篇 前 处 理

第1例 关键点和线的创建实例——正弦曲线 16
1.1 原理 16
1.2 创建步骤 16
1.3 命令流 22
练习题 22
第2例 工作平面的应用实例——相交圆柱体 24
2.1 相交圆柱体的视图 24
2.2 创建步骤 24
2.3 总结 29
2.4 命令流 29
练习题 30
第3例 复杂形状实体的创建实例——螺栓 31
3.1 螺栓的视图 31
3.2 创建步骤 31
3.3 命令流 38
练习题 39
第4例 复杂形状实体的创建实例——杯子 40
4.1 杯子的视图 40
4.2 创建步骤 40
4.3 命令流 45
练习题 46
第5例 有限元模型创建实例——实体建模法 48
5.1 概述 48
5.2 问题描述 49
5.3 分析步骤 49
5.4 命令流 55
练习题 56

第二篇 结构静力学分析

第6例 杆系结构的静力学分析实例——平面桁架 57
6.1 概述 57
6.2 问题描述及解析解 58
6.3 分析步骤 58
6.4 命令流 64
练习题 64
第7例 杆系结构的静力学分析实例——悬臂梁 66
7.1 问题描述及解析解 66
7.2 分析步骤 66
7.3 命令流 71
第8例 平面问题的求解实例——厚壁圆筒问题 72
8.1 概述 72
8.2 问题描述及解析解 72
8.3 分析步骤 73
8.4 命令流 79
练习题 80
第9例 静力学问题的求解实例——扳手的受力分析 81
9.1 问题描述 81
9.2 分析步骤 81
9.3 命令流 91
练习题 92
第10例 各种坐标系的应用实例——圆轴扭转分析 93
10.1 坐标系和工作平面概述 93
10.2 问题描述及解析解 96
10.3 分析步骤 96
10.4 命令流 105

第三篇 结构动力学分析

第11例 模态分析实例——均匀直杆的固有频率分析 107
11.1 概述 107
11.1.1 模态分析的定义 107
11.1.2 模态分析的步骤 107
11.2 问题描述及解析解 108
11.3 分析步骤 109
11.4 命令流 115
练习题 116
第12例 模态分析实例——斜齿圆住齿轮的固有频率分析 117
12.1 问题描述及解析解 117
12.2 分步骤 118
12.3 命令流 126
第13例 有预应力模态分析实例——弦的横向振动 129
13.1 概述 129
13.2 问题描述及解析解 129
13.3 分析步骤 130
13.4 命令流 138
练习题 139
第14例 循环对称结构模态分析实例——转子的固有频率分析 140
14.1 概述 140
14.2 问题描述 141
14.3 分析步骤 141
14.4 命令流 150
14.5 对整体结构进行模态分析的命令流 151
第15例 谐响应分析实例——单自由度系统的受迫振动 153
15.1 概述 153
15.2 问题描述及解析解 154
15.3 分析步骤 155
15.4 命令流 163
练习题 164
第16例 瞬态动力学分析实例——凸轮从动件运动分析 165
16.1 概述 165
16.2 问题描述及解析解 166
16.3 分析步骤 167
16.4 命令流 180
练习题 182
第17例 连杆机构运动分析实例——曲柄滑块机构 183
17.1 概述 183
17.2 问题描述及解析解 184
17.3 分析步骤 184
17.4 命令流 196
练习题 197
第18例 谱分析实例——地震谱作用下的结构响应分析 199
18.1 概述 199
18.1.1 谱分析的基本概念 199
18.1.2 单点响应谱分析步骤 200
18.2 问题描述及解析解 201
18.3 分析步骤 201
18.4 命令流 213

第四篇 非线性分析

第19例 接触分析实例——平行圆柱体承受法
向载荷时的接触应力分析 216
19.1 概述 216
19.1.1 接触算法 216
19.1.2 接触问题分类 217
19.1.3 ANSYS的接触方式 217
19.1.4 接触分析的步骤 218
19.2 问题描述 221
19.3 分析步骤 221
19.4 命令流 231
练习题 233
第20例 稳定性问题分析实例——屈曲分析 234
20.1 概述 234
20.1.1 屈曲分析的定义 234
20.1.2 特征值屈曲分析过程 234
20.1.3 非线性屈曲分析过程 235
20.2 问题描述及解析解 236
20.3 分析步骤 236
20.4 命令流 243
练习题 244
第21例 弹塑性分析实例——自增强厚壁圆筒承载能力研究 245
21.1 概述 245
21.2 问题描述及解析解 248
21.3 分析步骤 249
21.4 命令流 260
练习题 261
第22例 材料蠕变分析实例——受拉平板 262
22.1 蠕变简介 262
22.2 问题描述 263
22.2 问题描述 263
22.3 分析步骤 263
22.4 命令流 271
第23例 超弹分析实例——缓冲垫 272
23.1 概述 272
23.2 问题描述 273
23.3 分析步骤 273
23.4 命令流 285
第24例 非线性分析综合应用实例——钢板卷制成圆筒 287
24.1 问题描述 287
24.2 命令流 288
第25例 非线性分析综合应用实例——冲击 294
25.1 问题描述 294
25.2 分析步骤 294
25.3 命令流 308
第26例 利用MPC技术对SOLID-SHELL单元进行连接实例——简支梁 311
26.1 概述 311
26.2 问题描述 313
26.3 分析步骤 313
26.4 说明 324
26.5 命令流 324
26.6 结构模型全部采用SOLID单元的分析命令流 327
第27例 施加非法向表面载荷实例——转矩的施加 329
27.1 概述 329
27.2 问题描述 330
27.3 分析步骤 330
27.4 命令流 338

第五篇 ANSYS/LS-DYNA动力学分析

第28例 侵彻动力学分析实例——弹丸侵彻靶板 340
28.1 ANSYS/LS-DYNA概述 340
28.2 问题描述 341
28.3 分析步骤 341
28.4 命令流 353
第29例 显式-隐式序列求解实例——板料冲压成形及回弹研究 356
29.1 概述 356
29.2 问题描述 357
29.3 分析步骤 357
29.4 命令流 376
第30例 冲击动力学分析实例——车辆受起伏路面激励的响应分析 379
30.1 问题描述 379
30.2 分析步骤 380
30.3 命令流 394
第31例 综合应用实例——薄板多点成形工艺中基本体位置的确定 397
31.1 概述 397
31.2 分析步骤 398
31.3 命令流 410

第六篇 热应力计算

第32例 瞬态热分析实例——水箱 413
32.1 概述 413
32.1.1 瞬态热分析的定义 413
32.1.2 瞬态热分析的步骤 413
32.2 问题描述 414
32.3 分析步骤 415
32.4 命令流 422
第33例 在结构上直接施加温度载荷进行热应力分析实例——双金属簧片 424
33.1 概述 424
33.2 问题描述及解析解 424
33.3 分析步骤 425
33.4 命令流 430
练习题 431
第34例 基于实测温度场进行热应力分析实例——转炉托圈 432
34.1 概述 432
34.2 命令流 434
第35例 热应力分析（间接法）实例——液体管路 437
35.1 概述 437
35.1.1 热分析 437
35.1.2 结构分析 438
35.2 问题描述 438
35.3 分析步骤 439
35.4 命令流 447
第36例 热应力分析（直接法）实例——液体管路 449
36.1 概述 449
36.2 问题描述 449
36.3 分析步骤 449
36.4 命令流 456

第七篇 综合应用

第37例 用物理环境法进行流体结构耦合分析实例——液压缸 458
37.1 物理环境法 458
37.1.1 用物理环境法进行顺序耦合场
分析的步骤 458
37.1.2 用物理环境法进行耦合场分析的相关知识 459
37.2 问题描述 460
37.3 命令流 460
第38例 疲劳强度计算实例——受压带圆孔薄板 466
38.1 概述 466
38.1.1 疲劳的概念 466
38.1.2 ANSYS疲劳分析的步骤 467
38.2 问题描述 467
38.3 分析步骤 468
38.4 命令流 475
第39例 子模型技术应用实例—受拉薄板 477
39.1 概述 477
39.1.1 子模型技术的应用 477
39.1.2 子模型技术的特点 478
39.1.3 子模型方法的步骤 478
39.2 问题描述 478
39.3 分析步骤 479
39.4 命令流 486
第40例 优化设计实例——梁的优化设计 488
40.1 概述 488
40.1.1 ANSYS优化设计的概念 488
40.1.2 ANSYS优化设计的步骤 489
40.2 问题描述 490
40.3 分析步骤 490
40.4 命令流 500
练习题 502
第41例 优化设计实例——曲柄摇杆机构的优化设计 503
41.1 问题描述 503
41.2 命令流 504
第42例 拓扑优化实例——实体梁 510
42.1 概述 510
42.1.1 拓扑优化的基本概念 510
42.1.2 ANSYS拓扑优化的步骤 510
42.2 问题描述 511
42.3 分析步骤 512
42.4 命令流 521
第43例 载荷工况组合实例——简支梁 522
43.1 概述 522
43.2 问题描述及解析解 523
43.3 分析步骤 524
43.4 命令流 532
练习题 533
第44例 模型力学特性计算实例——液体容器倾翻特性的研究 534
44.1 问题描述 534
44.2 分析步骤 535
44.3 命令流 541
练习题 542
第45例 单元生死应用实例——焊接模拟 543
45.1 问题描述 543
45.2 关键问题的处理 544
45.3 命令流 545
第46例 同时作用静载荷和正弦载荷的结构分析实例——悬臂梁 554
46.1 概述 554
46.2 原理 554
46.3 分析实例 556
46.4 应用推广—结构同时作用多个正弦载荷时的动力学分析 560
第47例 带预紧力的螺栓连接的有限元分析 566
47.1 螺栓连接的受力分析 566
47.2 分析方法简介 566
47.3 单个螺栓连接的分析实例 568
47.4 螺栓组连接的分析实例 570
47.5 简化模型方法 574
47.6 用温度收缩法模拟预紧力 577
47.7 说明 580
第48例 自适应网格划分实例——受压薄板 581
48.1 概述 581
48.2 问题描述 582
48.3 分析步骤 583
48.4 命令流 588
第49例 参数化设计语言（APDL）应用实例——展成法加工齿轮模拟 589
49.1 概述 589
49.2 问题描述 590
49.3 命令流 590
第50例 参数化设计语言（APDL）应用实例——展成法加工齿轮模拟 593
50.1 问题描述 593
50.2 命令流 593