ANSYS Workbench 2024有限元分析從入門到精通（升級版）

目 錄
第1部分
第1章 ANSYS Workbench 2024概述 1
1.1 Workbench 2024平臺界面 1
1.1.1 菜單欄 2
1.1.2 工具欄 9
1.1.3 工具箱 10
1.2 操作實例——建立用戶自定義分析模板 12
1.3 本章小結 15
第2章 幾何建模 16
2.1 DesignModeler幾何建模概述 16
2.1.1 DesignModeler幾何建模平臺 17
2.1.2 菜單欄 17
2.1.3 工具欄 26
2.1.4 常用命令欄 28
2.1.5 Tree Outline（模型樹） 28
2.1.6 DesignModeler的啟動與草繪 31
2.1.7 DesignModeler特有操作 34
2.2 幾何建模實例 41
2.2.1 幾何建模實例1——實體建模 41
2.2.2 幾何建模實例2——概念建模 45
2.3 本章小結 50
第3章 網格劃分 51
3.1 Meshing網格劃分 51
3.1.1 Meshing網格劃分適用領域 51
3.1.2 Meshing網格劃分方法 52
3.1.3 Meshing網格默認設置 55
3.1.4 Meshing網格尺寸設置 56
3.1.5 Meshing網格質量設置 58
3.1.6 Meshing網格膨脹層設置 64
3.1.7 Meshing網格高級選項設置 65
3.1.8 Meshing網格統計設置 66
3.2 Meshing網格劃分實例 66
3.2.1 應用實例1——Inflation網格劃分 67
3.2.2 應用實例2——MultiZone網格劃分 71
3.3 ANSYS Workbench其他網格劃分工具 77
3.3.1 ICEM CFD軟件簡介 77
3.3.2 TGrid軟件簡介 78
3.3.3 Gambit軟件功能 79
3.4 本章小結 80
第4章 後處理 81
4.1 ANSYS Workbench 2024後處理 81
4.1.1 查看結果 81
4.1.2 顯示結果 85
4.1.3 顯示變形 85
4.1.4 應力和應變 86
4.1.5 接觸結果 87
4.1.6 自定義結果顯示 88
4.2 案例分析 89
4.2.1 問題描述 89
4.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 89
4.2.3 導入幾何體 90
4.2.4 添加材料庫 91
4.2.5 添加模型材料屬性 93
4.2.6 劃分網格 94
4.2.7 施加載荷與約束 94
4.2.8 結果後處理 96
4.2.9 保存與退出 99
4.3 本章小結 100
第2部分
第5章 結構靜力學分析 101
5.1 線性靜力學分析概述 101
5.1.1 線性靜力學分析簡介 101
5.1.2 線性靜力學分析流程 102
5.1.3 線性靜力學分析基礎 102
5.2 項目分析1——實體單元靜力學分析 103
5.2.1 問題描述 103
5.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 103
5.2.3 導入幾何體 104
5.2.4 添加材料庫 105
5.2.5 添加模型材料屬性 106
5.2.6 劃分網格 107
5.2.7 施加載荷與約束 108
5.2.8 結果後處理 109
5.2.9 保存與退出 111
5.3 項目分析2——梁單元線性靜力學分析 111
5.3.1 問題描述 111
5.3.2 啟動Workbench並建立分析項目 112
5.3.3 創建幾何體 112
5.3.4 添加材料庫 118
5.3.5 添加模型材料屬性 120
5.3.6 劃分網格 121
5.3.7 施加載荷與約束 121
5.3.8 結果後處理 123
5.3.9 保存與退出 125
5.4 項目分析3——曲面實體靜力學分析 126
5.4.1 問題描述 126
5.4.2 啟動Workbench並建立分析項目 126
5.4.3 導入幾何體 127
5.4.4 添加材料庫 128
5.4.5 添加模型材料屬性 129
5.4.6 劃分網格 130
5.4.7 施加載荷與約束 131
5.4.8 結果後處理 133
5.4.9 保存與退出 134
5.5 項目分析4——支承座靜力學分析 135
5.5.1 問題描述 135
5.5.2 添加材料和導入模型 135
5.5.3 修改模型 138
5.5.4 賦予材料和劃分網格 139
5.5.5 添加約束和載荷 141
5.5.6 求解 143
5.5.7 結果後處理 143
5.5.8 保存與退出 145
5.6 項目分析5——子模型靜力學分析 145
5.6.1 問題描述 145
5.6.2 啟動Workbench並建立分析項目 146
5.6.3 導入幾何體 146
5.6.4 添加材料庫 147
5.6.5 添加模型材料屬性 149
5.6.6 劃分網格 150
5.6.7 施加載荷與約束 151
5.6.8 結果後處理 152
5.6.9 子模型分析 154
5.6.10 保存並退出 157
5.7 本章小結 158
第6章 模態分析 159
6.1 模態分析概述 159
6.1.1 模態分析簡介 159
6.1.2 模態分析基礎 160
6.2 項目分析1——電腦機箱模態分析 160
6.2.1 問題描述 161
6.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 161
6.2.3 導入幾何體 161
6.2.4 添加材料庫 162
6.2.5 添加模型材料屬性 164
6.2.6 劃分網格 165
6.2.7 施加載荷與約束 166
6.2.8 結果後處理 167
6.2.9 保存與退出 169
6.3 項目分析2——零件有預應力模態分析 170
6.3.1 問題描述 170
6.3.2 啟動Workbench並建立分析項目 170
6.3.3 導入幾何體 171
6.3.4 添加材料庫 172
6.3.5 添加模型材料屬性 173
6.3.6 劃分網格 174
6.3.7 施加載荷與約束 175
6.3.8 模態分析 176
6.3.9 結果後處理 177
6.3.10 保存與退出 179
6.4 項目分析3——制動鼓模態分析 179
6.4.1 問題描述 180
6.4.2 添加材料和導入幾何體 180
6.4.3 賦予材料和劃分網格 181
6.4.4 添加約束和載荷 182
6.4.5 求解 183
6.4.6 結果後處理 184
6.4.7 保存與退出 186
6.5 本章小結 187
第7章 諧響應分析 188
7.1 諧響應分析概述 188
7.1.1 諧響應分析簡介 188
7.1.2 諧響應分析基礎 189
7.2 項目分析1——電腦機箱諧響應分析 189
7.2.1 問題描述 189
7.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 189
7.2.3 創建諧響應分析項目 190
7.2.4 施加載荷與約束 191
7.2.5 結果後處理 193
7.2.6 保存與退出 196
7.3 項目分析2——齒輪箱諧響應分析 196
7.3.1 問題描述 197
7.3.2 啟動Workbench並建立分析項目 197
7.3.3 創建模態分析項目 198
7.3.4 材料選擇 198
7.3.5 施加載荷與約束 199
7.3.6 模態求解 201
7.3.7 結果後處理（1） 201
7.3.8 創建諧響應分析項目 202
7.3.9 施加載荷與約束 203
7.3.10 諧響應計算 205
7.3.11 結果後處理（2） 205
7.3.12 保存與退出 207
7.4 項目分析3——絲桿諧響應分析 207
7.4.1 問題描述 208
7.4.2 添加材料和導入幾何體 208
7.4.3 賦予材料和劃分網格 209
7.4.4 添加約束和載荷 210
7.4.5 諧響應求解 212
7.4.6 諧響應後處理 212
7.4.7 保存與退出 216
7.5 本章小結 216
第8章 響應譜分析 217
8.1 響應譜分析簡介 217
8.2 項目分析1——塔架響應譜分析 218
8.2.1 問題描述 218
8.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 218
8.2.3 導入幾何體 219
8.2.4 模態分析 220
8.2.5 添加材料庫 220
8.2.6 劃分網格 221
8.2.7 施加約束 222
8.2.8 結果後處理（1） 223
8.2.9 響應譜分析 225
8.2.10 添加加速度譜 226
8.2.11 結果後處理（2） 228
8.2.12 保存與退出 228
8.3 項目分析2——電腦機箱響應譜分析 229
8.3.1 問題描述 229
8.3.2 啟動Workbench並建立分析項目 229
8.3.3 響應譜分析 230
8.3.4 添加加速度譜 231
8.3.5 結果後處理 232
8.3.6 保存與退出 234
8.4 本章小結 234
第9章 瞬態動力學分析 235
9.1 瞬態動力學分析概述 235
9.1.1 瞬態動力學分析簡介 235
9.1.2 瞬態動力學分析方程 236
9.2 項目分析1——實體梁瞬態
動力學分析 236
9.2.1 問題描述 237
9.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 237
9.2.3 創建幾何體 237
9.2.4 模態分析 239
9.2.5 創建材料 240
9.2.6 模態分析前處理 242
9.2.7 施加約束 243
9.2.8 結果後處理（1） 245
9.2.9 瞬態動力學分析 246
9.2.10 添加動態力載荷 247
9.2.11 結果後處理（2） 250
9.2.12 保存與退出 251
9.3 項目分析2——彈簧瞬態動力學分析 251
9.3.1 問題描述 252
9.3.2 啟動Workbench並建立分析項目 252
9.3.3 創建幾何體模型 252
9.3.4 模態分析 253
9.3.5 模態分析前處理 253
9.3.6 施加約束 255
9.3.7 結果後處理（1） 256
9.3.8 瞬態動力學分析 257
9.3.9 添加動態力載荷 258
9.3.10 結果後處理（2） 261
9.3.11 保存與退出 262
9.4 本章小結 263
第10章 隨機振動分析 264
10.1 隨機振動分析簡介 264
10.2 項目分析1——實體梁隨機振動分析 265
10.2.1 問題描述 265
10.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 265
10.2.3 創建幾何體模型 265
10.2.4 模態分析 268
10.2.5 創建材料 268
10.2.6 模態分析前處理 270
10.2.7 施加約束 271
10.2.8 結果後處理（1） 273
10.2.9 隨機振動分析 274
10.2.10 添加加速度譜 275
10.2.11 結果後處理（2） 276
10.2.12 保存與退出 277
10.3 項目分析2——彈簧隨機振動分析 278
10.3.1 問題描述 278
10.3.2 啟動Workbench並建立分析項目 278
10.3.3 創建幾何體 279
10.3.4 模態分析 280
10.3.5 模態分析前處理 280
10.3.6 施加約束 281
10.3.7 結果後處理（1） 282
10.3.8 隨機振動分析 284
10.3.9 添加動態力載荷 285
10.3.10 結果後處理（2） 286
10.3.11 保存與退出 288
10.4 本章小結 288
第3部分
第11章 顯式動力學分析 289
11.1 顯式動力學分析簡介 289
11.1.1 ANSYS Explicit STR 289
11.1.2 ANSYS Autodyn 290
11.1.3 ANSYS LS-DYNA 290
11.2 項目分析1——鋼釘受力顯式動力學分析 291
11.2.1 問題描述 291
11.2.2 啟動Creo Parametric 3.0 291
11.2.3 啟動Workbench並建立分析項目 293
11.2.4 顯式動力學分析 294
11.2.5 材料選擇 295
11.2.6 材料賦予 296
11.2.7 分析前處理 297
11.2.8 施加載荷與約束 298
11.2.9 結果後處理 300
11.2.10 保存與退出 302
11.3 項目分析2——鋼板成型顯式動力學分析 303
11.3.1 問題描述 303
11.3.2 啟動Workbench並建立分析項目 304
11.3.3 導入幾何模型 304
11.3.4 材料選擇 305
11.3.5 顯式動力學分析前處理 306
11.3.6 施加約束 308
11.3.7 結果後處理 310
11.3.8 啟動Autodyn軟件 312
11.3.9 保存與退出 313
11.4 本章小結 313
第12章 結構非線性分析 314
12.1 結構非線性分析簡介 314
12.1.1 Contact Type——接觸類型 315
12.1.2 塑性 316
12.1.3 屈服準則 316
12.1.4 非線性分析 316
12.2 項目分析——接觸大變形分析 317
12.2.1 問題描述 317
12.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 317
12.2.3 創建幾何體模型 318
12.2.4 瞬態分析 319
12.2.5 創建材料 319
12.2.6 瞬態分析前處理 321
12.2.7 施加約束 323
12.2.8 結果後處理 325
12.3 本章小結 326
第13章 接觸分析 327
13.1 接觸分析簡介 327
13.2 項目分析1——虎鉗接觸分析 328
13.2.1 問題描述 328
13.2.2 啟動Workbench軟件 328
13.2.3 導入幾何體 329
13.2.4 創建分析項目 330
13.2.5 添加材料庫 330
13.2.6 添加模型材料屬性 332
13.2.7 創建接觸 332
13.2.8 劃分網格 336
13.2.9 施加載荷 336
13.2.10 結果後處理 338
13.2.11 保存與退出 339
13.3 項目分析2——裝配體接觸分析 339
13.3.1 問題描述 340
13.3.2 啟動Workbench軟件 340
13.3.3 導入幾何體 341
13.3.4 創建分析項目 341
13.3.5 添加材料庫 342
13.3.6 添加模型材料屬性 343
13.3.7 創建接觸 344
13.3.8 劃分網格 347
13.3.9 施加載荷與約束 348
13.3.10 結果後處理 350
13.3.11 保存與退出 351
13.4 本章小結 351
第14章 特徵值屈曲分析 352
14.1 特徵值屈曲分析簡介 352
14.1.1 屈曲分析 352
14.1.2 特徵值屈曲分析方程 353
14.2 項目分析1——鋼管特徵值屈曲分析 353
14.2.1 問題描述 353
14.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 353
14.2.3 創建幾何體 354
14.2.4 設置材料 356
14.2.5 添加模型材料屬性 356
14.2.6 劃分網格 357
14.2.7 施加載荷與約束 359
14.2.8 結果後處理（1） 361
14.2.9 特徵值屈曲分析 363
14.2.10 施加載荷與約束 363
14.2.11 結果後處理（2） 365
14.2.12 保存與退出 366
14.3 項目分析2——金屬容器特徵值屈曲分析 366
14.3.1 問題描述 367
14.3.2 啟動Workbench並建立分析項目 367
14.3.3 創建幾何體 367
14.3.4 設置材料 369
14.3.5 添加模型材料屬性 370
14.3.6 劃分網格 370
14.3.7 施加載荷與約束 371
14.3.8 結果後處理（1） 373
14.3.9 特徵值屈曲分析 375
14.3.10 施加載荷與約束 375
14.3.11 結果後處理（2） 377
14.3.12 保存與退出 378
14.4 項目分析3——工字梁特徵值屈曲分析 379
14.4.1 問題描述 379
14.4.2 添加材料和導入幾何體 379
14.4.3 添加屈曲分析項目 382
14.4.4 賦予材料和劃分網格 382
14.4.5 添加約束和載荷 384
14.4.6 靜態壓力求解 386
14.4.7 屈曲分析求解 386
14.4.8 結果後處理 387
14.4.9 保存與退出 388
14.5 本章小結 388

第4部分
第15章 熱力學分析 389
15.1 熱力學分析簡介 389
15.1.1 熱力學分析目的 389
15.1.2 熱力學分析方程 390
15.1.3 基本熱量傳遞方式 390
15.2 項目分析1——杯子穩態熱力學分析 391
15.2.1 問題描述 391
15.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 391
15.2.3 導入幾何體 392
15.2.4 創建分析項目 393
15.2.5 添加材料庫 393
15.2.6 添加模型材料屬性 395
15.2.7 劃分網格 396
15.2.8 施加載荷與約束 396
15.2.9 結果後處理 398
15.2.10 保存與退出 399
15.3 項目分析2——杯子瞬態熱力學分析 400
15.3.1 瞬態熱力學分析 400
15.3.2 設置分析選項 400
15.3.3 結果後處理 402
15.3.4 保存與退出 402
15.4 本章小結 402
第16章 疲勞分析 403
16.1 疲勞分析簡介 403
16.1.1 疲勞概述 403
16.1.2 恆定振幅載荷 404
16.1.3 成比例載荷 404
16.1.4 應力定義 404
16.1.5 應力-壽命曲線 404
16.1.6 總結 405
16.2 項目分析1——椅子疲勞分析 405
16.2.1 問題描述 406
16.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 406
16.2.3 保存工程文件 406
16.2.4 更改設置 407
16.2.5 添加Fatigue Tool命令 408
16.2.6 保存與退出 410
16.3 項目分析2——實體疲勞分析 411
16.3.1 問題描述 411
16.3.2 啟動Workbench並建立分析項目 411
16.3.3 導入幾何體 412
16.3.4 添加材料庫 412
16.3.5 進入分析界面 413
16.3.6 劃分網格 413
16.3.7 施加載荷與約束 414
16.3.8 結果後處理 415
16.3.9 保存文件 416
16.3.10 添加Fatigue Tool命令 416
16.3.11 疲勞分析 417
16.3.12 保存與退出 418
16.4 本章小結 418
第17章 流體動力學分析 420
17.1 流體動力學分析概述 420
17.1.1 計算流體動力學分析 420
17.1.2 基本控制方程 423
17.2 項目分析1——三通內流場分析 426
17.2.1 問題描述 426
17.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 427
17.2.3 導入幾何體 427
17.2.4 流體動力學分析 428
17.2.5 網格劃分 429
17.2.6 流體動力學前處理 431
17.2.7 流體計算 434
17.2.8 結果後處理 434
17.3 項目分析2——葉輪外流場分析 437
17.3.1 問題描述 437
17.3.2 啟動Workbench並建立分析項目 437
17.3.3 創建幾何體模型 437
17.3.4 創建外部流場 439
17.3.5 流體動力學分析 439
17.3.6 網格劃分 440
17.3.7 流體動力學前處理 442
17.3.8 流體計算 446
17.3.9 結果後處理 447
17.3.10 結構靜力學分析模塊 448
17.4 本章小結 453
第18章 結構優化分析 454
18.1 結構優化分析簡介 454
18.1.1 優化設計概述 454
18.1.2 ANSYS Workbench結構優化分析簡介 455
18.1.3 ANSYS Workbench結構優化分析工具 456
18.2 項目分析——響應曲面優化分析 456
18.2.1 問題描述 457
18.2.2 啟動Workbench並建立分析項目 457
18.2.3 導入幾何模型 457
18.2.4 結果後處理 463
18.3 本章小結 471
第5部分

第19章 多物理場耦合分析 472
19.1 多物理場耦合分析簡介 472
19.2 項目分析1——四分裂導線電磁結構耦合分析 473
19.2.1 問題描述 473
19.2.2 啟動軟件與保存文檔 474
19.2.3 建立電磁分析項目與讀取數據 474
19.2.4 設置求解器與求解域 475
19.2.5 賦予材料屬性 476
19.2.6 添加激勵 477
19.2.7 劃分網格與創建分析步 478
19.2.8 檢查模型與求解 480
19.2.9 結果後處理（1） 480
19.2.10 創建靜力學分析項目和數據共享 481
19.2.11 設定材料 483
19.2.12 劃分網格 484
19.2.13 添加邊界條件與映射激勵 486
19.2.14 求解 487
19.2.15 結果後處理（2） 487
19.2.16 保存與退出 489
19.3 項目分析2——螺線管電磁結構耦合分析 489
19.3.1 問題描述 489
19.3.2 啟動軟件與保存文檔 490
19.3.3 導入幾何體 491
19.3.4 建立電磁分析項目與讀取數據 492
19.3.5 設置求解器與求解域 495
19.3.6 賦予材料屬性 496
19.3.7 添加激勵 496
19.3.8 檢查模型與求解 497
19.3.9 結果後處理（1） 498
19.3.10 創建靜力學分析項目和數據共享 499
19.3.11 設定材料 500
19.3.12 劃分網格 501
19.3.13 添加邊界條件與映射激勵 502
19.3.14 求解 503
19.3.15 結果後處理（2） 504
19.3.16 保存與退出 504
19.4 本章小結 505