ANSYS Workbench 2020完全自學一本通（簡體書）

本書針對ANSYS公司的有限元分析平臺Workbench 2020，詳細介紹了軟件的功能及應用。本書內容豐富且涉及領域較廣，使讀者在掌握軟件操作的同時，也能掌握解決相關工程領域實際問題的思路與方法，並能自如地解決本領域所出現的問題。 全書分為6篇，共26章，第1篇從有限元分析著手，講解工程問題的數學物理方程及Workbench平臺的基礎應用知識；第2篇以基礎範例為指導，講解在Workbench平臺中進行結構靜力學分析、模態分析、諧響應分析、響應譜分析、隨機振動分析及瞬態動力學分析；第3篇作為進階部分，講解接觸分析、顯式動力學分析、複合材料分析、疲勞分析及壓電分析；第4篇以項目範例為指導，講解穩態熱力學分析、瞬態熱力學分析、計算流體動力學分析、電場分析及磁場分析。本書配套資源中的第5篇作為高級應用篇，講解結構優化分析、線性屈曲分析、APDL編程及聲學分析等；第6篇主要講解多物理場耦合分析，包括電磁耦合、流固耦合、振動噪聲等。

許進峰，畢業於北京航空航天大學，曾就職於五洲工程設計研究院（兵器五院），現為中國科學院光電研究院員工，高級工程師，機械設計組組長。從事光機結構設計、精密機械設計工作。熟練掌握相關有限元分析軟件，已從事機械設計及仿真計算工作十餘年。精通ANSYS、Matlab、UG、Pro/Engineer等軟件。

“完全自學一本通”系列圖書暢銷15年累計超80萬冊。一本書輕鬆玩轉ANSYS Workbench， CAE工程師必備，融入大量實戰經驗、知識講解與有限元分析思路。
由淺入深，循序漸進：本書從有限元基本原理及ANSYS Workbench 2020使用基礎入手，並輔以ANSYS Workbench在工程中的應用案例，幫助讀者儘快掌握利用ANSYS Workbench進行有限元分析的技能。
步驟詳盡，內容新穎：本書結合作者多年的ANSYS Workbench使用經驗與實際工程應用案例，詳細地講解了ANSYS Workbench軟件的使用方法與技巧。本書內容新穎，並在講解過程中輔以相應的圖片，使讀者在閱讀時一目了然，從而快速掌握相應內容。
實例典型，輕鬆易學：學習實際工程應用案例的具體操作是快速掌握ANSYS Workbench的方式。本書通過綜合應用案例，透徹、詳盡地講解了ANSYS Workbench在各方面的應用。

第1篇
第1章 有限元分析概述1
1．1 有限元法發展綜述2
1．1．1 有限元法的孕育和發展2
1．1．2 有限元法的基本思想3
1．1．3 有限元的發展趨勢4
1．2 工程問題的數學物理方程6
1．2．1 工程問題的數學物理方程概述6
1．2．2 變分函數10
1．2．3 插值函數10
1．2．4 形函數10
1．2．5 剛度矩陣11
1．2．6 連通性11
1．2．7 邊界條件11
1．2．8 圓柱坐標系中的問題12
1．2．9 直接方法13
1．3 有限元的解題步驟13
1．4 本章小結14
第2章 幾何建模15
2．1 Workbench 2020平臺及模塊16
2．1．1 Workbench 2020平臺界面16
2．1．2 菜單欄17
2．1．3 工具欄23
2．1．4 工具箱23
2．2 幾何建模27
2．2．1 幾何建模平臺28
2．2．2 菜單欄28
2．2．3 工具欄36
2．2．4 常用命令欄38
2．2．5 模型樹38
2．2．6 幾何建模實例――連接板40
2．3 本章小結47
第3章 網格劃分48
3．1 網格劃分概述49
3．1．1 網格劃分適用領域49
3．1．2 網格劃分方法49
3．1．3 網格默認設置52
3．1．4 網格尺寸設置53
3．1．5 網格質量設置55
3．1．6 網格膨脹層設置61
3．1．7 網格高級選項設置63
3．1．8 網格統計設置64
3．2 網格劃分實例64
3．2．1 實例1――網格尺寸控制64
3．2．2 實例2――掃掠網格劃分71
3．2．3 實例3――多區域網格劃分74
3．2．4 實例4――CDB網格導入78
3．2．5 實例5――BDF網格導入82
3．3 本章小結84
第4章 後處理85
4．1 後處理概述86
4．1．1 查看結果86
4．1．2 顯示結果89
4．1．3 顯示變形89
4．1．4 應力和應變90
4．1．5 接觸結果91
4．1．6 顯示自定義結果92
4．2 案例分析93
4．2．1 問題描述93
4．2．2 建立分析項目93
4．2．3 導入幾何體94
4．2．4 添加材料庫95
4．2．5 添加模型材料屬性96
4．2．6 劃分網格97
4．2．7 施加載荷與約束98
4．2．8 結果後處理99
4．2．9 保存與退出103
4．3 本章小結103
第2篇
第5章 結構靜力學分析104
5．1 線性靜力學分析簡介105
5．1．1 線性靜力學分析105
5．1．2 線性靜力學分析流程106
5．1．3 線性靜力學分析基礎106
5．2 實例1――實體靜力學分析106
5．2．1 問題描述107
5．2．2 建立分析項目107
5．2．3 導入幾何體107
5．2．4 添加材料庫108
5．2．5 添加模型材料屬性110
5．2．6 劃分網格111
5．2．7 施加載荷與約束111
5．2．8 結果後處理113
5．2．9 保存與退出115
5．2．10 讀者演練115
5．3 實例2――梁單元線性靜力學分析115
5．3．1 問題描述116
5．3．2 建立分析項目116
5．3．3 創建幾何體116
5．3．4 添加材料庫120
5．3．5 添加模型材料屬性121
5．3．6 劃分網格122
5．3．7 施加載荷與約束123
5．3．8 結果後處理125
5．3．9 保存與退出127
5．3．10 讀者演練127
5．4 實例3――板單元靜力學分析128
5．4．1 問題描述128
5．4．2 建立分析項目128
5．4．3 創建幾何體129
5．4．4 添加材料庫129
5．4．5 添加模型材料屬性130
5．4．6 劃分網格131
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
5．4．10 讀者演練135
5．5 本章小結135
第6章 模態分析136
6．1 結構動力學分析簡介137
6．1．1 結構動力學分析137
6．1．2 結構動力學分析的阻尼137
6．2 模態分析簡介138
6．2．1 模態分析概述138
6．2．2 模態分析基礎139
6．2．3 預應力模態分析139
6．3 實例1――方杆模態分析139
6．3．1 問題描述140
6．3．2 建立分析項目140
6．3．3 創建幾何體140
6．3．4 添加材料庫141
6．3．5 添加模型材料屬性142
6．3．6 劃分網格143
6．3．7 施加載荷與約束143
6．3．8 結果後處理145
6．3．9 保存與退出147
6．4 實例2――方板在預壓力下的模態分析148
6．4．1 問題描述148
6．4．2 建立分析項目148
6．4．3 創建幾何體148
6．4．4 添加材料庫149
6．4．5 添加模型材料屬性151
6．4．6 劃分網格151
6．4．7 施加載荷與約束152
6．4．8 模態分析153
6．4．9 結果後處理154
6．4．10 保存與退出156
6．5 實例3――方板在預拉力下的模態分析156
6．5．1 問題描述156
6．5．2 修改外載荷數據156
6．5．3 模態分析（1）157
6．5．4 結果後處理157
6．5．5 保存與退出158
6．5．6 結論159
6．6 實例4――方板在阻尼下的模態分析159
6．6．1 問題描述159
6．6．2 模態分析（2）159
6．6．3 結果後處理160
6．6．4 保存與退出161
6．7 本章小結161
第7章 諧響應分析162
7．1 諧響應分析簡介163
7．1．1 諧響應分析概述163
7．1．2 諧響應分析的載荷與輸出163
7．1．3 諧響應分析通用方程164
7．2 實例1――梁單元諧響應分析164
7．2．1 問題描述164
7．2．2 建立分析項目164
7．2．3 創建模態分析項目165
7．2．4 材料選擇166
7．2．5 施加載荷與約束166
7．2．6 模態求解168
7．2．7 結果後處理（1）168
7．2．8 創建諧響應分析項目170
7．2．9 施加載荷與約束171
7．2．10 諧響應計算172
7．2．11 結果後處理（2）172
7．2．12 保存與退出174
7．3 實例2――實體單元諧響應分析175
7．3．1 問題描述175
7．3．2 建立分析項目175
7．3．3 材料選擇176
7．3．4 施加載荷與約束176
7．3．5 模態求解178
7．3．6 結果後處理（1）178
7．3．7 諧響應分析180
7．3．8 諧響應計算181
7．3．9 結果後處理（2）181
7．3．10 保存與退出183
7．4 實例3――含阻尼諧響應分析183
7．5 本章小結185
第8章 響應譜分析186
8．1 響應譜分析簡介187
8．1．1 頻譜的定義187
8．1．2 響應譜分析的基本概念188
8．2 實例1――簡單梁響應譜分析189
8．2．1 問題描述190
8．2．2 建立分析項目190
8．2．3 導入幾何體191
8．2．4 靜力學分析192
8．2．5 添加材料庫192
8．2．6 接觸設置192
8．2．7 完成網格劃分193
8．2．8 施加約束193
8．2．9 模態分析195
8．2．10 結果後處理（1）195
8．2．11 響應譜分析196
8．2．12 添加加速度譜197
8．2．13 結果後處理（2）198
8．2．14 其他設置200
8．2．15 保存與退出202
8．3 實例2――建築物響應譜分析202
8．3．1 問題描述202
8．3．2 建立分析項目203
8．3．3 導入幾何體203
8．3．4 靜力學分析204
8．3．5 添加材料庫204
8．3．6 劃分網格204
8．3．7 施加曲面約束204
8．3．8 施加固定約束205
8．3．9 模態分析206
8．3．10 結果後處理（1）206
8．3．11 響應譜分析208
8．3．12 添加加速度譜208
8．3．13 結果後處理（2）210
8．3．14 保存與退出212
8．4 本章小結212
第9章 隨機振動分析213
9．1 隨機振動分析簡介214
9．2 實例1――簡單橋樑隨機振動分析215
9．2．1 問題描述215
9．2．2 建立分析項目215
9．2．3 導入幾何體216
9．2．4 靜力學分析217
9．2．5 添加材料庫217
9．2．6 接觸設置217
9．2．7 完成網格劃分218
9．2．8 施加約束218
9．2．9 模態分析220
9．2．10 結果後處理（1）220
9．2．11 隨機振動分析221
9．2．12 添加加速度譜222
9．2．13 結果後處理（2）223
9．2．14 保存與退出225
9．3 實例2――建築物隨機振動分析225
9．3．1 問題描述225
9．3．2 建立分析項目225
9．3．3 導入幾何體226
9．3．4 靜力學分析226
9．3．5 添加材料庫226
9．3．6 劃分網格227
9．3．7 施加曲面約束227
9．3．8 施加固定約束228
9．3．9 模態分析229
9．3．10 結果後處理（1）229
9．3．11 隨機振動分析231
9．3．12 添加加速度譜231
9．3．13 結果後處理（2）233
9．3．14 保存與退出235
9．4 本章小結235
第10章 瞬態動力學分析236
10．1 瞬態動力學分析簡介237
10．2 實例1――建築物地震分析237
10．2．1 問題描述237
10．2．2 建立分析項目238
10．2．3 創建幾何體239
10．2．4 瞬態動力學分析239
10．2．5 添加材料庫240
10．2．6 劃分網格240
10．2．7 施加約束241
10．2．8 結果後處理243
10．2．9 保存與退出245
10．3 實例2――震動分析245
10．3．1 問題描述246
10．3．2 建立分析項目246
10．3．3 導入幾何體246
10．3．4 模態分析247
10．3．5 模態分析前處理247
10．3．6 施加約束248
10．3．7 結果後處理（1）250
10．3．8 瞬態動力學分析251
10．3．9 添加動態力載荷252
10．3．10 結果後處理（2）254
10．3．11 保存與退出255
10．4 本章小結256
第3篇
第11章 接觸分析257
11．1 接觸分析簡介258
11．2 實例――鋁合金板孔受力分析259
11．2．1 問題描述260
11．2．2 建立分析項目260
11．2．3 創建幾何體260
11．2．4 添加材料庫262
11．2．5 添加模型材料屬性263
11．2．6 創建接觸263
11．2．7 劃分網格263
11．2．8 施加載荷與約束265
11．2．9 結果後處理265
11．2．10 保存與退出267
11．3 本章小結267
第12章 顯式動力學分析268
12．1 顯式動力學分析簡介269
12．2 實例1――鋼球撞擊金屬網分析270
12．2．1 問題描述270
12．2．2 建立分析項目270
12．2．3 啟動Workbench LS-DYNA建立項目272
12．2．4 材料選擇與賦予272
12．2．5 建立項目分析273
12．2．6 分析前處理274
12．2．7 施加載荷274
12．2．8 結果後處理276
12．2．9 保存與退出278
12．2．10 問題解讀279
12．3 實例2――金屬塊穿透鋼板分析279
12．3．1 問題描述279
12．3．2 建立分析項目279
12．3．3 繪製幾何模型280
12．3．4 添加材料庫280
12．3．5 添加材料282
12．3．6 顯式動力學分析前處理283
12．3．7 施加約束284
12．3．8 結果後處理286
12．3．9 啟動Autodyn軟件287
12．3．10 保存與退出289
12．4 本章小結289
第13章 複合材料分析290
13．1 複合材料概述291
13．1．1 複合材料簡介291
13．1．2 複合材料層合板強度的計算模型292
13．1．3 複合材料層合板強度的有限元法293
13．2 複合材料的失效準則294
13．2．1 Zinoviev理論294
13．2．2 Bogetti理論295
13．2．3 Puck理論295
13．2．4 Cuntze理論296
13．2．5 Tsai理論296
13．3 ANSYS ACP模塊功能概述297
13．4 實例1――複合板受力分析300
13．4．1 問題描述300
13．4．2 啟動Workbench軟件300
13．4．3 靜力學分析項目301
13．4．4 定義複合材料數據302
13．4．5 數據更新304
13．4．6 ACP複合材料定義305
13．4．7 有限元計算313
13．4．8 結果後處理314
13．4．9 ACP專業後處理工具314
13．4．10 保存與退出316
13．5 實例2――複合筒受力分析316
13．5．1 問題描述316
13．5．2 啟動Workbench軟件316
13．5．3 靜力學分析項目317
13．5．4 定義複合材料數據318
13．5．5 數據更新320
13．5．6 ACP複合材料定義321
13．5．7 有限元計算329
13．5．8 結果後處理329
13．5．9 ACP專業後處理工具330
13．5．10 保存與退出332
13．6 本章小結332
第14章 疲勞分析333
14．1 疲勞分析簡介334
14．2 疲勞分析方法335
14．2．1 疲勞程序335
14．2．2 應力-壽命曲線336
14．2．3 疲勞材料特性337
14．3 實例1――椅子疲勞分析337
14．3．1 問題描述338
14．3．2 建立分析項目338
14．3．3 導入幾何體338
14．3．4 添加材料庫339
14．3．5 添加模型材料屬性340
14．3．6 劃分網格341
14．3．7 施加載荷與約束341
14．3．8 結果後處理343
14．3．9 保存文件345
14．3．10 添加疲勞分析命令345
14．3．11 保存與退出348
14．4 實例2――板模型疲勞分析349
14．4．1 問題描述349
14．4．2 建立分析項目350
14．4．3 導入幾何體350
14．4．4 添加材料庫351
14．4．5 添加模型材料屬性351
14．4．6 劃分網格351
14．4．7 施加載荷與約束352
14．4．8 結果後處理353
14．4．9 保存文件354
14．4．10 添加疲勞分析命令354
14．4．11 保存與退出356
14．5 本章小結357
第15章 壓電分析358
15．1 壓電材料的基本知識359
15．1．1 壓電材料的概念359
15．1．2 壓電材料的主要特性359
15．1．3 壓電材料的分類360
15．1．4 壓電材料的應用362
15．1．5 壓電複合材料的有限元分析方法364
15．1．6 基本耦合公式364
15．1．7 壓電材料的主要參數364
15．2 壓電分析模塊的安裝367
15．3 實例1――正壓電分析369
15．3．1 問題描述369
15．3．2 建立分析項目369
15．3．3 導入創建幾何體370
15．3．4 添加材料庫371
15．3．5 建立靜態分析項目371
15．3．6 網格與屬性371
15．3．7 施加載荷與約束373
15．3．8 結果後處理374
15．3．9 保存與退出375
15．4 實例2――逆壓電分析375
15．4．1 問題描述375
15．4．2 建立分析項目376
15．4．3 導入幾何體376
15．4．4 添加材料庫377
15．4．5 建立靜態分析項目377
15．4．6 網格與屬性378
15．4．7 施加載荷與約束379
15．4．8 結果後處理380
15．4．9 保存與退出382
15．5 本章小結382
第4篇
第16章 穩態熱力學分析383
16．1 穩態熱力學分析簡介384
16．1．1 熱力學分析目的384
16．1．2 穩態熱力學分析方程384
16．1．3 基本傳熱方式384
16．2 實例1――熱傳導分析385
16．2．1 問題描述385
16．2．2 建立分析項目385
16．2．3 導入幾何體386
16．2．4 創建分析項目387
16．2．5 添加材料庫387
16．2．6 添加模型材料屬性388
16．2．7 劃分網格389
16．2．8 施加載荷與約束390
16．2．9 結果後處理391
16．2．10 保存與退出393
16．3 實例2――熱對流分析393
16．3．1 問題描述393
16．3．2 建立分析項目393
16．3．3 導入幾何體模型394
16．3．4 創建分析項目395
16．3．5 添加材料庫395
16．3．6 添加模型材料屬性396
16．3．7 劃分網格397
16．3．8 施加載荷與約束397
16．3．9 結果後處理399
16．3．10 保存與退出400
16．3．11 讀者演練400
16．4 實例3――熱輻射分析401
16．4．1 案例介紹401
16．4．2 建立分析項目401
16．4．3 定義材料參數401
16．4．4 導入幾何模型402
16．4．5 劃分網格402
16．4．6 定義荷載404
16．4．7 結果後處理406
16．4．8 保存並退出407
16．5 本章小結407
第17章 瞬態熱力學分析408
17．1 瞬態熱力學分析簡介409
17．2 實例1――散熱片瞬態熱力學分析409
17．2．1 問題描述409
17．2．2 建立分析項目409
17．2．3 創建瞬態熱分析410
17．2．4 施加載荷與約束410
17．2．5 結果後處理411
17．2．6 保存與退出411
17．3 實例2――高溫鋼塊瞬態熱力學分析411
17．3．1 問題描述412
17．3．2 建立分析項目412
17．3．3 定義材料412
17．3．4 施加載荷與約束413
17．3．5 結果後處理415
17．3．6 保存與退出415
17．4 本章小結415
第18章 計算流體動力學分析416
18．1 計算流體動力學概述417
18．1．1 CFD簡介417
18．1．2 CFD基礎420
18．2 實例1――CFX內流場分析427
18．2．1 問題描述428
18．2．2 建立分析項目428
18．2．3 導入幾何體429
18．2．4 前處理設置429
18．2．5 初始化及求解控制434
18．2．6 流體計算436
18．2．7 結果後處理437
18．3 實例2――Fluent流場分析439
18．3．1 問題描述439
18．3．2 啟動軟件與保存文件440
18．3．3 導入幾何體440
18．3．4 網格劃分441
18．3．5 進入Fluent平臺442
18．3．6 選擇材料444
18．3．7 設置幾何體屬性445
18．3．8 設置流體邊界條件445
18．3．9 設置求解器447
18．3．10 結果後處理448
18．3．11 Post後處理450
18．4 實例3――Icepak流場分析453
18．4．1 問題描述455
18．4．2 啟動軟件與保存文件455
18．4．3 導入幾何體455
18．4．4 添加Icepak模塊456
18．4．5 設置熱源459
18．4．6 求解分析460
18．4．7 Post後處理462
18．4．8 靜力學分析464
18．5 本章小結466
第19章 電場分析467
19．1 電磁場基本理論468
19．1．1 麥克斯韋方程組468
19．1．2 一般形式的電磁場偏微分方程469
19．1．3 電磁場中常見邊界條件470
19．1．4 ANSYS Workbench平臺電磁分析470
19．1．5 Ansoft軟件電磁分析471
19．2 實例1――平行板電容計算472
19．2．1 建立分析項目472
19．2．2 建立幾何體473
19．2．3 建立求解器474
19．2．4 添加材料474
19．2．5 網格劃分474
19．2．6 求解計算475
19．2．7 手動計算電容476
19．2．8 保存與退出477
19．3 實例2――並聯電容計算477
19．3．1 建立分析項目477
19．3．2 建立幾何體478
19．3．3 建立求解器479
19．3．4 添加材料479
19．3．5 網格劃分480
19．3．6 求解計算482
19．3．7 手動計算電容482
19．3．8 保存與退出483
19．4 本章小結483
第20章 磁場分析484
20．1 電磁場基本理論485
20．2 靜態磁場分析實例1――導體磁場計算485
20．2．1 建立分析項目486
20．2．2 建立幾何體486
20．2．3 建立求解器487
20．2．4 定義材料屬性487
20．2．5 邊界條件與激勵488
20．2．6 求解計算489
20．2．7 圖表顯示491
20．2．8 加載Maxwell工程文件492
20．2．9 保存與退出492
20．3 靜態磁場分析實例2――電感計算493
20．3．1 建立分析項目493
20．3．2 建立幾何體494
20．3．3 建立求解器494
20．3．4 添加材料495
20．3．5 網格劃分496
20．3．6 求解計算497
20．3．7 計算互感係數498
20．3．8 保存與退出498
20．4 渦流磁場分析實例3――金屬塊渦流損耗499
20．4．1 建立分析項目499
20．4．2 導入幾何體500
20．4．3 建立求解器500
20．4．4 添加材料501
20．4．5 邊界條件設定501
20．4．6 求解計算502
20．4．7 損耗計算504
20．4．8 損耗計算應用505
20．4．9 保存與退出505
20．5 本章小結505