本书以ANSYS 2020为平台，对应用ANSYS进行机械与结构有限元分析的基本思路、操作步骤和应用技巧进行了详细介绍，全书从实际应用出发，结合编者使用该软件的经验，对实例部分的操作过程采用GUI方式逐步进行了讲解。为了帮助读者熟悉ANSYS的相关操作命令，在每个实例的后面均列出了分析过程的命令流文件。

全书共10章，第1章为绪论，第2章介绍了ANSYS 2020图形用户界面；第3章介绍了建立实体模型，第4章介绍了ANSYS分析基本步骤，第5章介绍了静力分析，第6章介绍了非线性分析，第7章介绍了动力学分析，第8章介绍了热分析，第9章介绍了参数化与单元的生和死，第10章介绍了子模型。

本书适用于ANSYS软件的初、中级用户，可作为理工科院校相关专业高年级本科生、研究生的培训教材，也可作为从事结构分析相关行业的工程技术人员的参考书。

前言

第1章  绪论1

1.1  有限元法简介2

1.1.1  有限元法的基本思想2

1.1.2  有限元法的基本概型3

1.1.3  有限元法的分析步骤5

1.2  ANSYS简介5

1.2.1  ANSYS的发展5

1.2.2  ANSYS的功能6

1.3  ANSYS 2020的启动和配置7

1.3.1  ANSYS 2020的启动7

1.3.2  ANSYS 2020运行环境配置8

1.4  ANSYS程序结构9

1.4.1  处理器9

1.4.2  文件格式9

1.4.3  输入方式9

1.4.4  输出文件类型10

第2章  ANSYS 2020图形用户界面11

2.1  图形用户界面的组成12

2.2  启动图形用户界面13

2.3  对话框及其组件14

2.3.1  文本框14

2.3.2  单选列表14

2.3.3  双列选择列表15

2.3.4  标签对话框15

2.3.5  选取框15

2.4  通用菜单16

2.4.1  文件菜单17

2.4.2  选取菜单19

2.4.3  列表菜单21

2.4.4  绘图菜单25

2.4.5  绘图控制菜单25

2.4.6  工作平面菜单32

2.4.7  参量菜单34

2.4.8  宏菜单36

2.4.9  菜单控制菜单38

2.4.10  帮助菜单38

2.5  输入窗口40

2.6  主菜单40

2.6.1  优选项41

2.6.2  预处理器42

2.6.3  求解器46

2.6.4  通用后处理器49

2.6.5  时间历程后处理器52

2.6.6  记录编辑器54

2.7  输出窗口55

2.8  工具条55

2.9  图形窗口56

2.9.1  图形显示56

2.9.2  多窗口绘图58

2.9.3  增强图形显示61

2.10  个性化界面62

2.10.1  改变字体和颜色62

2.10.2  改变GUI的启动菜单显示62

2.10.3  改变菜单链接和对话框62

第3章  建立实体模型64

3.1  实例导航——几何模型的输入65

3.1.1  输入IGES单一实体65

3.1.2  输入SAT 单一实体67

3.1.3  输入SAT集合70

3.1.4  输入Parasolid 单一实体74

3.2  实例导航——对输入模型进行修改76

3.3  实例导航——自主建模80

3.3.1  自顶向下建模实例80

3.3.2  自底向上建模实例90

第4章  ANSYS分析基本步骤102

4.1  分析问题103

4.1.1  问题描述103

4.1.2  确定问题的范围104

4.2  建立有限元模型106

4.2.1  创建实体模型106

4.2.2  对实体模型进行网格划分113

4.3  施加载荷115

4.4  进行求解119

4.4.1  求解器的类别119

4.4.2  求解检查120

4.4.3  求解的实施120

4.4.4  求解会碰到的问题121

4.5  后处理121

4.6  分析步骤示例——悬臂梁125

4.6.1  分析问题125

4.6.2  建立有限元模型125

4.6.3  施加载荷131

4.6.4  进行求解132

4.6.5  后处理132

4.6.6  命令流134

第5章  静力分析136

5.1  静力分析介绍137

5.1.1  结构静力分析简介137

5.1.2  静力分析的类型138

5.1.3  静力分析基本步骤138

5.2  平面问题静力分析实例——平面齿轮138

5.2.1  分析问题139

5.2.2  建立模型139

5.2.3  定义边界条件并求解154

5.2.4  查看结果157

5.2.5  命令流方式161

5.3  轴对称结构静力分析实例——旋转外轮161

5.3.1  分析问题161

5.3.2  建立模型161

5.3.3  定义边界条件并求解171

5.3.4  查看结果173

5.3.5  命令流方式178

5.4  周期对称结构的静力分析实例——标准齿轮178

5.4.1  分析问题178

5.4.2  建立模型179

5.4.3  定义边界条件并求解188

5.4.4  查看结果190

5.4.5 命令流方式196

5.5  任意三维结构的静力分析实例——联轴器197

5.5.1  分析问题197

5.5.2  建立模型197

5.5.3  定义边界条件并求解201

5.5.4  查看结果205

5.5.5  命令流方式212

第6章  非线性分析213

6.1  非线性分析介绍214

6.1.1  非线性分析简介214

6.1.2  非线性分析的类型214

6.1.3  非线性分析基本步骤215

6.2  几何非线性分析实例——薄圆盘216

6.2.1  分析问题217

6.2.2  建立模型217

6.2.3  定义边界条件并求解221

6.2.4  查看结果225

6.2.5  命令流方式229

6.3  材料非线性分析实例——铆钉230

6.3.1  分析问题230

6.3.2  建立模型231

6.3.3  定义边界条件并求解237

6.3.4  查看结果239

6.3.5  命令流方式243

6.4  状态非线性分析实例——齿轮啮合243

6.4.1  分析问题243

6.4.2  建立模型244

6.4.3  定义边界条件并求解254

6.4.4  查看结果257

6.4.5  命令流方式259

6.5  非线性蠕变分析实例——螺栓蠕变259

6.5.1  问题描述260

6.5.2  建立模型260

6.5.3  设置分析并求解263

6.5.4  查看结果266

6.5.5  命令流方式269

6.6  接触问题分析实例——深沟球轴承269

6.6.1  问题描述269

6.6.2  GUI方式270

6.6.3  查看结果280

6.6.4  命令流方式283

第7章  动力学分析284

7.1  动力分析介绍285

7.1.1  动力分析简介285

7.1.2  动力分析的类型285

7.1.3  动力分析基本步骤286

7.2  结构模态分析实例——齿轮结构291

7.2.1  分析问题292

7.2.2  建立模型292

7.2.3  进行模态设置、定义边界条件并求解299

7.2.4  查看结果303

7.2.5  命令流方式306

7.3  谐响应分析实例——弹簧质子306

7.3.1  问题描述306

7.3.2  建模及划分网格307

7.3.3  模态分析311

7.3.4  谐响应分析313

7.3.5  观察结果315

7.3.6  命令流方式318

7.4  瞬态动力学分析实例——振动系统318

7.4.1  分析问题318

7.4.2  建立模型319

7.4.3  进行瞬态动力分析设置、定义边界条件并求解324

7.4.4  查看结果329

7.4.5  命令流方式331

7.5  谱分析实例——平板结构331

7.5.1  分析问题332

7.5.2  建立模型332

7.5.3  定义边界条件并求解340

7.5.4  查看结果347

7.5.5  命令流方式354

第8章  热分析355

8.1  热分析介绍356

8.1.1  热分析的类型356

8.1.2  热分析的基本过程356

8.2  稳态热分析的实例——换热管357

8.2.1  分析问题357

8.2.2  建立模型358

8.2.3  定义边界条件并求解367

8.2.4  查看结果368

8.2.5  命令流方式369

8.3  瞬态热分析实例——钢球淬火369

8.3.1  分析问题369

8.3.2  建立模型369

8.3.3  定义边界条件并求解373

8.3.4  查看结果376

8.3.5  命令流方式380

8.4  热辐射分析实例——长方体形坯料空冷过程分析380

8.4.1  问题描述380

8.4.2  问题分析380

8.4.3  GUI操作步骤381

8.4.4  命令流方式386

第9章  参数化与单元的生和死387

9.1  参数化设计语言388

9.1.1  参数化设计语言介绍388

9.1.2  参数化设计语言的功能388

9.2  参数化设计语言实例——悬臂梁390

9.2.1  分析问题390

9.2.2  建立模型391

9.2.3  定义边界条件并求解394

9.2.4  查看结果396

9.2.5  命令流方式397

9.3  单元的生和死398

9.3.1  单元的生和死介绍399

9.3.2  单元的生和死方法399

9.3.3  单元的生和死步骤400

9.4  单元的生和死实例——等截面杆401

9.4.1  分析问题401

9.4.2  建立模型402

9.4.3  关闭单元410

9.4.4  命令流方式412

第10章  子模型415

10.1  子模型简介416

10.1.1  子模型概述416

10.1.2  子模型方法416

10.1.3  子模型过程417

10.2  子模型实例——带孔方板420

10.2.1  分析问题420

10.2.2  建立并分析粗糙模型421

10.2.3  建立并分析子模型430

10.2.4  命令流方式437

有限元法作为数值计算方法中在工程分析领域应用较为广泛的一种计算方法，自20世纪中叶以来，以其独有的计算优势得到了广泛的发展和应用，已出现了不同的有限元算法，并由此产生了一批非常成熟的通用和专业有限元分析软件。其中，ANSYS软件因为有多物理场耦合分析功能而成为CAE软件的应用主流，在工程分析中得到了较为广泛的应用。

ANSYS软件是美国ANSYS公司开发的大型通用有限元分析(FEA)软件。作为一款CAE软件，它能够进行结构、热、声、流体以及电磁场等方面的研究，在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医药、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS软件功能强大，操作简单方便，现在它已成为国际较为流行的有限元分析软件，在历年FEA评比中都名列第一。目前，我国有很多所理工院校都采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为教学用软件。

本书以ANSYS 2020为平台，对应用ANSYS进行机械与结构有限元分析的基本思路、操作步骤和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。本书从实际应用出发，结合编者使用该软件的经验，对实例部分的操作过程采用GUI方式逐步进行了讲解。为了帮助读者熟悉ANSYS的相关操作命令，在每个实例的后面均列出了分析过程的命令流文件。

全书共10章，第1章为绪论，第2章介绍了ANSYS 2020图形用户界面，第3章介绍了建立实体模型，第4章介绍了ANSYS分析基本步骤，第5章介绍了静力分析，第6章介绍了非线性分析，第7章介绍了动力学分析，第8章介绍了热分析，第9章介绍了参数化与单元的生和死，第10章介绍了子模型。

本书附有电子资料包，其中除了有每一个实例GUI实际操作步骤的视频以外，还给出了每个实例的命令流文件，读者可以直接调用，还可以登录百度网盘（地址：https://pan.baidu.com/s/1Ya843fniHdXE4S0U5niJ_Q ，密码：swsw）进行下载。

由于编者的水平有限，缺点和错误在所难免，欢迎读者加入学习交流QQ群（180284277）或者登录网站www.sjzswsw.com或发邮件至714491436@qq.com提出宝贵意见。

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