ANSYS 14.5 Workbench机械仿真实例详解（附光盘）

《ANSYS 14.5 Workbench机械仿真实例详解》一书，ANSYS 14.5 Workbench环境平台，通过大量典型实例，深入浅出地介绍了ANSYS Workbench机械仿真技术和实际应用，为了能够让读者更为直观的学习和掌握机械仿真技术和实际应用，本书特别附送视频演示操作光盘一张。本书适合机械仿真人员使用，同时也可作为高校相关专业学生的教材，是读者学习ANSYS Workbench仿真的必备宝典。

《ANSYS 14.5 Workbench机械仿真实例详解》基于ANSYS 14.5 Workbench环境平台，通过大量典型实例，深入浅出地介绍了ANSYS Workbench机械仿真技术和实际应用。全书包括两部分共12章，第1～4章为ANSYS 14.5 Workbench基础技术，分别介绍了ANSYS 14.5实体建模技术、建立有限元模型、求解、结果数据的处理。第5～12章为典型实例，从专业的角度，本着循序渐进、由浅入深的原则，分别介绍了Workbench结构静力学分析实例、结构动力学分析实例、疲劳分析实例、结构非线性分析实例、屈曲分析实例、刚体动力学分析实例、结构热分析实例以及结构优化分析实例。这些实例全部来自于工程项目，代表性和实践性强，无论读者之前是否有基础，通过学习都可以实现入门和提高，并达到熟练应用的程度。
《ANSYS 14.5 Workbench机械仿真实例详解》含光盘一张，包括书中所有实例素材文件和视频操作演示，方便读者使用。本书适合机械仿真人员使用，同时也可作为高校相关专业学生的教材，是读者学习ANSYS Workbench仿真的必备宝典。

前言

第1部分 ANSYS 14.5 Workbench基础技术

第1章 ANSYS 14.5 Workbench入门概述 1

1.1 ANSYS 14.5 Workbench概述 1

1.1.1 ANSYS 14.5 Workbench的特点 2

1.1.2 ANSYS 14.5 Workbench的功能 3

1.2 ANSYS 14.5 Workbench用户操作界面 4

1.2.1 启动ANSYS Workbench 4

1.2.2 ANSYS Workbench用户界面 4

1.3 ANSYS Workbench项目管理 12

1.3.1 分析项目组成 12

1.3.2 创建分析项目 12

1.3.3 删除分析项目 13

1.3.4 复制项目 13

1.3.5 项目关联与链接 14

1.4 ANSYS 14.5 Workbench分析的基本过程 14

1.5 本章小结 15

第2章 ANSYS 14.5 Workbench建立分析模型 16

2.1 DesignModeler概述 16

2.1.1 DesignModeler模块的特点 16

2.1.2 DesignModeler用户界面 17

2.1.3 鼠标选择操作 21

2.2 二维草图绘制 22

2.2.1 二维草图简介 22

2.2.2 创建新平面 22

2.2.3 创建新草图 25

2.2.4 创建草图元素—— Draw 26

2.2.5 编辑草图元素—— Modify 32

2.2.6 标注草图尺寸—— Dimension 37

2.2.7 草图几何约束—— Constraints 38

2.2.8 草图设置—— Settings 39

2.3 实体特征建模 39

2.3.1 基础实体建模 40

2.3.2 拉伸特征—— Extrude 43

2.3.3 旋转特征—— Revolve 45

2.3.4 扫描特征—— Sweep 45

2.3.5 放样特征—— Skin/Loft 45

2.4 实体特征编辑和操作 46

2.4.1 抽壳—— Thin/Surface 46

2.4.2 倒圆角特征 46

2.4.3 倒角特征—— Chamfer 47

2.4.4 阵列特征—— Pattern 48

2.4.5 体操作特征—— Body Operation 48

2.4.6 布尔运算—— Boolean 49

2.4.7 切片特征—— Slice 49

2.4.8 面删除—— Face Delete 49

2.4.9 边删除—— Edge Delete 50

2.5 实体建模工具 50

2.5.1 激活和冻结体—— Unfreeze和Freeze 50

2.5.2 抑制体和取消—— Suppress Body和Unsuppress Body 51

2.5.3 命名选择—— Named Selection 51

2.5.4 中面—— Mid-Surface 51

2.5.5 包围—— Enclosure 52

2.5.6 对称—— Symmetry 52

2.5.7 填充—— Fill 53

2.5.8 组合单体零件—— Form New Part 53

2.6 概念建模 54

2.6.1 创建线体 54

2.6.2 定义截面—— Cross Section 56

2.6.3 绘制面体 57

2.7 参数化建模 59

2.7.1 提取参数 59

2.7.2 参数管理器 60

2.8 CAD数据导入Workbench 61

2.8.1 ANSYS Workbench与SolidWorks集成设置 61

2.8.2 直接读取模式 63

2.8.3 双向关联模式 64

2.9 本章小结 64

第3章 ANSYS 14.5 Workbench建立有限元模型 65

3.1 设置材料属性 65

3.1.1 进入Engineering Data应用程序 65

3.1.2 工程数据源和材料库 66

3.1.3 添加现有材料 68

3.1.4 添加新材料库及材料属性 70

3.2 有限元网格概述 72

3.2.1 Workbench网格划分界面—— Meshing界面 72

3.2.2 网格类型 78

3.3 全局网格控制 79

3.3.1 网格分析类型 79

3.3.2 相关性和关联中心—— Relevance和Relevance Center 81

3.3.3 全局单元尺寸—— Element Size 82

3.3.4 初始尺寸种子—— Initial Size Seed 83

3.3.5 平滑和过渡—— Smoothing和Transition 83

3.3.6 跨度中心角—— Span Angle Center 85

3.3.7 高级尺寸功能—— Use Advanced Size Function 85

3.3.8 膨胀层—— Inflation 87

3.3.9 三角曲面划分器选项—— Patch Conforming 88

3.3.10 网格高级选项—— Advanced 88

3.3.11 网格损伤设置—— Defeaturing 89

3.3.12 网格评估统计—— Statistics 89

3.4 局部网格控制 94

3.4.1 启动局部网格控制命令 94

3.4.2 局部尺寸—— Sizing 95

3.4.3 接触尺寸—— Contact Sizing 97

3.4.4 细化—— Refinement 97

3.4.5 映射面划分—— Mapped Face Meshing 98

3.4.6 匹配控制—— Match Control 99

3.4.7 收缩控制—— Pinch 100

3.4.8 膨胀—— Inflation 100

3.5 网格划分方法 102

3.5.1 网格划分方法简介 102

3.5.2 自动划分方法—— Automatic 103

3.5.3 四面体方法—— Tetrahedrons 104

3.5.4 六面体方法—— Hex Dominant 105

3.5.5 扫掠方法—— Sweep 105

3.5.6 多区域—— MultiZone 107

3.6 网格工具 109

3.6.1 生成和预览网格 110

3.6.2 剖面 110

3.6.3 命名选项 112

3.7 本章小结 112

第4章 ANSYS 14.5 Workbench求解和后处理 113

4.1 Mechanical简介 113

4.2 Mechanical用户界面 113

4.2.1 启动Mechanical 113

4.2.2 Mechanical界面 114

4.2.3 鼠标控制 117

4.3 Mechanical基本操作 118

4.4 模型求解 122

4.4.1 设置求解器 122

4.4.2 Workbench环境直接求解 123

4.4.3 导入ANSYS经典环境求解 123

4.5 结果数据后处理 125

4.5.1 变形显示 125

4.5.2 应力和应变 126

4.5.3 工具 127

4.5.4 图形显示结果 129

4.5.5 动画显示结果 132

4.6 本章小结 132

第2部分 ANSYS 14.5 Workbench应用实例

第5章 ANSYS 14.5 Workbench结构静力学分析实例 133

5.1 结构静力学分析概述 133

5.1.1 线性结构静力分析基础 133

5.1.2 工程数据和几何模型 134

5.1.3 构造几何 136

5.1.4 分析设置 137

5.1.5 载荷和约束 139

5.2 实例1—— 薄板平面受力结构分析 148

5.2.1 实例说明 148

5.2.2 分析思路 149

5.2.3 具体分析过程 149

5.2.4 实例总结 157

5.3 实例2—— 托架体的结构分析 157

5.3.1 实例说明 157

5.3.2 分析思路 157

5.3.3 具体分析过程 158

5.3.4 实例总结 168

5.4 实例3—— 拉杆式桁架的结构分析 169

5.4.1 实例说明 169

5.4.2 分析思路 169

5.4.3 具体分析过程 169

5.4.4 实例总结 176

5.5 本章小结 177

第6章 ANSYS 14.5 Workbench结构动力学分析实例 178

6.1 结构动力学分析概述 178

6.1.1 结构动力学简介 178

6.1.2 模态分析基础知识 179

6.1.3 谐响应分析基础知识 181

6.1.4 响应谱分析基础知识 186

6.2 实例1—— 轴和轴承座模态分析 189

6.2.1 实例说明 189

6.2.2 分析思路 189

6.2.3 具体分析过程 189

6.2.4 实例总结 197

6.3 实例2—— 压榨机架的谐响应分析 197

6.3.1 实例说明 197

6.3.2 分析思路 197

6.3.3 具体分析过程 197

6.3.4 实例总结 207

6.4 实例3—— 桁架的响应谱分析 207

6.4.1 实例说明 207

6.4.2 分析思路 207

6.4.3 具体分析过程 207

6.4.4 实例总结 214

6.5 本章小结 214

第7章 ANSYS 14.5 Workbench疲劳分析实例 215

7.1 疲劳分析概述 215

7.1.1 疲劳分析基础 215

7.1.2 疲劳分析术语 216

7.1.3 疲劳工具 218

7.2 实例1—— 篮圈的疲劳分析 219

7.2.1 实例说明 219

7.2.2 分析思路 220

7.2.3 具体分析过程 220

7.2.4 实例总结 230

7.3 实例2—— 轴零件的疲劳分析 231

7.3.1 实例说明 231

7.3.2 分析思路 231

7.3.3 具体分析过程 231

7.3.4 实例总结 244

7.4 本章小结 244

第8章 ANSYS 14.5 Workbench结构非线性分析实例 245

8.1 结构非线性分析概述 245

8.1.1 结构非线性分析简介 245

8.1.2 结构非线性分类 246

8.1.3 接触分析简介 247

8.2 实例1—— 夹钳大变形分析 253

8.2.1 实例说明 253

8.2.2 分析思路 254

8.2.3 具体分析过程 254

8.2.4 实例总结 263

8.3 实例2—— 套杆静态接触分析 264

8.3.1 实例说明 264

8.3.2 分析思路 264

8.3.3 具体分析过程 264

8.3.4 实例总结 271

8.4 实例3—— 轴盘动态接触分析 271

8.4.1 实例说明 271

8.4.2 分析思路 272

8.4.3 具体分析过程 272

8.4.4 实例总结 280

8.5 本章小结 280

第9章 ANSYS 14.5 Workbench屈曲分析实例 281

9.1 屈曲分析概述 281

9.1.1 屈曲分析基础 281

9.1.2 屈曲分析类型 282

9.2 实例1—— 风扇罩线性屈曲分析 283

9.2.1 实例说明 283

9.2.2 分析思路 283

9.2.3 具体分析过程 283

9.2.4 实例总结 290

9.3 实例2—— 工字梁非线性屈曲分析 290

9.3.1 实例说明 290

9.3.2 分析思路 290

9.3.3 具体分析过程 290

9.3.4 实例总结 299

9.4 本章小结 299

第10章 ANSYS 14.5 Workbench刚体动力学分析实例 300

10.1 刚体动力学分析概述 300

10.1.1 刚体动力学分析基础 300

10.1.2 定义连接 301

10.1.3 载荷和约束 304

10.1.4 分析设置 305

10.2 实例1—— 连杆机构运动分析 306

10.2.1 实例说明 306

10.2.2 分析思路 306

10.2.3 具体分析过程 306

10.2.4 实例总结 314

10.3 实例2—— 压气机动力学分析 315

10.3.1 实例说明 315

10.3.2 分析思路 315

10.3.3 具体分析过程 315

10.3.4 实例总结 327

10.4 实例3—— 门机构运动分析 327

10.4.1 实例说明 327

10.4.2 分析思路 328

10.4.3 具体分析过程 328

10.4.4 实例总结 338

10.5 本章小结 338

第11章 ANSYS 14.5 Workbench结构热分析实例 339

11.1 结构热分析概述 339

11.1.1 传热方式 339

11.1.2 热分析类型 341

11.1.3 热分析中的接触 343

11.1.4 热分析中的载荷和边界条件 345

11.2 实例1—— 芯片稳态热分析 347

11.2.1 实例说明 347

11.2.2 分析思路 347

11.2.3 具体分析过程 348

11.2.4 实例总结 358

11.3 实例2—— 芯片瞬态传热分析 358

11.3.1 实例说明 358

11.3.2 分析思路 358

11.3.3 具体分析过程 359

11.3.4 实例总结 363

11.4 实例3—— 齿轮淬火瞬态热分析 363

11.4.1 实例说明 363

11.4.2 分析思路 363

11.4.3 具体分析过程 364

11.4.4 实例总结 374

11.5 本章小结 374

第12章 ANSYS 14.5 Workbench结构优化分析实例 375

12.1 优化设计概述 375

12.1.1 优化设计类型 375

12.1.2 Design Exploration简介 376

12.2 实例1—— 夹钳拓扑优化分析 377

12.2.1 实例说明 377

12.2.2 分析思路 377

12.2.3 具体分析过程 378

12.2.4 实例总结 383

12.3 实例2—— 连接片结构优化分析 383

12.3.1 实例说明 383

12.3.2 分析思路 384

12.3.3 具体分析过程 384

12.3.4 实例总结 397

12.4 实例3—— 散热器响应曲面优化分析 397

12.4.1 实例说明 397

12.4.2 分析思路 398

12.4.3 具体分析过程 398

12.4.4 实例总结 414

12.5 本章小结 414

参考文献 415

ANSYS是美国ANSYS开发的融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。它能与多数CAD软件接口实现数据的共享和交换，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。Workbench是ANSYS协同仿真环境的平台，它提供软件的组件（API）。用户可以根据本企业产品研发流程，将这些拆散的技术重新组合，并集成为具有自主知识产权的技术，形成既能够充分满足自身的分析需求，又融入产品研发流程的仿真体系。具有客户化、集成化、参数化等特点，应用越来越普遍。因此，出版ANSYS Workbench应用类教程很有必要。

为了保证本书的实用性，本书以最新的ANSYS 14.5为写作平台，以应用为纲，通过大量实例来讲解ANSYS Workbench机械仿真分析的原理、方法和操作事项。本书共包括12章，具体内容如下。

第1章为ANSYS 14.5 Workbench概述，简要介绍了ANSYS Workbench功能特点、系统配置、工作界面以及分析过程。读者通过学习，将对ANSYS Workbench有一个入门性的了解。

第2章介绍了ANSYS实体建模技术，包括二维草图绘制、基础实体建模、高级实体建模、建模编辑工具、线面建模以及实体建模综合实例。读者通过学习，将对ANSYS实体建模技术有所熟悉和掌握。

第3章介绍了如何建立有限元模型，包括单元类型选择、属性设置、施加载荷和约束、划分网格、模型质量检查和修正以及建立有限元模型实例。读者学习时，应重点掌握属性设置和网格划分的方法。

第4章首先介绍了求解技术，包括设置求解控制项、Workbench环境直接求解、导入ANSYS环境求解。读者学习时，可以比较两者的区别。然后讲解了结果数据的处理，包括基本操作和使用技巧。

第5～12章为ANSYS 14.5 Workbench应用实例，通过22个实例，详细介绍了Workbench结构静力学分析、结构动力学分析、疲劳分析、结构非线性分析、屈曲分析、刚体动力学分析、结构热分析以及优化分析的流程、方法和技巧。实例典型丰富，由浅入深，涉及面广，全部来自于工程项目，代表性和实践性强。读者学习后可以快速实现入门和提高，并达到熟练应用的程度。

本书含光盘一张，包括书中所有实例素材文件和视频操作演示，方便读者使用。本书适合机械仿真分析人员使用，同时也可作为高校相关专业学生的教材。

本书由刘江、李万全、高长银、刘丽、黎胜容、黎双玉、邱大伟、马龙梅、涂志涛、刘红霞、刘铁军、何文斌、邓力、王乐、杨学围、张秋冬、闫延超、董延、郭志强、毕晓勤、贺红霞、史丽萍、袁丽娟、刘汝芳、夏劲松编写。

由于时间有限，书中难免会有一些错误和不足之处，欢迎广大读者及业内人士批评指正。

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