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本書以ANSYS Workbench 2024為基礎，集ANSYS軟件的使用技巧和實際工程應用于一體，包含前處理、結構分析、流體分析、優(yōu)化設計和自動化分析5大部分內(nèi)容，共20章，包括ANSYS Workbench基礎、幾何建模、網(wǎng)格劃分、結構線性靜力分析、結構非線性分析、熱力學分析、特征值屈曲分析、線性動力學分析、多體系統(tǒng)動力學分析、顯式動力學分析、復合材料分析、斷裂力學分析、疲勞強度分析、增材制造分析、穩(wěn)態(tài)導電與靜磁場分析、耦合場分析、流體動力學分析、優(yōu)化設計和自動化分析。作為一本系統(tǒng)介紹有限元分析入門與工程應用的書籍，本書涵蓋了ANSYS Workbench 2024的新功能及工程應用實例。
本書內(nèi)容適合機械工程、土木工程、水利水電、醫(yī)療器械、化工裝備、農(nóng)牧裝備、能源動力、電子通信、工程力學、航空航天等領域從事產(chǎn)品設計、仿真和優(yōu)化的工程技術人員使用，也可作為工科類專業(yè)師生的參考書，還可供相關領域廣大CAE愛好者參考。

ANSYS每個版本的推出都會帶來功能和易用性的改變，更能滿足不同工程領域的分析需求，解決工程中的棘手問題，加快產(chǎn)品的設計、制造和上市。
本書是《ANSYS Workbench 180有限元分析入門與應用》的升級版，以ANSYS 2024 R1/R2為基礎編寫，除了更新知識，還新增了增材制造分析、耦合場分析和自動化分析，這也是近些年ANSYS新增內(nèi)容較多的部分，為特色內(nèi)容。
ANSYS Workbench的強大功能和易用性有目共睹，一直受到廣大仿真分析人員的喜愛和支持。本書側重軟件基本功能的介紹，適合初級讀者，具有重點突出、注意細節(jié)、正誤明確等特點，對困擾讀者的前處理、后處理及其相關分析選項設置問題進行了深入講解。讀者既可以學習幾何建模、網(wǎng)格劃分、靜（動）結構分析、熱力學分析、復合材料分析、斷裂力學分析、疲勞強度分析、增材制造分析、耦合場分析、流體動力學分析、優(yōu)化設計、自動化分析等知識，也可以學習解決實際工程問題的方法和研發(fā)技術。
本書以ANSYS Workbench 2024為基礎，在必要的理論概述和軟件功能敘述的基礎上，通過24個典型工程實例對ANSYS Workbench平臺中的前處理、結構分析、流體分析、優(yōu)化設計、自動化分析5大模塊進行詳細介紹。全書共分20章，具體各章所涉及的內(nèi)容如下。
第1章 ANSYS Workbench基礎：主要介紹了ANSYS Workbench概述及界面、分析流程、文件格式、應用CAE仿真技術需注意的事項等內(nèi)容。
第2章幾何建模：主要介紹了SpaceClaim直接建模、DesignModeler建模、BladeModeler建模、具體的建模工程實例及點評等內(nèi)容。
第3章網(wǎng)格劃分：主要介紹了ANSYS Meshing網(wǎng)格劃分方法、全局網(wǎng)格控制、局部網(wǎng)格控制、網(wǎng)格編輯、網(wǎng)格質(zhì)量、ICEM CFD網(wǎng)格劃分、渦輪機械網(wǎng)格劃分、具體的網(wǎng)格劃分工程實例及點評等內(nèi)容。
第4章結構線性靜力分析：詳細介紹了結構靜力分析基礎、結構靜力分析前處理、結構靜力分析求解和后處理、具體的結構線性靜力分析工程實例及點評等內(nèi)容。
第5章結構非線性分析：主要介紹了非線性自適應區(qū)域、接觸非線性、幾何非線性、材料非線性和非線性診斷、具體的非線性分析工程實例及點評等內(nèi)容。
第6章熱力學分析：主要介紹了傳熱學基礎、Workbench熱分析、具體的熱分析工程實例及點評等內(nèi)容。
第7章特征值屈曲分析：主要介紹了基本理論、特征值屈曲分析環(huán)境與方法、分析設置與后處理、具體的特征值屈曲分析工程實例及點評等內(nèi)容。
第8章線性動力學分析：主要介紹了模態(tài)分析、諧響應分析、響應譜分析、隨機振動分析、各個線性動力學分析的具體工程實例及點評等內(nèi)容。
第9章多體系統(tǒng)動力學分析：主要介紹了多剛體系統(tǒng)動力學、多柔體系統(tǒng)動力學分析、具體的多體系統(tǒng)動力學分析工程實例及點評等內(nèi)容。
第10章顯式動力學分析：主要介紹了Explicit分析、Autodyn分析、LSDYNA分析、具體的顯式動力學分析工程實例及點評等內(nèi)容。
第11章復合材料分析：主要介紹了ACP概述、ACP前后處理特征、具體的復合材料分析工程實例及點評等內(nèi)容。
第12章斷裂力學分析：主要介紹了斷裂力學的基本概念和理論、裂紋擴展分析、斷裂裂紋、斷裂失效、斷裂力學參數(shù)評價、具體的斷裂力學分析工程實例及點評等內(nèi)容。
第13章疲勞強度分析：主要介紹了疲勞基本知識、平均應力修正、疲勞分析設置、疲勞分析結果、nCode Design Life疲勞分析、具體的疲勞強度分析工程實例及點評等內(nèi)容。
第14章增材制造分析：主要介紹了激光粉末床熔融分析、定向能量沉積分析、燒結分析、失真補償分析、具體的增材制造分析工程實例及點評等內(nèi)容。
第15章穩(wěn)態(tài)導電與靜磁場分析，主要介紹了穩(wěn)態(tài)導電分析、靜磁場分析、具體的穩(wěn)態(tài)導電與靜磁場分析工程實例及點評等內(nèi)容。
第16章耦合場分析：主要介紹了結構耦合場分析，包括耦合場靜態(tài)分析、耦合場模態(tài)分析、耦合場諧響應分析和耦合場瞬態(tài)分析，以及具體的耦合場工程實例及點評等內(nèi)容。
第17章流體動力學分析Ⅰ（ANSYS Fluent）：主要介紹了Fluent概述、ANSYS Fluent環(huán)境界面、Fluent問題設置、求解設置、Fluent后處理、Fluent Meshing、具體的Fluent分析工程實例及點評等內(nèi)容。
第18章流體動力學分析Ⅱ（ANSYS CFX）：主要介紹了CFX概述、CFX前處理、CFXPost后處理、CFXSolver求解設置、具體的CFX分析工程實例及點評等內(nèi)容。
第19章優(yōu)化設計：主要介紹了設計探索優(yōu)化，包括探索試驗設計、響應面、目標驅(qū)動優(yōu)化、相關參數(shù)和三維模型降階，還介紹了結構優(yōu)化、具體的優(yōu)化工程實例及點評等內(nèi)容。
第20章自動化分析：主要介紹了ANSYS自動化分析，包括ANSYS Python管理器、 PyANSYS自動化分析的Mechanical Scripting分析、PyFluent分析，以及相應的分析方法和設置、具體的自動化分析工程實例及點評等內(nèi)容。
本書特色如下：
1）內(nèi)容廣泛，圍繞工程中存在的力學問題，根據(jù)學科內(nèi)在聯(lián)系和問題的復雜性、難易程度逐步展開，不僅闡述如何解決基本的力學問題，如結構的靜力問題、線性動力問題、顯式動力問題、多體動力問題、結構斷裂與疲勞問題、增材制造問題、耦合場問題、自動化分析問題，也讓讀者嘗試解決力學問題解決后的設計與增材制造處理問題。
2）語言平實，說明主導。對關鍵問題，從細節(jié)入手進行細致介紹，方便讀者理解內(nèi)涵和擴大知識面。
3）簡化有限元理論和力學知識，重在有限元分析軟件的應用和實際問題的解決，并對實例應用給予分析點評。
4）緊貼當前技術發(fā)展趨勢，突出軟件特點和使用技巧講解，在讓讀者學到技術的同時，兼顧新老讀者。
作者在本書的編寫過程中追求準確性、完整性和應用性，但是，由于作者水平有限，編寫時間較短，書中欠妥、錯誤之處在所難免，希望讀者能夠及時指出，期待共同提高。讀者在學習過程中遇到難以解答的問題，可以直接發(fā)郵件到作者郵箱xjkj6190@163.com（也可索取書中模型），或加入QQ群730676310進行技術交流，作者會盡快給予解答。書中模型也可掃描下方二維碼下載。
編者

前言
第1章ANSYS Workbench基礎1
11ANSYS Workbench概述1
12Workbench 2024平臺2
121Workbench 2024界面2
122Workbench 2024應用程序類型9
123Workbench 2024產(chǎn)品分析流程10
13Workbench 2024工作目錄、文件及
格式11
131Workbench 2024工作目錄11
132Workbench 2024文件管理11
14應用CAE仿真技術需注意的事項13
141CAE仿真技術應用的主要工作
內(nèi)容13
142CAE仿真人員應注意的事項13
15本章小結13
第2章幾何建模14
21SpaceClaim直接建模14
211SpaceClaim用戶界面14
212創(chuàng)建與設計15
213組件與工具25
214刻面處理27
215增材制造前處理29
216修復與準備34
217測量與顯示37
218網(wǎng)格生成38
219鈑金設計39
2110詳細設計41
22DesignModeler建模41
221DesignModeler界面介紹41
222平面草圖45
223特征體建模48
224概念建模52
225參數(shù)化建模53
226高級幾何工具54
23BladeModeler建模56
231BladeEditor建模56
232BladeGen建模56
233Meanline sizing tools建模60
24齒輪泵基座的全參數(shù)化建模61
25本章小結66
第3章網(wǎng)格劃分67
31網(wǎng)格劃分平臺概述67
311網(wǎng)格劃分平臺67
312網(wǎng)格類型68
313網(wǎng)格工作流程68
32Meshing網(wǎng)格劃分方法69
321自動網(wǎng)格劃分69
322四面體網(wǎng)格劃分69
323六面體主導網(wǎng)格劃分70
324掃掠網(wǎng)格劃分70
325多區(qū)域網(wǎng)格劃分71
326笛卡兒網(wǎng)格劃分72
327分層四面體劃分73
328微粒法劃分74
329自動（PrimeMesh)劃分74
3210面體網(wǎng)格劃分75
33全局網(wǎng)格控制75
331顯示與默認值75
332全局尺寸調(diào)整76
333質(zhì)量78
334膨脹79
335高級控制80
34局部網(wǎng)格控制81
341局部尺寸調(diào)整81
342接觸尺寸83
343單元加密83
344面網(wǎng)格劃分83
345網(wǎng)格復制84
346匹配控制84
347收縮控制85
348膨脹控制85
349墊圈86
3410焊接86
3411連接88
3412特征抑制88
3413四邊形層88
3414偏差89
3415修補拓撲89
3416虛擬拓撲89
35網(wǎng)格編輯90
351網(wǎng)格連接90
352節(jié)點融合90
353接觸匹配91
354節(jié)點移動92
355拉動網(wǎng)格93
36網(wǎng)格質(zhì)量94
361網(wǎng)格質(zhì)量檢查規(guī)則94
362網(wǎng)格質(zhì)量檢查顯示95
37ICEM CFD網(wǎng)格劃分96
371ICEM CFD特色96
372ICEM CFD環(huán)境介紹和文件類型97
373ICEM CFD特色功能99
38渦輪機械網(wǎng)格劃分99
381TurboGrid 環(huán)境介紹100
382TurboGrid功能工具101
39ANSYS Meshing挖掘機機械臂網(wǎng)格
劃分103
310TurboGrid徑流式渦輪網(wǎng)格劃分106
311本章小結109
第4章結構線性靜力分析110
41結構靜力分析基礎110
411結構靜力分析的基本假設110
412結構靜力分析基礎方程111
42結構靜力分析前處理111
421結構靜力分析界面111
422幾何屬性112
423載荷與約束115
424坐標系121
425對稱邊界122
426連接關系123
427分析設置126
428特定工具129
429插件功能區(qū)131
4210螺栓工具131
43結構靜力分析求解和后處理136
431常用結果136
432特定結果139
433求解工具145
434收斂控制148
435求解方案信息148
436圖形處理149
44簡單懸臂梁靜力分析151
45某型燃氣輪機機座靜力分析156
46本章小結159
第5章結構非線性分析160
51非線性分析基礎160
52非線性自適應區(qū)域160
521基于能量準則161
522基于位置準則161
523基于網(wǎng)格準則161
53接觸非線性162
531基于對的接觸探測162
532基于對的接觸設置163
533通用接觸170
534接觸工具170
54幾何非線性172
541網(wǎng)格控制173
542大變形173
55材料非線性173
551塑性材料173
552超彈性材料174
56非線性診斷176
561非線性收斂診斷176
562非線性診斷總結177
57某型U形支架螺栓預緊非線性接觸
分析177
58本章小結182
第6章熱力學分析183
61傳熱學基礎183
611傳熱學在工程領域中的應用183
612熱能傳遞的三種基本方式183
613溫度場185
62Workbench熱分析185
621穩(wěn)態(tài)熱分析和瞬態(tài)熱分析185
622材料屬性186
623組件與接觸186
624熱分析設置187
625熱負載與邊界188
626熱流體189
627求解與后處理190
63發(fā)動機托架熱應力分析191
64本章小結195
第7章特征值屈曲分析196
71基本理論196
711屈曲196
712屈曲平衡方程197
713線性屈曲與非線性屈曲197
72特征值屈曲分析環(huán)境與方法198
721特征值屈曲分析界面198
722特征值屈曲分析方法199
73分析設置與后處理199
731屈曲分析設置199
732結果后處理200
74鋼塔桿支撐結構線性屈曲分析200
75本章小結204
第8章線性動力學分析205
81動力學分析基礎205
811動力學基本方程205
812基本概念205
82模態(tài)分析206
821模態(tài)分析理論基礎207
822模態(tài)分析界面207
823模態(tài)分析設置208
824模態(tài)分析邊界與結果209
825坎貝爾圖結果210
83諧響應分析210
831諧響應分析基本理論211
832諧響應分析界面與連接關系211
833諧響應分析設置211
834諧響應分析結果213
84響應譜分析215
841響應譜分析基礎215
842響應譜分析界面與分析設置215
843響應譜分析邊界與結果216
85隨機振動分析216
851隨機振動分析基礎217
852隨機振動分析界面與分析設置217
853隨機振動分析邊界與結果218
86某機床琺瑯振動模態(tài)分析218
87某貓頭型直線塔隨機振動分析221
88本章小結224
第9章多體系統(tǒng)動力學分析225
91多剛體系統(tǒng)動力學分析225
911多剛體系統(tǒng)動力學分析界面225
912幾何模型與網(wǎng)格226
913連接關系226
914剛體系統(tǒng)動力學分析設置231
92多柔體系統(tǒng)動力學分析232
921多柔體系統(tǒng)動力學分析基礎與
界面232
922多柔體系統(tǒng)動力學分析設置233
923多柔體系統(tǒng)動力學分析初始
條件234
924多柔體系統(tǒng)動力學分析關聯(lián)235
93某萬向節(jié)剛體動力學分析236
94本章小結238
第10章顯式動力學分析239
101ANSYS顯式動力學分析概述239
1011ANSYS顯式動力學組成239
1012顯式與隱式動力學分析比較239
102Explicit分析240
1021Explicit分析界面240
1022分析設置與初始條件240
103Autodyn分析244
1031Autodyn界面介紹244
1032網(wǎng)格245
1033材料模型245
104LSDYNA分析245
1041LSDYNA分析界面245
1042分析設置與初始條件246
1043LSDYNA特定前處理247
1044關鍵字k文件250
1045LSDYNA Restart重啟設置251
105圓柱體撞擊剛性墻面顯式動力學
分析252
106本章小結255
第11章復合材料分析256
111ACP概述256
1111復合材料概述256
1112ACP簡述257
112ACP前后處理特征260
1121ACP Model260
1122材料數(shù)據(jù)260
1123單元集與邊集262
1124幾何功能與坐標262
1125選擇規(guī)則與選擇集263
1126創(chuàng)建鋪層組264
1127取樣點與截面剪切264
1128實體模型265
1129查找表與探測評估266
11210場景與視圖266
11211鋪覆顯示與鋪層表267
11212參數(shù)化267
11213失效準則268
11214求解269
113某方管復合材料分析271
114本章小結276
第12章斷裂力學分析277
121斷裂力學的基本概念和理論277
1211裂紋的分類277
1212斷裂力學參數(shù)278
1213斷裂準則280
122裂紋擴展分析280
1221基于虛擬裂紋閉合技術的界面
單元法280
1222內(nèi)聚力法281
1223Gurson模型281
1224擴展有限元法281
123斷裂裂紋281
1231任意形狀裂紋282
1232半橢圓形裂紋283
1233橢圓形裂紋285
1234環(huán)形裂紋286
1235角裂紋288
1236邊緣裂紋289
1237貫穿裂紋291
1238圓柱形裂紋292
1239預網(wǎng)格裂紋294
124斷裂失效295
1241界面分離295
1242接觸剝離失效296
1243SMART裂紋擴展297
125斷裂力學參數(shù)評價298
1251應力強度因子299
1252J積分299
1253能量釋放率300
1254材料力300
1255T應力301
1256C*積分301
126某雙懸臂梁預裂紋斷裂分析301
127本章小結306
第13章疲勞強度分析308
131疲勞基本知識308
1311疲勞基本概念308
1312應力壽命曲線309
1313載荷類型310
1314疲勞壽命的影響因素311
132平均應力修正312
1321應力壽命修正方法312
1322應變壽命修正方法314
1323雨流計數(shù)法315
1324疲勞損傷法則316
133疲勞分析設置316
134疲勞分析結果317
1341疲勞結果工具317
1342疲勞結果分析319
135nCode Design Life疲勞分析320
1351nCode Design Life界面320
1352nCode Design Life分析流程324
136Mechanical Design Life疲勞分析327
1361Mechanical nCode Design Life
界面327
1362Mechanical Design Life分析
設置328
1363Mechanical Design Life載荷與
材料329
137某發(fā)動機連桿疲勞分析330
138本章小結334
第14章增材制造分析335
141增材制造分析概述335
1411增材制造分析方法335
1412Workbench增材制造336
142激光粉末床熔融分析337
1421激光粉末床熔融導航樹分析
設置337
1422激光粉末床熔融分析向?qū)?br />設置344
1423激光粉末床熔融校正分析
設置345
143定向能量沉積分析347
1431定向能量沉積導航樹分析
設置347
1432定向能量沉積分析向?qū)гO置354
144燒結分析355
1441燒結導航樹分析設置356
1442燒結分析向?qū)гO置358
145失真補償分析360
1451失真迭代補償361
1452失真單次補償362
146金屬花瓶增材制造粉末床熔融
分析364
147本章小結369
第15章穩(wěn)態(tài)導電與靜磁場分析370
151穩(wěn)態(tài)導電分析370
1511穩(wěn)態(tài)導電分析概述370
1512穩(wěn)態(tài)導電分析負載370
1513穩(wěn)態(tài)導電分析結果370
152靜磁場分析371
1521靜磁場分析概述371
1522靜磁場分析負載371
1523靜磁場分析結果372
153銅線圈包裹鋼芯電磁分析373
154本章小結376
第16章耦合場分析377
161耦合場分析概述377
1611耦合場分析介紹377
1612耦合場分析類型377
162結構耦合場分析378
1621耦合場靜態(tài)分析378
1622耦合場模態(tài)分析380
1623耦合場諧響應分析381
1624耦合場瞬態(tài)分析381
163齒輪齒條熱結構耦合場瞬態(tài)分析382
164本章小結389
第17章流體動力學分析Ⅰ
（ANSYS Fluent）390
171計算流體力學概述390
1711計算流體力學簡介390
1712計算流體力學湍流模型390
172Fluent概述392
1721Fluent簡介392
1722Fluent中的物理模型393
1723Fluent 網(wǎng)格393
173ANSYS Fluent環(huán)境界面393
1731啟動ANSYS Fluent的方法393
1732ANSYS Fluent環(huán)境操作界面
介紹395
174Fluent問題設置398
1741邊界區(qū)域398
1742材料屬性399
1743邊界條件399
1744動網(wǎng)格401
1745用戶定義函數(shù)403
175求解設置405
1751壓力基405
1752密度基406
176Fluent后處理407
1761統(tǒng)一CFDPost407
1762運用 Tecplot后處理408
177Fluent Meshing409
1771Fluent Meshing環(huán)境操作界面
介紹410
1772Fluent Meshing劃分步驟及
診斷411
178非恒定流體繞圓柱流體分析412
179本章小結421
第18章流體動力學分析Ⅱ
（ANSYS CFX）422
181CFX概述422
1811ANSYS CFX簡介422
1812CFX與Fluent的區(qū)別422
1813CFX網(wǎng)格423
182CFX前處理423
1821打開CFX的方法423
1822CFXPre窗口介紹424
1823域設定427
1824子域428
1825邊界條件428
1826初始邊界條件設置431
1827物質(zhì)設置431
1828反應設置431
1829附加變量設置432
18210表達式設置432
18211用戶函數(shù)設置432
18212用戶子程序433
18213求解器控制433
18214輸出文件和監(jiān)控434
183CFXSolver求解設置434
1831定義模擬計算435
1832求解工作界面435
184CFXPost 后處理437
1841CFX后處理工作界面437
1842創(chuàng)建云圖439
1843創(chuàng)建流線439
1844創(chuàng)建數(shù)據(jù)與報告工具440
1845表達式語言440
1846CFX命令語言440
185某型拉伐爾噴管流體力學分析441
186本章小結449
第19章優(yōu)化設計450
191設計探索優(yōu)化450
1911設計探索優(yōu)化介紹450
1912探索試驗設計453
1913響應面454
1914目標驅(qū)動優(yōu)化456
1915相關參數(shù)459
1916三維模型降階460
192結構優(yōu)化461
1921結構優(yōu)化介紹461
1922結構優(yōu)化工具462
1923結構優(yōu)化設置463
1924設計結果與驗證分析464
193某桁架支座多目標優(yōu)化465
194某懸臂結構拓撲優(yōu)化475
195本章小結480
第20章自動化分析481
201PyANSYS自動化概述481
2011分析自動化介紹481
2012ANSYS Python管理器481
202PyANSYS自動化分析483
2021Mechanical Scripting分析483
2022PyFluent分析485
203三角平臺上圓筒受力自動化分析487
204本章小結491
參考文獻492

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