ANSYS工程分析进阶实例（修订版）

1、注重知识的基础性、系统性与全局性，兼顾前瞻性与引导性。

2、语言精炼，应用案例丰富，讲解内容深入浅出。

3、体系完整，内容充实，注重应用性与实践性。

4、讲求实用，培养技能，提高素质，扩展视野。

  ANSYS是最为通用和有效的商用有限元软件之一，它不断吸收当今世界最新的计算方法和计算机技术，引领着有限元界的发展趋势，并为全球工业界广泛接受，拥有全球最大的用户群。它融结构、传热学、流体、电磁、声学和爆破分析于一体，具有极为强大的前后处理及计算分析能力，能够同时模拟结构、热、流体、电磁以及多种物理场间的耦合效应。自落户中国以来，ANSYS以其强大的功能、可靠的质量赢得了中国CAE用户的认可，并在我国的航空航天、铁路运输业、石油化工、机械制造、能源、汽车、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利等领域得到了广泛的应用，为各领域的科学研究和工程应用做出了巨大的贡献。

  命令流是ANSYS软件的一大特色，其功能十分强大，使用十分方便。它是一种类似于FORTRAN的解释性语言，它与GUI（图形界面）一样，能够完成所有的分析过程。命令流也是ANSYS参数化有限元分析、分析批处理、优化设计、自适应网格以及二次开发的主要基础。ANSYS用户掌握命令流方式后，能够极大地丰富分析手段、提高工作效率。无论是从GUI（菜单操作）还是命令流开始学习ANSYS，熟练掌握命令流操作始终都是学好ANSYS软件所必需的。

  本书以命令流操作为主，在ANSYS 11.0版本环境下调试通过，依托于大量实例（篇幅约占本书的80％的内容），具体讲解运用ANSYS高级有限元分析软件处理工程问题的思路和详细步骤，手把手教给读者面对一个工程问题如何筹划方案、建立模型、分析计算、结果处理等。根据由浅入深的原则分为7章讲述，第1、2章通过教学实例介绍ANSYS的基础分析方法；第3、4章作为专题篇，重点介绍实用性较强的16个专题技术；第5、6、7章介绍ANSYS在土木、机械及电子行业中的典型应用。

读者对象

  本书特别适用于土木、机械、力学及电子工程专业的高年级本科生、研究生和工程技术人员，并可作为学习掌握ANSYS软件的参考教材。本书特别适合希望使用CAE在行业中提升职业竞争力的读者阅读。

本书特色

? 由浅入深——在内容的安排上，层次分明，读者可以从教学实例篇入门，再由专题技术篇提升实际分析能力，最后通过大量的工程实例练习达到分析工程问题的能力。

? 热点专题技术——为了增强读者解决实际问题的能力，专题技术篇选取16个热点专题技术集中讲述，包括读者在使用ANSYS时最有可能遇到的问题，以及常用的分析技术。

? 把握热点应用领域——ANSYS在土木工程、机械工程和电子工程领域的应用非常广泛，本书的工程实例篇涵盖各个领域中的典型应用，很有参考价值。

? 强大的工程应用背景——本书列举的工程实例都是从实际工程、科研项目中提炼出来的，具有很强的参考价值。同时着重讲解如何用ANSYS来解决实际科研、工作中的问题。

? 命令流的使用——本书以命令流操作方式为主，提供了系统学习命令流的平台，帮助读者更快地具备高级分析能力。

? 配备所有案例的命令流文件——让读者的学习过程更加高效，并且对命令流做了详细注释，最大限度地增加可阅读性。该命令流可以到中国水利水电出版社网站和万水书苑下载。

分工与致谢

  本书由西南交通大学工程力学实验室（Engineering Mechanics Laboratory）工作人员编写，王呼佳、包陈任主编，陈洪军、吴志俊、董城、余伟炜与毛江徽担任部分编写工作，全书由姚新军审定。同时参与本书编排的还有王斌、肖静等，在此一并感谢。

  本书承蒙西南交通大学柳葆生教授、蔡力勋教授、成志强副教授的大力支持，对本书给予了诸多的指导，在此深表感谢。另外华为技术有限公司叶裕明工程师、西南交通大学肖新标博士、刘宇杰博士、阚前华博士、宋久鹏博士、张娟博士、侯延辉博士、李钊、范小欣、黄光辉、徐尹杰、金蕾、范玲俐、何晓霞、中山大学张庆家对于本书的编写亦给与了实际的指导和关心，在此表示感谢。在本书的创作期间获得中国水利水电出版社老师的大力支持，正是他们辛苦的付出，才使得本书能够在第一时间面向读者。对于在创作过程中一直给予关心支持的爱人、朋友、家人、同事们，在此一并表示感谢。

  由于时间仓促，作者水平有限，书中错误、纰漏之处难免，敬请广大读者批评指正。

 

前言
第一篇  教学范例篇
 
第1章  APDL参数化语言简述 2
1.1  APDL概述 2
1.1.1  APDL简介 2
1.1.2  如何生成APDL文件 3
1.1.3  使用APDL进行有限元分析的实例 4
1.2  参数与变量参数的用法 8
1.2.1  参数与变量参数的命名规则 8
1.2.2  参数与变量参数的定义与赋值 8
1.3  数组参数的用法 9
1.3.1  数组参数概述及类型 9
1.3.2  数组参数的定义与赋值 10
1.3.3  数组参数的显示 11
1.3.4  数据文件的写出与读入 11
1.4  表参数的用法 11
1.5  流程控制 12
1.5.1  循环结构 12
1.5.2  分支结构 13
1.6  宏文件 14
1.6.1  宏的创建 14
1.6.2  宏的使用 15
1.6.3  宏的局部变量 15
1.6.4  宏嵌套 16
第2章  使用ANSYS命令流进行有限元分析 17
2.1  坐标系统基本应用技巧 17
2.1.1  总体坐标系 17
2.1.2  局部坐标系 18
2.1.3  工作平面 19
2.1.4  综合教学实例 20
2.2  直接法生成有限元模型 27
2.2.1  节点的生成 27
2.2.2  单元的生成 29
2.2.3  编号控制 30
2.2.4  综合教学实例 31
2.3  实体建模 39
2.3.1  概述 39
2.3.2  群组命令 40
2.3.3  实体模型的生成 40
2.3.4  布尔运算 48
2.3.5  综合教学实例 53
2.4  网格生成 58
2.4.1  定义单元属性 59
2.4.2  网格划分控制 60
2.4.3  网格的生成 61
2.4.4  综合教学实例 61
2.5  载荷施加与求解 69
2.5.1  载荷的种类 69
2.5.2  载荷的施加 70
2.5.3  载荷步的设置 71
2.5.4  求解 72
2.6  后处理 75
2.6.1  常用通用后处理和时间后处理技术 75
2.6.2  综合教学实例 76
第二篇  专题技术实例篇
 
第3章  热门高级分析技巧选讲 82
3.1  量纲问题 83
3.1.1  量纲问题概述 83
3.1.2  量纲换算方法 83
3.1.3  量纲选用原则 85
3.2  坐标系使用总结 85
3.2.1  坐标系分类 85
3.2.2  总体坐标系与局部坐标系 86
3.2.3  显示坐标系 89
3.2.4  节点坐标系 89
3.2.5  单元坐标系 90
3.2.6  结果坐标系 91
3.2.7  工作平面 91
3.3  初应力场的获得和施加 93
3.3.1  初应力载荷概述 94
3.3.2  初应力文件格式 94
3.3.3  应用实例 95
3.4  函数边界条件加载 99
3.4.1  复杂边界条件施加方法概述 99
3.4.2  函数边界条件的加载的基本过程 100
3.4.3  使用函数编辑器的一些基本概念 100
3.4.4  应用实例 100
3.5  移动载荷的施加 105
3.5.1  移动载荷概述 105
3.5.2  移动载荷应用实例 106
3.6  复杂面载荷的施加 108
3.6.1  基本思路 109
3.6.2  应用实例 109
3.7  查看某一截面结果 111
3.7.1  查看截面结果的方法 111
3.7.2  应用实例 112
3.8  杆梁壳单元内力的输出 115
3.8.1  定义输出选项 115
3.8.2  定义单元表 116
3.8.3  绘制内力图 117
3.8.4  应用实例 118
3.8.5  注意事项 119
3.9  载荷工况组合 120
3.9.1  载荷工况组合方法 121
3.9.2  保存组合载荷工况 123
3.9.3  应用实例 125
3.10  使用查询函数 128
3.10.1  查询函数概述 128
3.10.2  对象信息查询函数 128
3.10.3  系统信息查询函数/INQUIRE 130
3.10.4  应用实例 131
第4章  常用高级分析功能 133
4.1  预应力问题 133
4.1.1   预应力问题综述 134
4.1.2  应用实例 136
4.2  梁分析和自定义横截面形状 140
4.2.1  梁的综述 141
4.2.2  梁单元的定义及划分 142
4.2.3  载荷的施加 143
4.2.4  后处理 144
4.2.5  横截面形状综述 144
4.2.6  自定义截面 145
4.2.7  BEAM188和BEAM189单元 145
4.2.8  应用实例 146
4.3  耦合及约束方程 148
4.3.1  耦合 149
4.3.2  约束方程 151
4.3.3  应用实例 154
4.4  动力学分析中的阻尼问题 158
4.4.1  阻尼问题概述 158
4.4.2  节点坐标系和总体坐标系 158
4.4.3  阻尼的种类 159
4.4.4  ANSYS中的阻尼 160
4.4.5  应用分类 164
4.4.6  应用举例 166
4.5  屈曲分析 168
4.5.1  屈曲概述 168
4.5.2  特征值（线性）屈曲分析 169
4.5.3  非线性屈曲分析 170
4.5.4  应用实例 171
4.6  结构可靠性分析 174
4.6.1  结构可靠性分析相关概念 174
4.6.2  可靠性分析过程与步骤 174
4.6.3  可靠性分析总体建议 176
4.6.4  可靠性分析实例 176
 
第三篇  工程实例篇
 
第5章  土木工程应用实例 182
5.1  钢筋混凝土悬索桥有限元分析 183
5.1.1  问题描述 183
5.1.2  力学及有限元模型 184
5.1.3  初始位置的确定 188
5.1.4  模态分析 198
5.1.5  移动载荷分析 200
5.2  门式刚架轻钢结构有限元分析 206
5.2.1  问题描述 206
5.2.2  力学及有限元模型 206
5.2.3  模型建立 213
5.2.4  静力分析 219
5.2.5  模态分析 221
5.2.6  地震时程分析 222
5.3  高层与高耸结构抗风抗震分析 227
5.3.1  问题描述 227
5.3.2  力学及有限元模型 228
5.3.3  模态分析 231
5.3.4  风载荷分析 236
5.3.5  地震分析 242
5.4  大型渡槽结构地震响应分析 249
5.4.1  问题描述 249
5.4.2  力学及有限元模型 250
5.4.3  模态分析 254
5.4.4  地震响应分析 265
5.5  双连拱隧道开挖有限元模拟 268
5.5.1  问题描述 269
5.5.2  力学及有限元模型 270
5.5.3  模型建立 274
5.5.4  加载及求解 284
5.5.5  结果分析 286
第6章  机械工程应用实例 293
6.1  龙门起重机结构有限元分析 294
6.1.1  问题描述 294
6.1.2  力学及其有限元模型 295
6.1.3  模型建立 299
6.1.4  自重分析 304
6.1.5  同时考虑重力和移动载荷 305
6.1.6  模态分析 309
6.2  大型回转窑有限元分析 311
6.2.1  问题描述 311
6.2.2  有限元建模 313
6.2.3  加载求解 321
6.2.4  结果分析 322
6.3  法兰结构螺栓装配分析 329
6.3.1  Workbench概述 329
6.3.2  模型调入 334
6.3.3  加载求解 334
6.3.4  结果后处理 338
6.3.5  FE Modeler模块中的有用信息 340
6.4  锥形夹头的过盈装配及摩擦分析 344
6.4.1  问题描述 344
6.4.2  力学及有限元模型 344
6.4.3  模型建立 347
6.4.4  加载及求解 354
6.4.5  结果分析 355
6.5  压力容器有限元模拟 361
6.5.1  问题描述 361
6.5.2  力学及有限元模型 362
6.5.3  模型建立 363
6.5.4  加载及求解 369
6.5.5  结果分析 369
第7章  电子工程应用实例 375
7.1  电子封装QFP结构有限元分析 376
7.1.1  问题描述 376
7.1.2  力学及有限元模型 377
7.1.3  模型建立 380
7.1.4  加载及求解 389
7.1.5  结果分析 389
7.2  CBGA封装有限元分析 391
7.2.1  问题描述 392
7.2.2  力学及有限元模型 393
7.2.3  模型建立 397
7.2.4  加载及求解 402
7.2.5  结果分析 403
7.3  电磁振动台磁场特性分析 406
7.3.1  问题描述 406
7.3.2  力学及有限元模型 407
7.3.3  模型建立 411
7.3.4  加载及求解 419
7.3.5  结果分析 419
附录A  常用APDL命令 422
附录B  常用结构分析命令查询 423
B.1  数据库（DATABASE）命令 423
B.2  参数化设计语言命令 424
B.3  前处理（PREP7）命令 425
B.4  求解（SOLUTION）命令 431
B.5  通用后处理 433
参考文献 435

1. Ansys Workbench结构分析热点解析 [牛海峰 ]
2. ANSYS Workbench在压力容器分析中的应用与技术评论 [栾春远 编著]
3. 基于ANSYS的复合材料有限元分析和应用（第二版） [李占营 张承承 李成良 编著]
4. ANSYS AQWA进阶应用 [高巍 董璐 编著]
5. ANSYS SCADE Suite建模基础 [荆华 沈轶烨]
6. ANSYS AQWA软件入门与提高 [主编 高巍]
7. ANSYS APDL参数化有限元分析技术及其应用实例（第二版） [李占营 阚川 等编著]
8. ANSYS解读ASME分析设计规范与开孔补强 [栾春远 编著]
9. 基于ANSYS的复合材料有限元分析和应用 [李占营 阚川 张承承 编著]
10. ANSYS Icepak进阶应用导航案例 [王永康　张义芳　编著]
11. ANSYS SpaceClaim直接建模指南与CAE前处理应用解析 [王伟达 黄志新 李苗倩 编著]
12. ANSYS Workbench结构工程高级应用 [刘笑天]
13. ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用（第三版） [尚晓江 邱峰]
14. ANSYS APDL参数化有限元分析技术及其应用实例 [张涛 等编著]
15. ANSYS Workbench基础教程与实例详解（第二版） [浦广益]
16. ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用 [张洪伟 高相胜 张庆余 编著]
17. ANSYS信号完整性分析与仿真实例 [房丽丽 编著]
18. 压力容器全模型ANSYS分析与强度计算新规范 [栾春远 编著]
19. ANSYS 13.0 Workbench数值模拟技术 [许京荆]
20. ANSYS二次开发及应用实例详解 [师访]
21. ANSYS流固耦合分析与工程实例 [宋学官 蔡林 张华 编著]
22. ANSYS ICEM CFD网格划分技术实例详解 [纪兵兵 陈金瓶]
23. ANSYS 10.0工程电磁分析技术与实例详解 [阎照文]
24. ANSYS土木工程应用实例（第三版） [何本国 主 编]
25. ANSYS Workbench 12基础教程与实例详解 [浦广益 编著]
26. ANSYS 10.0/LS-DYNA基础理论与工程实践 [李裕春 时党勇 赵远 编著]
27. ANSYS在机械与化工装备中的应用（第二版） [余伟炜 高炳军 主编 陈洪军 王呼]
28. ANSYS/APDL高级工程应用实例分析与二次开发 [周宁 等编著]
29. 隧道及地下工程ANSYS实例分析 [李围 等编著]
30. ANSYS 11.0/LS-DYNA基础理论与工程实践 [李裕春 等编著]