ANSYS Workbench 12基础教程与实例详解

本书的实例均来自科学研究和工程实践，很多实例读者稍微修改就能解决相关工程中类似的科研和工程问题。

为了提高读者的学习效率，操作步骤统一在图形上作了标注，读图就可以理解操作的内涵。

尽量简化有限元理论知识的讲解，只把必知必会的内容简明扼要地提出来。特别注重对ANSYS Workbench 12应用技巧的讲解。

全书贯穿大量静力学、热分析、动力学分析、屈曲分析、结构分析、优化设计、流体动力学以及多物理场耦合分析的实例。针对ANSYS Workbench 12的分析强项，特别细致地讲解多物理场耦合分析的四大综合实例。

配套1张DVD光盘的模型文件，以最大限度地提高读者的学习效率。

封面宣传语

32个实例均来自科学研究和工程实践

读图能学ANSYS Workbench 12

深入浅出多物理场耦合分析

配套1DVD光盘的模型文件

有人将CAE技术称为当今“科学与技术的完美结合”。这句话说得可能比较夸张，但不可否认，CAE技术的确是现代产品研发的重要基础技术，且其理论性和需要的学科知识厚重而宽广。

ANSYS有限元软件是目前CAE的主流分析软件之一，在全球拥有最大的用户群。2002年，ANSYS公司开发了新一代产品研发集成平台ANSYS Workbench，其新颖的操作界面和操作思路一直深受用户欢迎，特别是近几年ANSYS公司兼并了CFX和FLUENT及Ansoft软件而成为全球CAE界的巨无霸。所有的这些软件均可集成于ANSYS Workbench 12中，可以想象ANSYS Workbench 12具有多么强大的分析功能。

目前，国内关于ANSYS Workbench的中文书籍极少。2009年6月9日ANSYS公司推出新版ANSYS Workbench 12，由于界面较之以前变化极大，连许多老用户一时也很难适应。如何快速地掌握ANSYS Workbench 12并用来解决实际工程问题一直是广大用户所面临的难题。

本书融有限元分析的基础知识和ANSYS Workbench 12应用实例为一体，在基础理论和工程实践应用之间架起一座桥梁。全书共11章，第1章讲解ANSYS Workbench 12基础知识；第2章讲解几何建模基础方法和实例；第3章讲解在Workbench 12下的网格划分平台；第4～8章分别讲解线性静力结构分析、热分析、动力学分析、线性屈曲分析和结构非线性分析；第9章讲解如何在Workbench 12中进行优化分析；第10章讲解流体动力学分析；第11章是多物理场耦合分析的综合应用，主要包括不同物理场耦合技术在当今产品研发中的应用，这些都反映了当今国际上仿真技术发展的最新应用成果。

本书特色

 本书的实例均来自科学研究和工程实践，很多实例读者稍微修改就能解决相关工程中类似的科研和工程问题。

 为了提高读者的学习效率，操作步骤统一在图形上作了标注，这样读图就可以理解操作的内涵。

 本书尽量简化有限元理论知识的讲解，只把必知必会的内容简明扼要地提出来，特别注重对ANSYS Workbench 12应用技巧的讲解。

 全书贯穿了大量静力学、热分析、动力学分析、屈曲分析、结构分析、优化设计、流体动力学以及多物理场耦合分析的实例。针对ANSYS Workbench 12的分析强项，特别细致地讲解了多物理场耦合分析的四大综合实例。

 配套一张DVD光盘的模型文件，以最大限度地提高读者的学习效率。

读者对象

本书可作为机械、土木、工程力学、能源、电子通信、航空航天等专业的高年级本科生、广大研究生和教师的参考书及教学用书，亦可供相关领域从事产品设计、仿真与优化的工程技术人员和广大CAE爱好者学习参考。

本书写作与分工

本书由浦广益编著，在写作过程中得到了江南大学机械工程学院广大师生的大力支持，在此深表谢意。感谢盛辉和浦澄夕对本书给予的帮助。参与本书具体工作的还包括陈军、陈鲲、陈争航、邓海涛、郭敏、李平、吴艳、虞晓东、朱诚、刘利平、李伟、路锦正、刘道军、景小燕、詹福宇、傅茂林、谢韵、刘正君、李佳等。写作过程很辛苦，非常感谢家人在写作中给与的理解和支持。

由于时间仓促，加之本书内容新、书中涉及面广及作者水平有限, 书中不足甚至错误之处在所难免，恳请广大读者批评指正，如有疑问可以发E-mail至sharepub@126.com。

作者

2010年8月

前言

第1章 ANSYS Workbench 12基础 1
1.1 ANSYS Workbench 12概述 1
1.1.1 几何体模型与网格划分 2
1.1.2 多物理场 2
1.1.3 流体动力学 2
1.1.4 仿真过程及数据管理 2
1.1.5 显式动力学 3
1.2 ANSYS Workbench 12的设计流程 3
1.2.1 ANSYS Workbench 12支持的应用 3
1.2.2 启动ANSYS Workbench 12的方法 4
1.2.3 ANSYS Workbench 12的用户
界面（GUI） 5
1.3 ANSYS Workbench 12的文件管理 7
1.4 本章小结 8
第2章 ANSYS Workbench几何建模 9
2.1 几何建模基础 9
2.1.1 熟悉DesignModeler 12建模平台 9
2.1.2 DesignModeler的鼠标操作 12
2.1.3 DesignModeler的插入特征 13
2.1.4 特征抑制 13
2.1.5 Go To特征 14
2.2 草图模式 14
2.2.1 进入草图 14
2.2.2 创建新平面 14
2.2.3 创建草图 15
2.2.4 几何模型的关联性 16
2.3 3D几何体的生成 16
2.3.1 多体部件体（Multi-body Parts） 17
2.3.2 表面印记（Imprint Faces） 19
2.3.3 填充（Fill）和包围（Enclosure）
操作 21
2.4 DesignModeler与外部CAD软件 22
2.5 DesignModeler实例分析 23
2.6 概念建模 26
2.6.1 从点生成线体 27
2.6.2 从草图生成线 27
2.6.3 从边生成线 27
2.6.4 从外部曲线的坐标文件生成线体 28
2.7 概念建模实例 28
2.8 本章小结 32
第3章 网格划分 33
3.1 认识网格划分平台 33
3.2 典型网格分析 34
3.2.1 四面体网格 34
3.2.2 扫掠型网格 35
3.2.3 自动划分法（Automatic Method） 36
3.2.4 Inflation法 36
3.2.5 多域扫掠型（Multizone Sweep
Meshing） 36
3.2.6 Hex Dominant 网格划分 37
3.2.7 面网格划分（Surface Meshing） 37
3.3 网格划分实例 38
3.4 了解ANSYS ICEM CFD 49
3.4.1 ANSYS ICEM CFD 12软件 49
3.4.2 ANSYS ICEM CFD 12文件类型 51
3.4.3 ANSYS ICEM CFD 12主菜单及
功能栏 51
3.4.4 ANSYS ICEM CFD 12的工作流程 53
3.4.5 Workbench 12和ICEM CFD 12的
互动链接 54
3.4.6 ICEM CFD 12的实例分析 54
3.5 本章小结 64
第4章 线性静力结构分析 65
4.1 线性静力分析基础 65
4.2 Workbench 12与线性静力学分析 65
4.2.1 几何模型 66
4.2.2 材料属性 66
4.2.3 装配体 66
4.2.4 载荷及约束 67
4.2.5 Mechanical中的常见载荷 67
4.2.6 Mechanical中常见的支撑约束 68
4.2.7 Mechanical中的求解选项 69
4.2.8 后处理结果 70
4.3 Workbench 12线性静力学分析实例 72
4.4 本章小结 88
第5章 工程热分析 89
5.1 热分析基础 89
5.2 ANSYS Workbench 12与热分析 90
5.2.1 几何模型 90
5.2.2 材料属性 90
5.2.3 装配体与接触 90
5.2.4 热载荷 92
5.2.5 热边界条件 92
5.2.6 求解选项 92
5.2.7 结果和后处理 93
5.3 热分析实例 93
5.4 本章小结 116
第6章 动力学分析 117
6.1 动力学分析基础 117
6.2 模态分析基础 118
6.2.1 模态分析过程 118
6.2.2 模态分析中的几何体 119
6.2.3 建立模态分析项 119
6.2.4 载荷和约束及求解结果 119
6.3 谐响应分析 121
6.3.1 谐响应分析过程 121
6.3.2 建立谐响应分析项 121
6.3.3 加载谐响应载荷及求解 121
6.3.4 后处理中查看结果 123
6.4 响应谱分析 123
6.4.1 响应谱分析过程 124
6.4.2 在Workbench 12中进行响应谱
分析 124
6.5 随机振动分析 125
6.5.1 随机振动分析过程 125
6.5.2 在Workbench 12中进行随机振动
分析 125
6.6 瞬态动力学分析 126
6.6.1 瞬态动力学分析过程 127
6.6.2 时间步长 127
6.6.3 几何模型 127
6.6.4 运动副 128
6.6.5 弹簧 128
6.6.6 载荷和约束支撑 129
6.6.7 阻尼 129
6.6.8 分析设置 129
6.6.9 后处理中查看结果 130
6.7 Workbench 12中的动力学模块 130
6.8 动力学实例分析 131
6.9 显式动力学简介 167
6.9.1 ANSYS 12在显式动力学中的特点 168
6.9.2 显式动力学实例 169
6.10 本章小结 177
第7章 线性屈曲分析 178
7.1 线性屈曲分析的基础 178
7.2 在Workbench 中进行屈曲分析 179
7.2.1 线性屈曲分析的步骤 179
7.2.2 几何模型和材料属性 179
7.2.3 接触对 179
7.2.4 载荷和约束 180
7.2.5 屈曲分析的项目结构 180
7.2.6 求解模型 181
7.2.7 观察结果 181
7.3 屈曲分析实例分析 182
7.4 本章小结 193
第8章 结构非线性分析 194
8.1 非线性分析基础 194
8.1.1 几何非线性 194
8.1.2 材料非线性 195
8.1.3 接触（状态）的非线性 195
8.2 超弹性材料 195
8.2.1 什么是超弹性体 195
8.2.2 ANSYS中的超弹性体 196
8.2.3 Workbench 中曲线的拟合 196
8.3 金属塑性 199
8.3.1 金属塑性概述 199
8.3.2 屈服准则 200
8.3.3 强化准则 201
8.3.4 材料数据的输入 203
8.4 ANSYS Workbench 12中的接触非线性 205
8.4.1 接触的基本概念 205
8.4.2 Workbench中接触类型 206
8.4.3 对称/非对称行为 207
8.4.4 接触工具 207
8.4.5 摩擦接触 207
8.4.6 接触结果 209
8.5 结构非线性实例分析 209
8.6 本章小结 242
第9章 优化设计 243
9.1 Design Exploration基础 243
9.1.1 参数定义 243
9.1.2 优化方法设定 244
9.1.3 Design Explorer的特征 244
9.1.4 Design Explorer的特点 244
9.1.5 Design Explorer的用户界面 245
9.2 Design Exploration分析使用基础 246
9.2.1 参数的设置 246
9.2.2 目标驱动优化（GDO） 247
9.2.3 响应图表（Response Charts） 249
9.2.4 实验设计法（Design of
Experiments） 250
9.2.5 6西格玛设计（Six Sigma） 250
9.2.6 Design Explorer与APDL 251
9.3 Design Exploration分析实例 252
9.4 本章小结 269
第10章 流体动力学分析 270
10.1 CFD基础 270
10.2 ANSYS CFD 12基础 272
10.3 ANSYS CFD 12实例分析 273
10.4 本章小结 302
第11章 ANSYS Workbench 12多物理场耦合
分析 303
11.1 流场腔内固定块的应力场优化 303
11.2 风机的流—固耦合计算 323
11.3 主板的综合分析 341
11.4 电气插件分析 356
11.5 本章小结 367

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. ANSYS Workbench结构工程高级应用 [刘笑天]
4. ANSYS Workbench基础教程与实例详解（第二版） [浦广益]