ANSYS 14.0工程实例解析与常见问题解答.pdf

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编号:20200522115946721218    类型:共享资源    大小:20.80MB    格式:PDF    上传时间:2020-05-22
  
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ANSYS 14.0工程实例解析与常见问题解答 14.0 工程 实例 解析 常见 问题解答
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CAD/CAM/CAE 工程应用丛书·ANSYS 系列 ANSYS 14.0 工程实例解析与 常见问题解答 张洪才 等编著 机 械 工 业 出 版 社 本书以有限元分析软件 ANSYS 14.0 为平台,工程实例为载体,详细 地讲解了静力学、动力学、材料非线性、接触分析、屈曲分析、断裂力 学、复合材料、热-结构分析的步骤和方法。书中给出了 18 个具有工程背 景的实例。 本书具有以下特点:实例工程背景强,理论与软件操作结合紧密,并 详细讲解软件使用过程中的常见问题,能够快速提高读者的工程实例分析 能力;切实从读者学习和使用的实际出发,安排章节顺序和内容;图文并 茂,讲述过程中结合大量分析实例,力求易于理解并方便学习和实践。本 书配套光盘提供了 18 个实例的视频教程和 ANSYS 实例文件。 本书不仅适合高等学校理工类高年级本科生或研究生学习 ANSYS,还 可供从事结构分析的工程技术人员参考使用,同时书中提供的大量实例也 可供高级用户参考。 图书在版编目(CIP)数据 ANSYS 14.0 工程实例解析与常见问题解答 / 张洪才等编著.—北京:机械工 业出版社,2013.4 (CAD/CAM/CAE 工程应用丛书·ANSYS 系列) ISBN 978-7-111-41679-1 Ⅰ.①A… Ⅱ.①张… Ⅲ.①有限元分析―应用软件 Ⅳ.①0241.82 中国版本图书馆 CIP 数据核字(2013)第 038886 号 机械工业出版社(北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037) 策划编辑:张淑谦 责任编辑:张淑谦 责任印制:邓 博 三河市宏达印刷有限公司印刷 2013 年 4 月第 1 版·第 1 次印刷 184mm×260mm·24.75 印张·612 千字 0001―4000 册 标准书号:ISBN 978-7-111-41679-1 ISBN 978-7-89433-855-6(光盘) 定价:69.00 元(含 1DVD) 凡购本书,如有缺页、倒页、脱页,由本社发行部调换 电话服务 网络服务 社 服 务 中 心 : (010)88361066 教 材 网:http:// 销 售 一 部 : (010)68326294 机工官网:http:// 销 售 二 部 : (010)88379649 机工官博:http:// 读者购书热线: (010)88379203 封面无防伪标均为盗版 III 出 版 说 明 随着信息技术在各领域的迅速渗透,CAD/CAM/CAE 技术已经得到了广泛的应用,从 根本上改变了传统的设计、生产、组织模式,对推动现有企业的技术改造、带动整个产业结 构的变革、发展新兴技术、促进经济增长都具有十分重要的意义。 CAD 在机械制造行业的应用最早,使用也最为广泛。目前其最主要的应用涉及到机 械、电子、建筑等工程领域。世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用 CAD/CAM/CAE 技术进行产品设计,而且投入大量的人力、物力及资金进行 CAD/CAM/ CAE 软件的开发,以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。CAD 在工程中的应 用,不但可以提高设计质量,缩短工程周期,还可以节约大量建设投资。 各行各业的工程技术人员也逐步认识到 CAD/CAM/CAE 技术在现代工程中的重要性, 掌握其中的一种或几种软件的使用方法和技巧,已成为他们在竞争日益激烈的市场经济形势 下生存和发展的必备技能之一。然而仅仅知道简单的软件操作方法是远远不够的,只有将计 算机技术和工程实际结合起来,才能真正达到通过现代的技术手段提高工程效益的目的。 基于这一考虑,机械工业出版社特别推出了这套主要面向相关行业工程技术人员的 “CAD/CAM/CAE 工程应用丛书” 。本丛书涉及 AutoCAD、Pro/ENGINEER/Creo、UG、 SolidWorks、Mastercam、ANSYS 等软件在机械设计、性能分析、制造技术方面的应用,以 及 AutoCAD 和天正建筑 CAD 软件在建筑和室内配景图、建筑施工图、室内装潢图、水暖、 空调布线图、电路布线图以及建筑总图等方面的应用。 本套丛书立足于基本概念和操作,配以大量具有代表性的实例,并融入了作者丰富的实 践经验,使得本丛书内容具有专业性强、操作性强、指导性强的特点,是一套真正具有实用 价值的书籍。 机械工业出版社 IV 前 言 ANSYS 是目前国内外使用最广泛的计算机辅助分析软件之一,经过 40 多年的发展,其 强大的求解功能和良好的用户界面深受广大用户的欢迎。ANSYS 软件是一个集结构、热、 流体、电磁和声学于一体的大型通用有限元分析软件,该软件很好地实现了前、后处理,分 析求解及多场耦合分析统一数据库功能。同时,它还是世界上第一个通过 ISO9001 质量认证 的分析设计类软件。ANSYS 软件可广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械 制造、材料成形、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、 地矿、水利、日用家电等工业及科学研究等领域。ANSYS 14.0 是目前最新的 ANSYS 版 本,不仅为当前的商业应用提供了新技术,而且在以下方面取得了显著进步:放大工程、模 拟最复杂的工程产品和高性能计算(HPC) 。 本书以工程实例为载体,向读者详细讲解了 ANSYS 的静力学、动力学、材料非线性、 接触分析、屈曲分析、断裂力学、复合材料、热-结构分析的步骤和方法,并详细讲解了 ANSYS 使用过程中常见的问题。全书内容全面新颖,理论与实践操作有机结合,并能做到 以理论指导软件操作,让用户不但知道如何操作,而且知道为什么这样操作。本书实例工程 背景强,讲述循序渐进,应用领域广泛。通过学习,读者可逐步提高自身的 ANSYS 操作水 平及利用有限元分析理论进行结构分析的能力,最终具备在结构分析领域解决实际工程问题 的思路、方法和能力。 本书几乎涵盖了 ANSYS 应用的所有分析类型,读者阅读完本书就能够使用 ANSYS 进 行产品分析。本书编写时采用了目前最新的 ANSYS 14.0 版本,所涉及的知识也都是基于最 新版本进行介绍的,在讲解分析过程中,结合了图形用户界面(GUI)操作和命令行操作两 种模式,读者可以根据自己的需要进行选择。 全书共 21 章,18 个工程实例,覆盖了大部分工程问题,也详细地讲解了一些热门问 题,如切削分析、三维裂纹、热障涂层、轮胎与路面动态接触分析、搅拌摩擦焊接模拟、金 属塑性成型、网格重分,并配有详细的讲解视频教程,可以帮助读者在短时间内掌握这些复 杂问题的分析流程和技巧,领会到实际工程问题的分析思路,并能解决相关领域的问题。 本书适合于初、中级用户入门与提高阶段使用。全书主要由长春装甲兵技术学院张洪才 撰写,参加本书编写的还有长春装甲兵技术学院的刘宪伟、王海鹏、程华、钱永产、尹奇、 金顶云和黄健,白城兵器试验中心的蒋陆德,中国北方车辆研究所的邢彦斌。编者长期从事 CAE 的研究工作,并根据自己的研究工作整理完成本书内容。本书在编写过程中参考了很多 宝贵的文献,编者对文献作者表示真心的感谢。同时作者向所有参与和关心本书出版的领 导、老师、亲人和朋友致以诚挚的谢意!由于时间仓促,难免在写作方式和内容上存在疏漏 之处,恳请读者批评指正。 编 者 V 目 录 出版说明 前言 第 1 章 重分网格技术 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………1 1.1 重分网格的优点和限制…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………1 1.1.1 重分网格的优点…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………1 1.1.2 重分网格的限制…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………1 1.2 重分网格的要求…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………2 1.3 确定开始重分网格的子步………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………3 1.4 开始重分网格……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………3 1.5 选择重分网格区域………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………4 1.6 执行重分网格操作………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………5 1.6.1 选择重分网格方法…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………5 1.6.2 网格控制………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………11 1.6.3 在同一子步网格重画多个区域………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………11 1.7 检查施加的接触边界、载荷和边界条件 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………12 1.7.1 接触边界………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………12 1.7.2 压力和连续位移……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………12 1.7.3 力和独立的位移约束……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………13 1.7.4 节点温度………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………13 1.7.5 其他边界条件和载荷……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………13 1.8 自动映射变量和平衡残差…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………13 1.8.1 映射求解变量………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………13 1.8.2 平衡残余力………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………13 1.8.3 映射结果的含义……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………15 1.8.4 处理收敛困难………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………15 1.9 执行多重启动………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………15 1.10 重复执行重分网格操作………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………15 1.11 后处理重分网格的结果………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………16 1.11.1 数据库后处理…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………16 1.11.2 时间历程后处理器………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………17 第 2 章 流体压力渗透载荷……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………18 2.1 施加流体渗透载荷…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………18 2.2 指定流体渗透开始点………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………19 2.3 指定压力渗透准则…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………20 2.4 指定流体渗透作用时间……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………20 VI 2.5 重新定义或修改压力渗透载荷……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………21 2.6 后处理流体压力渗透载荷…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………22 第 3 章 基于重分网格的密封圈大变形分析…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………23 3.1 引言………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………23 3.2 几何模型…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………23 3.3 材料模型…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………23 3.4 单元的选择 ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………24 3.5 边界条件和载荷……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………24 3.6 GUI 操作…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………24 3.6.1 前处理…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………24 3.6.2 求解…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………29 3.6.3 后处理…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………34 3.7 命令流……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………35 第 4 章 超弹密封垫分析………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………37 4.1 引言………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………37 4.2 几何模型…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………37 4.3 材料本构模型………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………38 4.4 单元的选择 ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………38 4.5 边界条件和载荷……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………39 4.6 GUI 操作…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………39 4.6.1 前处理…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………39 4.6.2 求解…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………45 4.6.3 后处理…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………51 4.7 命令流……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………52 第 5 章 金属塑性成型的非线性有限元分析…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………55 5.1 引言………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………55 5.2 几何模型…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………55 5.3 材料的本构关系……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………55 5.4 单元的选择 ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………56 5.5 边界条件和载荷……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………56 5.6 GUI 操作…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………56 5.6.1 前处理…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………56 5.6.2 求解…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………61 5.6.3 后处理…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………71 5.7 命令流……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………73 第 6 章 功能梯度材料静、动态断裂力学分析………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………77 6.1 引言………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………77 6.2 几何模型…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………77 6.3 材料的本构模型……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………78 VII 6.4 单元的选择 ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………78 6.5 边界条件与载荷……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………78 6.6 GUI 操作…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………79 6.6.1 前处理…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………79 6.6.2 静态断裂力学求解……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………83 6.6.3 静态求解后处理……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………86 6.6.4 动态断裂力学求解……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………90 6.6.5 动态求解后处理……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………96 6.7 命令流……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………98 6.7.1 静态分析命令流……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………98 6.7.2 动态分析命令流………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………101 第 7 章 变厚度圆盘的有限元分析………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………106 7.1 引言…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………106 7.2 几何模型……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………106 7.3 材料的本构关系………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………107 7.4 单元的选择 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………107 7.5 边界条件与载荷………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………107 7.6 GUI 操作……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………107 7.6.1 前处理……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………107 7.6.2 求解……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………113 7.6.3 后处理……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………115 7.7 命令流………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………116 第 8 章 汽车制动器尖叫的有限元分析…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………119 8.1 引言…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………119 8.2 几何模型……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………120 8.3 材料的本构模型………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………120 8.4 单元
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