Ansys 2022有限元分析从入门到精通 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

《Ansys 2022有限元分析从入门到精通》以Ansys 2022为依托，对Ansys分析的基本思路、操作步骤和应用技巧进行详细介绍，并结合典型工程应用实例详细讲述了Ansys具体工程应用方法。本书共分为4篇20章：第1篇为操作基础篇（第1~6章），详细介绍Ansys分析全流程的基本步骤和方法；第2篇为专题实例篇（第7~14章），按不同的分析专题讲解其中的参数设置方法与技巧；第3篇为热分析篇（第15~16章），依次介绍稳态热分析与瞬态热分析、热辐射和相变分析；第4篇为电磁分析篇（第17~20章），分别介绍电磁场有限元分析、二维磁场分析、三维磁场分析和电场分析等内容。另附3章线上扩展学习内容，主要对结构静力分析、耦合场分析、直接耦合场分析进行拓展。 另外，本书随书电子资源中还配备了极为丰富的学习资源，具体内容如下。 1. 128集高清同步微课视频，可像看电影一样轻松学习，然后对照书中实例进行练习。 2. 39个经典实例，学以致用，动手会做才是硬道理。 3. 附赠8种类型常见零部件分析的动画演示和源文件，可以拓宽视野，增强实战能力。 4. 全书实例的源文件和素材，方便按照书中实例操作时直接调用。 本书适合Ansys软件的初、中级用户，以及有初步使用经验的技术人员。本书可作为理工科类院校相关专业的本科生、研究生及教师学习Ansys软件的教材，也可作为从事结构分析相关工作的工程技术人员使用Ansys软件的参考书。

第1篇  操作基础篇

第1章  Ansys 2022入门 2

（ 视频讲解：12分钟）

1.1  Ansys 2022的用户界面 3

1.2  Ansys文件系统 4

1.2.1  文件类型 4

1.2.2  文件管理 5

1.3  Ansys分析过程 8

1.3.1  建立模型 8

1.3.2  加载并求解 9

1.3.3  后处理器 9

1.4  实例入门—角托架受力分析 9

1.4.1  分析实例描述 9

1.4.2  建立模型 10

1.4.3  查看计算结果 17

第2章　几何建模 19

（ 视频讲解：27分钟）

2.1  坐标系简介 20

2.1.1  总体和局部坐标系 20

2.1.2  显示坐标系 22

2.1.3  节点坐标系 23

2.1.4  单元坐标系 24

2.1.5  结果坐标系 24

2.2  工作平面的使用 25

2.2.1  定义一个新的工作平面 25

2.2.2  控制工作平面的显示和样式 26

2.2.3  移动工作平面 26

2.2.4  旋转工作平面 26

2.2.5  还原一个已定义的工作平面 27

2.3  布尔操作 27

2.3.1  布尔运算的设置 27

2.3.2  布尔交运算 28

2.3.3  布尔两两相交运算 29

2.3.4  布尔相加运算 29

2.3.5  布尔相减运算 29

2.3.6  利用工作平面进行减运算 31

2.3.7  布尔搭接运算 31

2.3.8  布尔分割运算 31

2.3.9  布尔粘接（或合并）运算 32

2.4  编辑几何模型 32

2.4.1  按照样本生成图元 33

2.4.2  由对称映像生成图元 33

2.4.3  将样本图元转换到坐标系 33

2.4.4  实体模型图元的缩放 34

2.5  自底向上创建几何模型 35

2.5.1  关键点 35

2.5.2  硬点 36

2.5.3  线 37

2.5.4  面 40

2.5.5  体 41

2.6  实例—储液罐的实体建模 42

2.6.1  GUI方式 43

2.6.2  命令流方式 46

2.7  自顶向下创建几何模型（体素） 47

2.7.1  创建面体素 47

2.7.2  创建实体体素 48

2.8  实例—轴承座的实体建模 49

2.8.1  GUI方式 49

2.8.2  命令流方式 54

2.9  从IGES文件中将几何模型导入

Ansys软件 55

2.10  实例—输入IGES单一实体 56

2.11  实例—对输入模型进行修改 58

第3章　划分网格 61

（ 视频讲解：8分钟）

3.1  有限元网格概论 62

3.2  设定单元属性 62

3.2.1  生成单元属性表 62

3.2.2  在划分网格之前分配单元属性 63

3.3  网格划分的控制 65

3.3.1  Ansys网格划分工具

（MeshTool） 65

3.3.2  单元形状 65

3.3.3  选择自由或映射网格划分 66

3.3.4  控制单元中间节点的位置 67

3.3.5  划分自由网格时的单元尺寸

控制（SmartSizing） 67

3.3.6  映射网格划分中单元的默认

尺寸 68

3.3.7  局部网格划分控制 69

3.3.8  内部网格划分控制 69

3.3.9  生成过渡棱锥单元 71

3.3.10  将退化的四面体单元转化为

非退化的形式 71

3.3.11  执行层网格划分 72

3.4  自由网格划分和映射网格划分控制 73

3.4.1  自由网格划分 73

3.4.2  映射网格划分 74

3.5  实例—储液罐的网格划分 78

3.5.1  GUI方式 78

3.5.2  命令流方式 80

3.6  延伸和扫掠生成有限元网格模型 80

3.6.1  延伸（Extrude）生成网格 81

3.6.2  扫掠（VSWEEP）生成网格 83

3.7  修改有限元模型 85

3.7.1  局部细化网格 85

3.7.2  复制、移动节点和单元 88

3.7.3  控制面、线和单元的法向 88

3.7.4  修改单元属性 89

3.8  直接通过节点和单元生成有限元

模型 89

3.8.1  节点 90

3.8.2  单元 91

3.9  编号控制 93

3.9.1  合并重复项 94

3.9.2  编号压缩 94

3.9.3  设定起始编号 95

3.9.4  编号偏差 95

3.10  实例—轴承座的网格划分 96

3.10.1  GUI方式 96

3.10.2  命令流方式 99

第4章　施加载荷 101

（ 视频讲解：7分钟）

4.1  载荷概论 102

4.1.1  什么是载荷 102

4.1.2  载荷步、子步和平衡迭代 103

4.1.3  时间参数 103

4.1.4  阶跃载荷与坡道载荷 104

4.2  施加载荷 105

4.2.1  载荷分类 105

4.2.2  轴对称载荷与反作用力 111

4.2.3  利用表格施加载荷 112

4.2.4  利用函数施加载荷和边界条件 116

4.3  实例—轴承座的载荷和约束

施加 117

4.3.1  GUI方式 117

4.3.2  命令流方式 120

4.4  设定载荷步选项 120

4.4.1  通用选项 121

4.4.2  动力学分析选项 124

4.4.3  非线性选项 124

4.4.4  输出控制 125

4.4.5  Biot-Savart选项 126

4.4.6  谱分析选项 126

4.4.7  创建多载荷步文件 126

4.5  实例——储液罐的载荷和约束

施加 128

4.5.1  GUI方式 128

4.5.2  命令流方式 130

第5章　求解 132

（ 视频讲解：2分钟）

5.1  求解概论 133

5.1.1  选择求解器 133

5.1.2  求解器的类型 133

5.1.3  获得解答 134

5.2  利用特定的求解控制器指定求解

类型 135

5.2.1  使用Abridged Solution菜单

选项 135

5.2.2  使用求解控制对话框 136

5.3  多载荷步求解 137

5.3.1  多重求解法 137

5.3.2  使用载荷步文件法 138

5.3.3  使用数组参数法

（矩阵参数法） 138

5.4  实例—轴承座和储液罐模型

求解 140

第6章　后处理 141

（ 视频讲解：5分钟）

6.1  后处理概述 142

6.1.1  结果文件 142

6.1.2  后处理可用的数据类型 143

6.2  通用后处理器（POST1） 143

6.2.1  将数据结果读入数据库 143

6.2.2  图像显示结果 149

6.2.3  列表显示结果 155

6.2.4  将结果旋转到不同坐标系中

并显示 157

6.3  实例—轴承座计算结果后处理 158

6.3.1  GUI方式 158

6.3.2  命令流方式 161

6.4  时间历程后处理器（POST26） 162

6.4.1  定义和储存POST26变量 162

6.4.2  检查变量 164

6.4.3  POST26后处理器的其他功能 166

6.5  实例—储液罐计算结果后处理 167

6.5.1  GUI方式 167

6.5.2  命令流方式 169

第2篇  专题实例篇

第7章　结构静力分析 172

（ 视频讲解：31分钟）

7.1  结构静力概论 173

7.2  实例—高速齿轮应力分析 173

7.2.1  分析问题 173

7.2.2  建立模型 174

7.2.3  定义边界条件并求解 186

7.2.4  查看结果 188

7.2.5  命令流方式 190

第8章　模态分析 191

（ 视频讲解：39分钟）

8.1  模态分析概论 192

8.2  实例—高速齿轮模态分析 192

8.2.1  分析问题 192

8.2.2  建立模型 192

8.2.3  进行模态分析设置、施加边界

条件并求解 198

8.2.4  查看结果 200

8.2.5  命令流方式 203

8.3  实例—钢桁架桥模态分析 203

8.3.1  问题描述 203

8.3.2  GUI操作方法 204

8.3.3  命令流方式 208

第9章　谐响应分析 209

（ 视频讲解：18分钟）

9.1  谐响应分析概论 210

9.1.1  full method 210

9.1.2  frequency-sweep method 211

9.1.3  mode superposition method 211

9.1.4  3种方法的共同局限性 212

9.2  实例—悬臂梁谐响应分析 212

9.2.1  分析问题 212

9.2.2  建立模型 212

9.2.3  查看结果 222

9.2.4  命令流方式 224

第10章　谱分析 225

（ 视频讲解：28分钟）

10.1  谱分析概论 226

10.1.1  响应谱 226

10.1.2  动力设计分析方法（DDAM） 226

10.1.3  功率谱密度（PSD） 226

10.2  实例—支撑平板动力效果谱

分析 227

10.2.1  问题描述 227

10.2.2  GUI操作方法 227

10.2.3  命令流方式 244

第11章　瞬态动力学分析 245

（ 视频讲解：13分钟）

11.1  瞬态动力学概论 246

11.1.1  full method 246

11.1.2  mode superposition method 246

11.2  实例—哥伦布阻尼的自由

振动分析 247

11.2.1  问题描述 247

11.2.2  GUI模式 247

11.2.3  命令流方式 257

第12章　非线性分析 258

（ 视频讲解：17分钟）

12.1  非线性分析概论 259

12.1.1  非线性行为的原因 259

12.1.2  非线性分析的基本信息 260

12.1.3  几何非线性 262

12.1.4  材料非线性 263

12.1.5  其他非线性问题 266

12.2  实例—深沟球轴承 266

12.2.1  分析问题 266

12.2.2  GUI方式 267

12.2.3  查看结果 275

12.2.4  命令流方式 278

第13章　接触问题分析 279

（ 视频讲解：17分钟）

13.1  接触问题概论 280

13.1.1  一般分类 280

13.1.2  接触单元 280

13.2  实例—齿轮副的接触分析 281

13.2.1  分析问题 281

13.2.2  建立模型 282

13.2.3  定义边界条件并求解 291

13.2.4  查看结果 294

13.2.5  命令流方式 295

第14章　结构屈曲分析 296

（ 视频讲解：19分钟）

14.1  结构屈曲概论 297

14.2  实例—框架结构屈曲分析 297

14.2.1  分析问题 297

14.2.2  GUI路径模式 298

14.2.3  命令流方式 310

第3篇  热分析篇

第15章　稳态热分析与瞬态热分析 312

（ 视频讲解：42分钟）

15.1  热分析概论 313

15.1.1  热分析的特点 313

15.1.2  热分析单元 314

15.2  热载荷和边界条件的类型 314

15.2.1  概述 314

15.2.2  热载荷和边界条件注意事项 315

15.3  稳态热分析概述 315

15.3.1  稳态热分析定义 315

15.3.2  稳态热分析的控制方程 315

15.4  实例—电热丝生热稳态热

分析 316

15.4.1  GUI操作步骤 316

15.4.2  命令流方式 329

15.5  瞬态热分析概述 329

15.5.1  瞬态热分析特性 329

15.5.2  瞬态热分析前处理考虑因素 330

15.5.3  控制方程 330

15.5.4  初始条件的施加 330

15.6  实例—钢球淬火过程瞬态热

分析 331

15.6.1  GUI分析过程 332

15.6.2  命令流方式 339

第16章　热辐射和相变分析 340

（ 视频讲解：65分钟）

16.1  热辐射基本理论及在Ansys

中的处理方法 341

16.1.1  热辐射特性 341

16.1.2  Ansys中热辐射的处理方法 341

16.2  实例—两同心圆柱体间

热辐射分析 341

16.2.1  问题描述 341

16.2.2  问题分析 342

16.2.3  GUI操作步骤 342

16.2.4  命令流方式 352

16.3  实例—圆台形物体热辐射

分析 352

16.3.1  问题描述 352

16.3.2  问题分析 352

16.3.3  GUI操作步骤 352

16.3.4  命令流方式 358

16.4  相变分析概述 358

16.4.1  相和相变 358

16.4.2  潜在热量和焓 359

16.4.3  相变分析基本思路 359

16.5  实例—茶杯中水结冰过程

分析 361

16.5.1  问题描述 361

16.5.2  问题分析 362

16.5.3  GUI操作步骤 362

16.5.4  命令流方式 374

第4篇  电磁分析篇

第17章　电磁场有限元分析简介 376

17.1  电磁场有限元分析概述 377

17.1.1  电磁场中常见边界条件 377

17.1.2  Ansys电磁场分析对象 377

17.1.3  电磁场单元概述 378

17.1.4  电磁宏 379

17.2  远场单元及远场单元的使用 379

17.2.1  远场单元 380

17.2.2  使用远场单元的注意事项 380

第18章　二维磁场分析 382

（ 视频讲解：73分钟）

18.1  二维静态磁场分析中要使用的

单元 383

18.2  实例—二维螺线管制动器

内静态磁场的分析 383

18.2.1  问题描述 383

18.2.2  GUI操作方法 385

18.2.3  命令流方式 394

18.3  二维谐波磁场分析中要使用的

单元 394

18.4  实例—二维自由空间线圈的

谐波磁场的分析 394

18.4.1  问题描述 394

18.4.2  GUI操作方法 395

18.4.3  命令流方式 404

18.5  二维瞬态磁场分析中要使用的

单元 404

18.6  实例—二维螺线管制动器内

瞬态磁场的分析 405

18.6.1  问题描述 405

18.6.2  GUI操作方法 406

18.6.3  命令流方式 419

第19章　三维磁场分析 420

（ 视频讲解：36分钟）

19.1  三维静态磁场标量法分析中要

使用的单元 421

19.2  实例—带空气隙的永磁体 422

19.2.1  问题描述 422

19.2.2  GUI操作方法 423

19.2.3  命令流方式 433

19.3  棱边单元边方法中要使用的

单元 433

19.4  实例—电动机沟槽中瞬态

磁场分布 434

19.4.1  问题描述 434

19.4.2  创建物理环境 435

19.4.3  建立模型、赋予特性、

划分网格 436

19.4.4  加边界条件和载荷 437

19.4.5  求解 438

19.4.6  查看计算结果 439

19.4.7  命令流方式 441

第20章　电场分析 442

（ 视频讲解：64分钟）

20.1  电场分析中要使用的单元 443

20.2  实例—正方形电流环中的

磁场分布 446

20.2.1  问题描述 446

20.2.2  创建物理环境 447

20.2.3  建立模型、赋予特性、

划分网格 449

20.2.4  加边界条件和载荷 451

20.2.5  求解 452

20.2.6  查看计算结果 452

20.2.7  命令流方式 454

20.3  h方法静电场分析中要使用的

单元 454

20.4  实例—屏蔽微带传输线的

静电分析 455

20.4.1  问题描述 455

20.4.2  GUI操作方法 456

20.4.3  命令流方式 464

20.5  电路分析中要使用的单元 464

20.5.1  使用CIRCU124单元 464

20.5.2  使用CIRCU125单元 467

20.6  实例—谐波电路分析 467

20.6.1  问题描述 467

20.6.2  GUI操作方法 468

20.6.3  命令流方式 475

20.7  多导体系统求解电容 475

20.7.1  对地电容和集总电容 475

20.7.2  步骤 475

20.8  实例—电容计算实例 477

20.8.1  问题描述 477

20.8.2  创建物理环境 477

20.8.3  建立模型、赋予特性、

划分网格 480

20.8.4  加边界条件和载荷 483

20.8.5  求解 484

20.8.6  命令流方式 485

CAD/CAM/CAE技术联盟是一个CAD/CAM/CAE技术研讨、工程开发、培训咨询和图书创作的工程技术人员协作联盟，拥有20多位专职和众多兼职CAD/CAM/CAE工程技术专家。

CAD/CAM/CAE技术联盟负责人由Autodesk中国认证考试中心首席专家担任，全面负责Autodesk中国官方认证考试大纲制定、题库建设、技术咨询和师资力量培训工作，成员精通Autodesk系列软件。其创作的很多教材成为国内具有引导性的旗帜作品，在国内相关专业方向图书创作领域具有举足轻重的地位。

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前言

现代工业的典型特征是大量应用计算机，在产品的开发、设计、分析、制造过程中，计算机的应用极大地提高了工作效率和质量。计算机辅助工程（CAE）就是其中的一种应用，它是计算机技术和现代工程方法的完美结合。

有限元法作为数值计算方法在工程分析领域应用较为广泛。20世纪中叶以来，有限元法以其独有的计算优势得到了广泛发展和应用，同时也出现了不同的有限元算法，并由此产生了一批非常成熟的通用和专业有限元商业软件。随着计算机技术的飞速发展，各种工程软件得到广泛应用。Ansys软件以它的多物理场耦合分析功能成为CAE软件的应用主流，在工程分析中应用较为广泛。

Ansys软件是美国Ansys公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的CAE软件，能够进行包括结构、热、声、流体以及电磁场等学科的研究，在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医药、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。Ansys因其功能强大，操作简单方便，现已成为国际最流行的有限元分析软件之一，并且在历年FEA评比中均名列第一。目前，中国100多所理工院校均已采用Ansys软件进行有限元分析或者将其作为标准教学软件。

一、编写目的

鉴于Ansys软件强大的功能和深厚的工程应用底蕴，我们力图编写一本全方位介绍Ansys软件在各个工程行业应用情况的书籍，但因篇幅有限，我们着重选择Ansys经常应用的几个方面，将Ansys大体知识脉络作为线索，以实例作为“抓手”，帮助读者掌握利用Ansys软件进行工程分析的基本技能和技巧。

二、本书特点

专业性强

本书的作者都是在高校从事计算机图形教学研究多年的一线人员，具有丰富的教学实践经验与教材编写经验，有一些作者是国内Ansys图书出版界知名的作者，前期出版的一些相关书籍经过市场检验很受读者欢迎。多年的教学工作使他们能够准确地把握学生的心理与实际需求。作者总结多年的设计经验以及教学心得体会，经过多年的精心准备，力求全面、细致地展现Ansys软件的各种功能及其在工程分析应用领域的使用方法。

涵盖面广

就本意而言，我们的目的是编写一本对工科各专业具有普遍适用性的基础书籍。因为读者的专业方向不同，我们不可能机械地将本书归类为结构、热力学或电磁学的某一个专业领域，又因为有的读者可能不只在某一个专业内应用Ansys软件，所以我们在本书中对知识点的讲解尽量全面。本书包罗了Ansys软件常用的全部功能的讲解，内容涵盖了Ansys分析基本流程、机械与结构分析、热力学分析、电磁学分析和耦合场分析等知识。对每个知识点，我们不求过难过深，只要求读者能够掌握可以满足一般工程分析的知识即可，并且在语言上尽量做到浅显易懂、言简意赅。

实例丰富

本书的实例不管是数量还是种类都非常丰富。从数量上说，本书结合大量的工程分析实例，详细讲解了Ansys知识要点，全书包含数十个经典工程实例，让读者在学习案例的过程中潜移默化地掌握Ansys软件操作技巧。从种类上说，针对本书专业面宽泛的特点，我们在组织实例的过程中，注意实例的行业分布广泛性，以普通机械和结构分析为主，辅助一些热力学分析、电磁学分析和耦合场分析等工程方向的实例。

突出提升技能

本书从全面提升Ansys工程分析能力的角度出发，结合大量案例来讲解如何利用Ansys软件进行有限元分析，使读者了解计算机辅助分析并能够独立完成各种工程分析。

本书中的很多实例本身就是工程分析项目案例，经过笔者精心提炼和改编，不仅保证了读者能够学好知识点，更重要的是能够帮助读者掌握实际的操作技能，同时培养工程分析实践能力。

三、本书的配套资源

本书提供了极为丰富的配套学习资源，读者可登录清华大学出版社网站（www.tup.com.cn），在对应图书页面下获取其下载方式，也可扫描图书封底的“文泉云盘”二维码获取学习资源的下载方式，以便在最短的时间内学会并掌握这门技术。

1．配套微课视频

针对本书实例专门制作了128集同步教学视频，读者可以扫描书中的二维码观看，像看电影一样轻松愉悦地学习本书内容，然后对照课本加以实践和练习，从而大大提高学习效率。

2．附赠8种类型常见零部件的分析方法 

为了帮助读者拓宽视野，本书赠送了8种类型常见零部件的分析方法，及其配套的时长为200分钟的动画演示，可以增强实战能力。

3．全书实例的源文件

本书配套资源中包含实例和练习实例的源文件和素材，读者可以在安装Ansys 2022软件后，打开并使用它们。

4．线上扩展学习内容

本书附赠3章线上扩展学习内容，包括结构静力分析实例、耦合场分析简介、直接耦合场分析等，学有余力的读者可以扫描封底的“文泉云盘”二维码获取学习资源。

四、关于本书的服务

1．Ansys 2022安装软件的获取

按照本书上的实例进行操作练习，以及使用Ansys 2022进行分析，需要事先在计算机上安装Ansys 2022软件。读者可以登录官方网站联系购买正版软件，或者使用其试用版。另外，可以从当地电脑城、软件经销商处购买。

2．关于本书的技术问题或有关本书信息的发布

读者遇到有关本书的技术问题，可以扫描封底“文泉云盘”二维码查看是否已发布相关勘误/解疑文档。如果没有，可在文档下方寻找加入学习群的方式，我们将尽快回复。

3．关于手机在线学习

扫描书后刮刮卡（需刮开涂层）二维码，即可获取书中二维码的读取权限，再扫描书中二维码，可在手机中观看对应教学视频。这有助于读者充分利用碎片化时间，随时随地学习。需要强调的是，书中给出的是实例的重点步骤，详细操作过程还需读者通过视频来学习并领会。 

五、关于作者

本书由CAD/CAM/CAE技术联盟组织编写。CAD/CAM/CAE技术联盟是一个集CAD/CAM/CAE技术研讨、工程开发、培训咨询和图书创作于一体的工程技术人员协作联盟，拥有众多专职和兼职CAD/CAM/CAE工程技术专家。

CAD/CAM/CAE技术联盟负责人由Autodesk中国认证考试中心首席专家担任，全面负责Autodesk中国官方认证考试大纲制定、题库建设、技术咨询和师资的培训工作，成员精通Autodesk系列软件。其创作的很多教材已经成为国内具有引导性的旗帜作品，在国内相关专业的图书创作领域具有举足轻重的地位。

六、致谢

在本书的写作过程中，策划编辑贾小红和艾子琪女士给予了很大的帮助和支持，提出了很多中肯的建议，在此表示感谢。同时，还要感谢清华大学出版社的所有编审人员为本书的出版所付出的辛勤劳动。本书的成功出版是大家共同努力的结果，谢谢所有给予支持和帮助的人们。

编  者