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内容简介
本书通过大量精心设计的具有实际工程应用背景的原创性分析实例，以图形用户界面及命令流两种方式向读者全面介绍 ANSYS 12.0 结构有限元分析方法及应用。主要包括以下 4 部分内容：ANSYS 基础，内容包括 ANSYS 12.0 结构有限元分析概述、几何建模与网格划分、施加载荷与求解过程、结果后处理、APDL编程语言；ANSYS 结构有限元分析基本过程，内容包括杆系结构有限元分析、梁系结构有限元分析、板壳结构有限元分析、实体结构有限元分析；ANSYS 高级分析实例详解，内容包括结构动力学分析、结构非线性分析、结构稳定性分析；ANSYS 工程应用实战演练，内容包括 ANSYS 在复合材料结构中的应用、ANSYS在机械工程中的应用、ANSYS 在土木工程中的应用。本书内容全面新颖、实例原创丰富、讲述循序渐进、应用领域广泛，通过本书的学习，读者可逐步提高自身的 ANSYS 操作水平以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。
本书可作为力学、土木、机械、航空、航天、船舶、水利、交通、桥梁等专业高年级本科生或研究生学习 ANSYS 12.0 有限元分析软件的教材，也可供从事上述专业结构分析的工程技术人员参考使用。
本书目录
第1部分 ANSYS基础 1
第1章 ANSYS 12.0结构有限元分析概述 2
1.1 ANSYS 12.0软件介绍 2
1.1.1 ANSYS发展过程 3
1.1.2 ANSYS软件功能介绍 3
1.1.3 ANSYS 12.0的创新之处 6
1.2 ANSYS 12.0的启动与退出 9
1.2.1 ANSYS 12.0的启动 9
1.2.2 ANSYS 12.0的退出 11
1.3 ANSYS 12.0操作界面与常用菜单 12
1.3.1 ANSYS 12.0操作界面及输出窗口 12
1.3.2 ANSYS 12.0应用菜单 13
1.3.3 ANSYS 12.0主菜单 13
1.3.4 ANSYS 12.0其他窗口 14
1.3.5 ANSYS 12.0对话框 14
1.3.6 ANSYS 12.0帮助菜单 14
1.4 ANSYS 12.0文件系统与文件操作 16
1.4.1 ANSYS文件类型 16
1.4.2 ANSYS文件的存储与恢复 19
1.4.3 读入ANSYS文件 19
1.4.4 写出ANSYS文件 20
1.4.5 导入导出几何文件 21
1.5 ANSYS 12.0结构有限元分析 21
1.5.1 有限元分析的基本思想 21
1.5.2 ANSYS 12.0结构有限元分析概述 22
1.5.3 ANSYS 12.0结构有限元分析过程 22
1.6 ANSYS结构有限元分析初体验：两杆桁架静力分析 25
1.6.1 问题描述与分析 25
1.6.2 求解过程 26
1.7 小结 34
第2章 几何建模与网格划分 35
2.1 有限元模型建立概述 35
2.1.1 典型步骤 35
2.1.2 基本方法 36
2.2 ANSYS坐标系与工作平面 37
2.2.1 坐标系及操作 37
2.2.2 工作平面及使用 41
2.3 自底向上建模 44
2.3.1 定义关键点及操作 45
2.3.2 定义线及操作 46
2.3.3 定义面及操作 47
2.3.4 定义体及操作 48
2.4 自顶向下建模 48
2.4.1 面对象的建立 48
2.4.2 体对象的建立 51
2.5 布尔运算与模型修改 54
2.5.1 布尔运算 54
2.5.2 模型修改 56
2.6 网格属性与划分控制 58
2.6.1 定义单元类型及属性 58
2.6.2 网格划分工具 59
2.6.3 Smartsize网格划分控制 61
2.6.4 尺寸与形状控制 62
2.7 自由网格与映射网格 64
2.7.1 自由网格划分 65
2.7.2 映射网格划分 66
2.8 小结 69
第3章 施加载荷与求解过程 70
3.1 载荷与载荷步 70
3.1.1 载荷的分类 70
3.1.2 载荷步、子步与平衡迭代 71
3.1.3 跟踪中时间的作用 72
3.1.4 阶跃载荷与斜坡载荷 72
3.2 载荷的施加 73
3.2.1 位移约束 73
3.2.2 集中载荷 79
3.2.3 表面载荷 82
3.2.4 体载荷 87
3.3 载荷步选项与多步载荷的创建 89
3.3.1 载荷步选项 89
3.3.2 创建多载荷步 91
3.4 求解 92
3.4.1 求解器选择 93
3.4.2 求解 94
3.5 小结 97
第4章 结果后处理 98
4.1 后处理求解器简介 98
4.2 通用后处理器（POST1） 99
4.2.1 图形显示结果 100
4.2.2 单元表 106
4.2.3 列表显示结果 107
4.2.4 路径操作 110
4.2.5 动画显示结果 113
4.2.6 载荷工况 115
4.2.7 通用后处理器的其他应用 117
4.3 时间历程后处理器（POST26） 119
4.3.1 变量定义与存储 120
4.3.2 变量操作与查看 122
4.3.3 结果图形显示与列表 123
4.4 小结 127
第5章 APDL编程语言 128
5.1 APDL语言概述 128
5.2 参数与变量参数的用法 129
5.2.1 参数与变量参数的命名规则 129
5.2.2 变量参数的使用方法 130
5.3 数组参数的用法 139
5.3.1 数组参数概述 139
5.3.2 数组参数的定义 140
5.3.3 数组参数的赋值 141
5.3.4 数组参数的运算 147
5.3.5 矢量和矩阵运算设置 152
5.4 APDL程序结构 153
5.4.1 子程序调用（宏嵌套） 154
5.4.2 无条件分支*GO 154
5.4.3 条件分支*IF 155
5.4.4 重复执行一个命令*REPEAT 156
5.4.5 循环命令*DO 157
5.4.6 控制函数列表 157
5.5 宏文件 158
5.5.1 宏的创建 159
5.5.2 宏的使用 161
5.5.3 局部变量 163
5.6 小结 164
第2部分 ANSYS结构有限元分析基本过程 165
第6章 ANSYS杆系结构有限元分析 166
6.1 杆系结构有限元分析基本过程 166
6.1.1 基本假定 167
6.1.2 单元刚度矩阵 167
6.1.3 结构总刚度矩阵 169
6.1.4 边界条件 169
6.1.5 杆件内力 169
6.2 ANSYS中提供的杆单元简介 169
6.2.1 LINK1单元特性简介 170
6.2.2 LINK8单元特性简介 172
6.2.3 LINK10单元特性简介 173
6.3 杆系结构有限元分析实例详解1：传输塔架的静力分析 175
6.3.1 问题描述与分析 175
6.3.2 求解过程 176
6.4 杆系结构有限元分析实例详解2：立体桁架的静力分析 188
6.4.1 问题描述与分析 188
6.4.2 求解过程 189
6.4.3 命令流 201
6.5 小结 205
第7章 ANSYS梁系结构有限元分析 206
7.1 梁系结构有限元分析基本过程 206
7.1.1 基本假定 206
7.1.2 单元刚度矩阵 206
7.1.3 结构总体刚度矩阵 208
7.1.4 边界条件及求解 208
7.1.5 空间梁系结构的单元刚度矩阵及坐标变换矩阵 209
7.2 ANSYS中提供的梁单元简介 209
7.2.1 BEAM3单元特性简介 210
7.2.2 BEAM4单元特性简介 213
7.2.3 BEAM188和BEAM189单元特性简介 219
7.3 梁系结构有限元分析实例详解1：多跨连续梁静力分析 219
7.3.1 问题描述与分析 220
7.3.2 求解过程 220
7.3.3 命令流 236
7.4 梁系结构有限元分析实例详解2：门式钢架静力分析 238
7.4.1 问题描述与分析 238
7.4.2 求解过程 238
7.4.3 命令流 253
7.5 小结 255
第8章 ANSYS板壳结构有限元分析 256
8.1 板壳结构有限元分析基本过程 256
8.1.1 弹性平面问题有限元分析基本思想 256
8.1.2 平面问题的离散化过程 257
8.1.3 单元刚度分析和结构整体分析 258
8.2 ANSYS中提供的板壳单元简介 258
8.2.1 PLANE42单元特性简介 258
8.2.2 PLANE82单元特性简介 261
8.2.3 SHELL63单元特性简介 262
8.2.4 SHELL93单元特性简介 262
8.3 板结构有限元分析实例详解1：带孔平板结构静力分析 265
8.3.1 问题描述与分析 265
8.3.2 求解过程 265
8.3.3 命令流 277
8.4 壳结构有限元分析实例详解2：混凝土圆柱壳结构静力分析 277
8.4.1 问题描述与分析 277
8.4.2 求解过程 278
8.4.3 命令流 290
8.5 小结 291
第9章 ANSYS实体结构有限元分析 292
9.1 实体结构有限元分析基本过程 292
9.1.1 网格划分 292
9.1.2 单元分析 293
9.1.3 整体分析 293
9.2 ANSYS中提供的实体单元简介 294
9.2.1 SOLID45单元特性简介 294
9.2.2 SOLID65单元特性简介 294
9.2.3 SOLID92单元特性简介 295
9.3 实体结构有限元分析实例详解1：立体钢架的静力分析 296
9.3.1 问题描述与分析 296
9.3.2 求解过程 297
9.4 实体结构有限元分析实例详解2：轴承座的静力分析 313
9.4.1 问题描述与分析 313
9.4.2 求解过程 314
9.5 小结 336
第3部分 ANSYS高级分析实例详解 337
第10章 ANSYS结构动力学分析 338
10.1 结构动力学分析概述 338
10.2 模态分析及实例详解 339
10.2.1 模态分析理论的基本假设 339
10.2.2 模态分析方法 339
10.2.3 模态分析过程 340
10.2.4 模态分析实例详解：立体桁架结构模态分析 343
10.3 谐响应分析及实例详解 355
10.3.1 谐响应分析的定义及应用 355
10.3.2 谐响应分析方法 356
10.3.3 谐响应分析步骤 357
10.3.4 谐响应分析实例详解：两自由度系统谐响应分析 359
10.4 瞬态分析及实例详解 367
10.4.1 瞬态分析的含义和应用 367
10.4.2 瞬态分析求解方法 368
10.4.3 瞬态分析求解步骤 369
10.4.4 瞬态分析实例：移动载荷作用下斜拉悬臂梁结构的瞬态响应分析 370
10.5 谱分析及实例详解 377
10.5.1 谱分析的含义和应用 377
10.5.2 谱分析的类型及方法 377
10.5.3 响应谱分析 378
10.5.4 谱分析实例：地震位移谱作用下三角平台结构响应分析 380
10.6 小结 389
第11章 ANSYS结构非线性分析 390
11.1 结构非线性分析的基本过程 390
11.1.1 结构非线性分析概述 390
11.1.2 几何非线性 391
11.1.3 材料非线性 391
11.1.4 状态非线性 391
11.1.5 非线性分析在ANSYS中的实现 392
11.1.6 非线性分析的基本过程 393
11.2 几何非线性有限元分析实例详解1：细长杆失稳分析 396
11.2.1 问题描述 396
11.2.2 问题分析 396
11.2.3 求解步骤 397
11.2.4 命令流 406
11.3 材料非线性有限元分析实例详解：橡胶圆筒受压分析 407
11.3.1 问题描述 408
11.3.2 问题分析 408
11.3.3 求解步骤 408
11.3.4 命令流 417
11.4 小结 418
第12章 ANSYS结构稳定性分析 419
12.1 结构稳定性分析的基本概念 419
12.1.1 特征值屈曲分析 419
12.1.2 非线性屈曲分析 420
12.2 实例详解1：悬臂梁受压线性屈曲分析 420
12.2.1 问题描述与分析 420
12.2.2 求解过程（GUI方法） 421
12.2.3 命令流 429
12.3 实例详解2：复合材料圆柱壳非线性屈曲分析 430
12.3.1 问题描述与分析 430
12.3.2 求解过程（GUI方法） 430
12.3.3 命令流 440
12.4 小结 442
第4部分 ANSYS工程应用实战演练 443
第13章 ANSYS在复合材料结构中的应用 444
13.1 ANSYS中提供的复合材料单元简介 444
13.1.1 SHELL99——线性层状结构壳单元 444
13.1.2 SHELL91——非线性层状结构壳单元 444
13.1.3 SHELL181——有限应变壳单元 445
13.1.4 SOLID46——三维层状结构体单元 445
13.1.5 SOLID191——层状结构体单元 445
13.1.6 其他可用于复合材料分析的单元 445
13.2 复合材料结构有限元分析基本过程 446
13.2.1 定义材料的叠层结构 446
13.2.2 定义失效准则 449
13.2.3 建模和后处理规则 449
13.3 复合材料结构分析实例详解1：复合材料梁弯曲分析 451
13.3.1 问题描述与分析 451
13.3.2 GUI图形化求解过程 452
13.3.3 APDL命令流求解过程 462
13.4 复合材料结构分析实例详解2：复合材料四边简支板模态分析 464
13.4.1 问题描述与分析 464
13.4.2 GUI图形化求解过程 465
13.4.3 命令流 474
13.5 小结 475
第14章 ANSYS在机械工程中的应用 476
14.1 有限元分析实例详解1：扳手的静力分析 477
14.1.1 问题描述与分析 477
14.1.2 求解过程 477
14.1.3 命令流 487
14.2 有限元分析实例详解2：壳体零件的静力分析 489
14.2.1 问题描述与分析 490
14.2.2 求解过程 490
14.3 有限元分析实例详解3：支架零件模态分析 495
14.3.1 问题描述与分析 495
14.3.2 求解过程 496
14.4 有限元分析实例详解4：电机支架的拓扑结构优化设计 502
14.4.1 问题描述与分析 502
14.4.2 电机支架拓扑结构优化设计 502
14.4.3 优化后电机支架的静力分析 506
14.5 小结 511
第15章 ANSYS在土木工程中的应用 512
15.1 实例详解1：椭圆型双层网壳结构静力分析 512
15.1.1 问题描述与分析 512
15.1.2 求解过程 513
15.1.3 命令流 522
15.2 实例详解2：空间张弦梁结构设计分析 525
15.2.1 问题描述与分析 525
15.2.2 求解过程 525
15.2.3 命令流 539
15.3 实例详解3：空腹梁楼盖组合结构模态分析 544
15.3.1 问题描述与分析 544
15.3.2 求解过程 544
15.3.3 命令流 553
15.4 实例详解4：悬链面薄膜结构找形分析 555
15.4.1 问题描述与分析 556
15.4.2 求解过程 558
15.4.3 命令流 566
15.5 小结 567
附录A ANSYS结构分析常用命令参考 568
附录B ANSYS结构分析常用单元总结 586
参考文献 587
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