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第1章　ANSYS与结构分析1

1.1　ANSYS功能与软件结构1

1.1.1　ANSYS软件的技术特点1

1.1.2　ANSYS软件的分析功能2

1.1.3　ANSYS处理器3

1.1.4　ANSYS文件类型和格式4

1.1.5　ANSYS输入方式4

1.1.6　ANSYS软件的产品系列5

1.2　ANSYS结构分析单元功能与特性6

1.2.1　杆单元6

1.2.2　梁单元7

1.2.3　管单元9

1.2.4　2D实体单元9

1.2.5　3D实体单元10

1.2.6　壳单元11

1.2.7　弹簧单元12

1.2.8　质量单元13

1.2.9　接触单元13

1.2.10　矩阵单元14

1.2.11　表面效应单元14

1.2.12　预紧、多点约束、网分单元14

1.3　ANSYS结构分析材料模型15

1.3.1　材料模型的分类15

1.3.2　材料模型的定义及特点16

1.4　ANSYS结构分析与结构建模18

1.4.1　结构分类及仿真单元18

1.4.2　平面模型和空间模型19

1.4.3　模型深度与单元选择20

1.4.4　全结构仿真分析技术21

1.5　结构分析的基本过程22

1.5.1　基本过程22

1.5.2　几何建模-有限元模型分析过程的GUI方式22

1.5.3　直接建立有限元模型的GUI方式25

1.5.4　两种方式的命令流26

第2章　几何建模技术与技巧30

2.1　坐标系和工作平面31

2.1.1　坐标系类型31

2.1.2　坐标系的定义与激活32

2.1.3　定义工作平面36

2.1.4　工作平面的操控37

2.1.5　工作平面的显示样式38

2.2　创建几何模型39

2.2.1　创建关键点40

2.2.2　创建线46

2.2.3　创建面56

2.2.4　创建体66

2.3　几何模型的布尔运算76

2.3.1　布尔运算的设置76

2.3.2　交运算77

2.3.3　加运算80

2.3.4　减运算81

2.3.5　用工作平面切分图素83

2.3.6　分割运算84

2.3.7　分类运算86

2.3.8　搭接运算87

2.3.9　黏接87

2.4　几何建模的其他常用命令88

2.4.1　图形控制命令88

2.4.2　文件管理114

2.4.3　选择与组件118

2.4.4　图素缩放与几何要素计算125

2.4.5　图素法线方向修改127

2.5　几何建模技巧128

2.5.1　ANSYS的单位128

2.5.2　椭圆与椭球的建模130

2.5.3　图片保存与模型动画133

2.5.4　模型移动、旋转与装配134

2.5.5　ANSYS查询函数135

2.5.6 GET命令与GET函数139

2.5.7　几何建模其他问题与技巧141

2.6　几何建模实例149

2.6.1　弹簧149

2.6.2　螺纹152

2.6.3　花键154

2.6.4　带轮155

2.6.5　齿轮157

2.6.6　型钢161

2.6.7　桥墩164

2.6.8　桥台167

2.6.9　异体168

第3章　网格划分技术及技巧172

3.1　定义单元属性172

3.1.1　单元类型172

3.1.2　实常数174

3.1.3　材料属性176

3.1.4　梁截面182

3.1.5　设置几何模型的单元属性192

3.2　网格划分控制194

3.2.1　单元形状控制及网格类型选择195

3.2.2　单元尺寸控制197

3.2.3　内部网格划分控制201

3.2.4　划分网格203

3.3　网格划分高级技术204

3.3.1　面映射网格划分204

3.3.2　体映射网格划分208

3.3.3　扫掠生成体网格209

3.3.4　单元有效性检查212

3.3.5　网格修改214

3.4　网格划分实例215

3.4.1　基本模型的网格划分215

3.4.2　复杂面模型的网格划分220

3.4.3　复杂体模型的网格划分225

第4章　加载与求解技术230

4.1　荷载及其施加230

4.1.1　荷载230

4.1.2　施加自由度约束231

4.1.3　施加集中荷载235

4.1.4　施加面荷载237

4.1.5　施加体荷载246

4.1.6　施加惯性荷载247

4.1.7　施加耦合场荷载248

4.1.8　初应力荷载及施加249

4.1.9　荷载步及相关概念252

4.2　荷载步选项及设置253

4.2.1　输出选项254

4.2.2　其他选项256

4.2.3　生成荷载步文件260

4.3　分析类型与求解控制选项262

4.3.1　静态分析求解控制选项262

4.3.2　屈曲分析求解控制选项273

4.3.3　模态分析求解控制选项273

4.3.4　瞬态分析求解控制选项275

4.3.5　谐分析求解控制选项278

4.3.6　谱分析求解控制选项279

4.3.7　子结构分析求解控制选项279

4.4　求解代价估计280

4.4.1　估计运行时间280

4.4.2　估计文件大小281

4.4.3　估计内存需求281

4.5　重启动分析281

4.5.1　单点重启动分析282

4.5.2　单点重启动分析的步骤282

4.5.3　单点重启动分析示例283

4.5.4　多点重启动分析284

4.5.5　多点重启动分析的过程及示例286

4.6　时变结构的多荷载步求解287

4.6.1　结构不变时的求解288

4.6.2　结构变化—材料性质或实常数变化时的求解289

4.6.3　结构变化—边界条件变化时的求解291

第5章　通用与时间历程后处理技术294

5.1　通用后处理294

5.1.1　读入结果文件294

5.1.2　结果输出控制选项296

5.1.3　图形显示结果300

5.1.4　列表显示结果303

5.1.5　节点特殊结果计算311

5.1.6　单元表及操作312

5.1.7　路径及操作316

5.1.8　荷载工况及操作322

5.1.9　面及操作325

5.2　时间历程后处理329

5.2.1　定义变量329

5.2.2　变量运算333

5.2.3　变量与数组转换335

5.2.4　变量图形显示与列表显示336

第6章　结构线性静力分析340

6.1　结构线性静力分析概述340

6.2　桁架结构341

6.2.1　平面桁架342

6.2.2　空间桁架343

6.2.3　网架及面荷载的施加345

6.3　梁结构346

6.3.1　几种梁单元用法与结果346

6.3.2　梁单元自由度释放与耦合自由度350

6.3.3　曲梁及线荷载的施加353

6.3.4　刚度矩阵的提取356

6.3.5　变截面梁363

6.3.6　剪切变形影响363

6.3.7　节点连接刚度及处理365

6.4　板壳结构366

6.4.1　板壳弯曲理论简介366

6.4.2　板壳有限元与SHELL单元368

6.4.3　四边简支方板与单元计算比较369

6.4.4　板壳单元计算的几个问题371

6.5　实体结构378

6.5.1　施加荷载378

6.5.2　后处理技术382

6.5.3　内力计算384

6.6　杆梁壳体的连接处理385

6.6.1　约束方程的建立385

6.6.2　杆与梁壳体的连接388

6.6.3　梁与壳体的连接390

6.6.4　壳与体的连接399

6.6.5　多种单元的组合结构400

6.7　结构分析的特殊问题402

6.7.1　影响线的计算与绘制402

6.7.2　影响面的计算与绘制405

6.7.3　结构温度应力的计算407

第7章　结构弹性稳定分析410

7.1　特征值屈曲分析基础411

7.2　特征值屈曲分析的步骤411

7.2.1　创建模型411

7.2.2　获得静力解412

7.2.3　获得特征值屈曲解412

7.2.4　查看结果413

7.3　结构的特征值屈曲分析414

7.3.1　受压柱屈曲分析414

7.3.2　圆弧拱的屈曲分析416

7.3.3　梁的侧倾屈曲分析418

7.3.4　柱壳屈曲分析421

7.3.5　考虑恒载与活载时的屈曲分析方法422

7.3.6　有预应力的结构屈曲分析423

7.3.7　有自由度耦合或约束方程时结构屈曲分析424

7.4　特征值屈曲分析的其他问题425

7.4.1　结构屈曲分析425

7.4.2　整体屈曲与局部屈曲427

7.4.3　弹性整体稳定安全系数428

第8章　结构非线性分析430

8.1　结构非线性分析概述430

8.1.1　基本概念430

8.1.2　基本步骤与过程433

8.1.3　几何非线性分析435

8.1.4　材料非线性分析437

8.1.5　接触分析440

8.2　常用弹塑性材料模型及其应用443

8.2.1　双线性随动强化模型BKIN443

8.2.2　多线性随动强化模型MKIN与KINH446

8.2.3　非线性随动强化模型CHAB448

8.2.4　双线性等向强化模型BISO与多线性等向强化模型MISO449

8.2.5　非线性等向强化模型NLISO450

8.2.6　组合模型451

8.3　非线性屈曲与全过程分析451

8.3.1　悬臂梁451

8.3.2　压杆的大挠度分析454

8.3.3　平面桁架457

8.3.4　拱结构458

8.3.5　空间刚架与网壳463

8.3.6　板壳结构465

8.4　索膜结构467

8.4.1　单悬索分析467

8.4.2　菱形单片索网分析471

8.4.3　多片索网分析473

8.4.4　伞形索网分析475

8.4.5　膜结构找形分析476

8.5　钢筋混凝土结构479

8.5.1　基本概念与技巧479

8.5.2　分离式模型示例482

8.5.3　整体式模型示例485

8.6　预应力混凝土结构487

8.6.1　建模方法487

8.6.2　实体力筋法的三种建模示例489

8.7　岩土与结构493

8.7.1　材料模型493

8.7.2　土体与结构计算495

第9章　结构动力分析499

9.1　基础知识499

9.2　模态分析501

9.2.1　模态分析的基本过程501

9.2.2　一般结构的模态分析503

9.2.3　循环对称结构的模态分析504

9.2.4　有预应力模态分析507

9.2.5　大变形预应力模态分析507

9.3　谐响应分析509

9.3.1　完全法谐响应分析510

9.3.2　缩减法谐响应分析514

9.3.3　模态叠加法谐响应分析517

9.3.4　有预应力的谐响应分析518

9.4　瞬态动力分析519

9.4.1　瞬态动力分析的几个关键问题520

9.4.2　完全法瞬态动力分析523

9.4.3　模态叠加法瞬态动力分析526

9.4.4　缩减法瞬态动力分析528

9.4.5　有预应力的瞬态动力分析529

9.4.6　瞬态动力分析实例530

9.5　谱分析542

9.5.1　单点响应谱分析542

9.5.2　随机振动分析546

9.5.3　动力设计分析方法和多点响应谱分析简介549

9.5.4　响应谱分析实例550

参考文献554