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仅供个人参考不得用于商业用途本书是针对现有的ANSYS图书，实例单一，工程背景不强，重操作，少原理的现状，特以ANSYS13.0为平台撰写的一部从入门到精通的实用自学和提高教程。全面介绍有限元分析的理论基础、有限元分析流程、实体建模、网格划分、施加载荷、求解、通用后处理、时间历程后处理、静力学分析、结构动力学分析、结构非线性分析、复合材料分析，断裂力学分析，热力学分析、边坡稳定性分析、界面开裂分析、衬垫连接分析、齿轮分析、转子动力学分析、焊接过程、优化设计、拓扑优化、疲劳分析、自适应网格分析和可靠性分析等内容。围绕ANSYS软件的功能讲解，书中给出了大量具有工程背景的实例，详细讲解热门问题如冲压回弹分析，J积分计算、螺栓衬垫法兰盘连接分析，齿轮动态接触分析，焊接残余热应力分析等实例。本书具有以下特点，语言通俗易懂，逻辑严密，深入浅出。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过程中的使用。本书配套光盘提供了共22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ANSYS13.0有限元分析软件的教材，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。网购地址：Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse10.3实例：阶梯轴施加扭矩和弯矩在实际工程问题中，力矩无处不在。例如管道的弯曲分析，机床主轴的扭矩分析等。但是ANSYS软件美中不足之处就是其扭矩分析没有公式化，没有像加载拉力和压力这样的直接命令来操作，给使用者带来了很大的麻烦，本书使用MPC184单元，是在构件中心部位建立一个节点，跟其他受力节点分别形成多根刚性梁,从而形成刚性面。最后也是直接加载荷到中心节点上面，通过刚性梁来传递载荷。这种方法适用多种情况，不仅支持大应变，还支持非线形情况。仅供个人参考不得用于商业用途11.9实例：印刷机滚筒的模态分析滚筒是印刷机的核心部件，其运动是旋转运动，印刷机高速运转时，其运转平稳性在很大程度上影响着印刷品质量，印刷时产生的重影、墨杠、网点扩大、墨色不均等故障都与滚筒的动态性能有关。造成印刷滚筒不平衡的原因很多，滚筒质量分布不均，滚筒在长度方向上发生挠曲变形，压印力沿滚筒轴向分布不均匀，滚筒两端压印力大，中间部位压印力小等所产生的振动等，因此对滚筒进行动态特性分析对提高印刷品质量有着重要意义。本实例以某四开胶印机压印滚筒为研究对象，建立有限元分析模型，运用有限元软件Ansvs对其进行模态分析，研究其振动特性。12.7实例：汽车悬架系统的谐响应分析悬架是车架与车桥之间的一切传力连接装置的总称。它的功用是把路面作用于车轮上的力和力矩都要通过悬架传递到车架以保证汽车的正常行驶。汽车在行驶的过程中，由于路面不会绝对的平坦，路面作用于车轮的垂直反力往往是冲击性的，这种冲击力达到很大的值，就会影响驾驶员与乘客的乘坐舒适性，车身的姿态会受影响，操纵稳定性也会直接受到影响，甚至行驶速度受到影响。本实例运用ANSYS谐响应分析的功能研究路面对汽车悬架激励的特性。13.8实例：钢架结构厂房的随机振动分析近年来，由于工程建设的快速发展，大大促进了工程力学分析和结构计算理论的发展，继而带动新型工程结构不断涌现，并随着计算机技术的突飞猛进，矩阵分析、有限单元法等新的计算方法在工程结构计算中的应用也不断成熟。同时，轻型钢结构和薄壁钢结构的出现大大减轻了结构自重和用钢量，为在中小型项目的建设中利用钢架结构开辟了新的途径。现在的钢架结构都要求具有良好的抗振能力，因此，用ANSYS有限元分析软件对典型钢结构的随机振动特性进行分析，对于工程设计也是很有实践意义的。仅供个人参考不得用于商业用途14.10实例：路面冲击载荷作用下汽车的瞬态动力学分析行驶平顺性是车辆的重要性能之一。良好的平顺性可以提高乘员的舒适性，延长零部件使用寿命，提高运输效率和降低汕耗。车辆悬架系统座椅、轮胎的特性参数是影响整车行驶平顺性的主要因素，用传统的经验公式来确定悬架座椅、轮胎等的特性参数常常不尽如人意，往往需要经过多次样车试验、修改才能获得较合理的参数匹配方案，日‘开发周期长、费用高。本实例使用ANSYS分析9自由度整车模型受路面冲击激励的响应。15.6实例：支撑架特征值屈曲分析随着科学与经济的发展，刚架结构被广泛应用于机械工程和建筑工程中，它们的安全与稳定问题备受关注，尤其对于承载重量的细长类刚架，为保证结构甚至生命则产的安全，必须要弄清承重刚架正常工作的载荷范围和失效机理，这就有必要去计算其发生塑性弯曲变形时的最小临界载荷，本实例利用ANSYS软件对建筑施工中某承重系统的一个支撑架进行了有限元建模和特征值屈曲分析，并利用ANSYS的后处理模块观察了它的各阶屈曲模态及其轴向应力。15.7实例：复合地基沉降的弹塑性分析随着国民经济的发展，普通等级公路已经不能满足交通运输业的需要。近年来，我国高速公路得到了迅速的发展。高速公路上行车速度快，交通流量大，与一般公路相比较，高速公路对路面、路基的要求更高。受地理位置的限制，许多高速公路不得不建立在软土地段上，由于软土的强度很低，压缩性高，透水性很小，而且还存在流变性，使得筑路工程技术变得困难和复杂。从已建软土地基上高速公路运行情况来看，工后沉降普遍较大。交通荷载作用下路面的沉降变形，一直是工程界普遍关心的问题，也是一值得深入研究的课题。本实例首先建立复合地基的沉降模型，并采用弹塑性土体本构关系，使用有限单元法计算了复合土层的沉降量。仅供个人参考不得用于商业用途16.5实例：薄钢板冲压分析在汽车、航空、家电等工业部门,许多构件是用板料冲压成形生产的。板料成形过程牵涉到几何非线性、材料非线性和边界条件非线性的复杂的力学问题。金属板料冲压成型是利用金属塑性变形的特点，通过对金属板料施加压力，使其产生塑性变形从而获得所需要的形状。由于板料冲压成型过程包含大位移、大变形等十分复杂的物理现象，使得对其成型控制非常困难，以前更多的是通过反复试验的方法制造出合乎要求的产品，其过程需要花费大量的时间和经费。随着有限元模拟技术的迅速发展，利用有限元软件模拟金属板料冲压成型过程及分析其回弹量已成为可能。本实例使用ANSYS模拟薄钢板的冲压分析。17.3实例：复合材料传动轴的失效分析碳纤维复合材料由于较高的比强度和比模量以及较小的密度，在航空航天领域己经得到广泛的应用，日前正在逐步向民用产业扩展。沿着纤维的方向，复合材料的抗拉和抗压性能较好，因此纤维方向被称为复合材料的主方向。在现代加工行业中，可以利用碳纤维复合材料这种可变的性能参数来满足不同的使用性能要求，而复合材料结构设计标准的不足常成为限制复合材料有效应用的重要原因。传动轴是复合材料的一个重要应用方面日前在航天飞机、高性能汽车以及特殊用途的机械中得到了广泛的应用。18.4实例：弹塑性焊接接头的J积分计算由于焊接的工艺性质决定了焊接接头的特点是不连续的。例如在几何上存在缺陷及截面变化的不连续性、在力学上存在残余应力及应力集中、化学上存在成分不均匀性、金属学上存在组织结构的不均匀性。在现有的缺陷评定规范中，对焊接接头的不连续性作了一定的考虑，如在进行裂纹扩展驱动力分析时考虑了焊接残余应力等因素，在制备焊接接头断裂韧性试样时也作了相应的规定。随着学科的发展，焊接接头不连续性及对断裂性能影响的研究日益得到重视，焊接接头力学性能不均匀性对焊接接头断裂性能的影响规律的研究就是其中之一。本实例使用ANSYS计算了焊接接头的裂纹扩展驱动力-J积分。仅供个人参考不得用于商业用途19.7实例：多芯片组件热分析MCM（多芯片组件）作为当代先进电了组装技术的新技术，由于具有组装密度高、匀_连线短、体积小、重量轻、性能好等特点，受到了高度重视，并得到了迅速发展。但与此同时，它的高密度、微型化的特点也带来了一系列设计、组装技术方面的难题，其中芯片的散热问题尤为突出。因此，MCNI的热分析技术成了MCNI可靠性设计的关键技术之一。由于电了组件结构、材料参数、组件内功率器件的分布、环境条件等，传统的数值分析方法往往无能为力。随着计算机技术的发展，利用有限元模拟的方法由于具有计算能力强、运算速度快等优点越来越得到人们的重视，本实例主要以ANSYS软件为例，介绍利用其对MCM进行热分析的实例。20.3实例：确定边坡安全系数边坡是天然斜坡和人工边坡的总称。边坡失稳是生态环境和工程建设中经常遇到的广泛且严重的地质灾害之一，给世界各国人民的生命财产和经济建设带来了巨大韵损失。因此，研究边坡变形破坏的意义是不言而喻的。边坡的稳定性问题一直是土木工程中的一个非常重要的问题。不论是修建高速公路、铁路、机场等交通设施，还是建造矿井、大坝和大型建筑工程等大都需要分析边坡的稳定性。21.7实例：功能梯度材料界面开裂分析21.7.工程背景功能梯度材料(Functionalgradientmaterials,FGM)的出现是现代高科技技术需求的结果，广泛应用于航空航天、核反应堆、生物医药、国防工业等领域.功能梯度材料的断裂理论研究己成为材料科学的前沿课题。22.9实例：螺栓预紧法兰盘衬垫分析法兰、螺栓、垫片及盲板组成的系统是压力容器设计中的重要内容,同时也是设计及使用仅供个人参考不得用于商业用途过程中容易出现问题的部位。详细计算该系统应力分布是提高法兰、螺栓连接设计水平的关键所在。本实例应用三维有限元技术,考虑了大量的接触面、螺栓预紧单元和衬垫单元，准确计算出一套法兰连接的应力分布。23.4实例：多齿轮动态接触分析随着计算机技术的日益普及和FEA技术的蓬勃发展，人们己广泛采用计算机仿真分析来作为齿轮强度校核的方法。随着齿轮传动向重载、高速、低噪、高可靠性方向发展，现代齿轮设计对齿轮传动系统的静、动态特性提出了更高的要求。齿轮设计的主要内容之一是强度设计，而强度设计的重点研究对象是轮齿。因此，建立比较精确的分析模型，准确地掌握轮齿应力的分布特点和变化规律具有重要的意义。24.7实例：转子-轴承系统的临界转速计算旋转机械被广泛地应用于包括燃气轮机，航空发动机，工业压缩机及各种电动机等机械装置中，而对其动力学特性的研究也形成了一门专门的学科一转子动力学。转子动力学在国内外都是一门非常活跃的学科，每年都有大量的文章发表。转子动力学是研究所有与旋转机械转子及其部件和结构有关的动力学特性，包括动态响应、振动、强度、疲劳、稳定性、可靠性、状态监测、故障诊断和控制的学科。25.8实例：三维平板堆焊焊接的残余应力分析随着现代上业的发展，焊接技术正渗透到桥梁、汽车、船舶、电力、石油、石化以及航空航天等各个领域，焊接结构不断向着大型化、精密化和高参数化方向发展，上作条件也越来越苛刻，同时对焊接结构产品的质量要求也越来越高，尤其是对焊接残余应力的要求更为苛刻。仅供个人参考不得用于商业用途26.5实例：高速转盘的动力学优化设计高速转盘普遍存在严重的振动问题。振动不仅会产生噪音污染、缩短转盘的使用寿命、降低转盘的工作可靠性，还会加剧转盘的变形失效，甚至引起安全事故。因此在实际使用过程中，高速转盘的振动和稳定性问题是一个不容忽视的普遍存在的问题，有必要对其进行优化。27.3实例：自行车车架的拓扑优化车架是自行车的骨架和主体，它的强度、刚度和重量直接影响整辆自行车的承载能力和轻便程度.随着自行车产业的发展，先后出现了各种结构形状的车架：为左右两二角形车架，：为1个四边形和1个二角形：为1根弯杠和1个二角形。本实例使用ANSYS寻求为了在较轻重量的前提下获得自行车车架的最大强度和刚度。28.3实例：压力容器的疲劳分析在常规设计中，压力容器时按照静载荷的条件来考虑的，即认为容器中所受的应力是不随时间而变化的。实际上压力容器在交变载荷作用下进行运转的情况是非常普遍的。例如，频繁的间隙操作及开、停车等造成工作压力和各种载荷的变化；运行时出现的压力波动；运行时出现的周期性温度变化；在正常