ANSYS12.0有限元分析完全手册的目 录
第1章 有限单元法和ANSYS简介 15
本章主要介绍有限单元法的基本思想、有限单元法的基本模型，以及使用有限单元法进行产品分析的基本步骤。ANSYS作为应用最广泛的有限元分析软件之一，已经发展到12.0版本。本章介绍了ANSYS 12.0新功能和特点、ANSYS 12.0的安装和配置、ANSYS 12.0主菜单、ANSYS 12.0帮助系统等内容。
1.1 有限单元法简介 15
1.1.1 有限单元法的基本思想 15
1.1.2 有限单元法的基本模型 17
1.1.3 有限单元法的分析步骤 18
1.2 ANSYS功能和特点 19
1.2.1 ANSYS的发展历程 19
1.2.2 ANSYS的主要功能 20
1.2.3 ANSYS 12.0版本的新特点 22
1.3 ANSYS 12.0的安装和配置 25
1.3.1 ANSYS 12.0的安装 26
1.3.2 ANSYS 12.0的启动 32
1.3.3 ANSYS 12.0的运行环境配置 33
1.4 ANSYS程序结构 33
1.4.1 ANSYS文件格式 33
1.4.2 处理器 34
1.4.3 图形输入 34
1.4.4 分析文件类型 34
1.5 ANSYS 12.0用户界面基本组成 34
1.5.1 启动ANSYS 12.0用户界面 34
1.5.2 对话框及其控件 35
1.6 ANSYS 12.0通用菜单 37
1.7 输入窗口 38
1.8 ANSYS 12.0主菜单简介 38
1.9 工具条 39
1.10 输出窗口（OUTPUT WINDOW） 40
1.11 图形窗口（GRAPHICS WINDOW） 40
1.12 个性化界面 42
1.13 ANSYS 12.0帮助系统 43
1.14 小结 44
第2章 ANSYS分析基本过程 45
本章主要介绍包括分析问题、创建有限元模型、施加载荷进行求解和查看结果的典型ANSYS分析过程，以及在分析过程中经常会使用到的一些命令。最后通过一个工字钢悬臂梁的分析实例演示了ANSYS的分析流程。
2.1 分析问题 45
2.2 建立有限元模型 46
2.2.1 建立和修改工作文件名或标题 47
2.2.2 定义单元类型 47
2.2.3 定义材料特性数据 49
2.2.4 创建实体模型 49
2.2.5 对实体模型进行网格划分 49
2.3 施加载荷 50
2.3.1 定义分析类型和设置分析选项 50
2.3.2 施加载荷 51
2.4 进行求解 52
2.4.1 求解器的类别 52
2.4.2 求解检查 53
2.4.3 求解的实施 53
2.4.4 求解会碰到的问题 54
2.5 后处理 54
2.6 分析过程中常用到的命令 55
2.6.1 起始层命令 55
2.6.2 前处理命令 55
2.6.3 求解命令 56
2.6.4 一般后处理命令 57
2.7 工字钢悬臂梁分析实例 58
2.7.1 分析问题 58
2.7.2 建立有限元模型 59
2.7.3 施加载荷 62
2.7.4 进行求解 63
2.7.5 后处理 64
2.8 小结 66
第3章 建立实体模型 67
本章主要介绍如何通过IGES、SAT、STEP和PARASOLID等中间文件格式或者图形转换界面，将CAD模型直接导入至ANSYS中。
3.1 实体建模概述 67
3.2 导入CAD软件创建的实体模型 68
3.2.1 图形交换数据格式 68
3.2.2 IGES格式实体的导入 68
3.2.3 SAT格式实体的导入 70
3.2.4 Parasolid格式实体的导入 71
3.2.5 STEP格式的导入 71
3.2.6 导入SolidWorks中创建的叶片模型 72
3.2.7 导入UG绘制的轴承模型 73
3.2.8 导入SolidEdge中绘制的联轴器模型 74
3.3 对输入模型的修改 75
3.4 ANSYS环境内直接建模方法 75
3.4.1 自上而下创建几何模型 75
3.4.2 自下而上建模几何模型 76
3.5 坐标系简介 76
3.5.1 总体和局部坐标系 76
3.5.2 显示坐标系 79
3.5.3 节点坐标系 82
3.5.4 单元坐标系 83
3.5.5 结果坐标系 84
3.6 工作平面的使用 84
3.6.1 定义一个新的工作平面 85
3.6.2 控制工作平面的显示和样式 85
3.6.3 移动工作平面 85
3.6.4 旋转工作平面 86
3.6.5 还原一个已定义的工作平面 86
3.6.6 工作平面的高级用途 87
3.7 自底向上创建几何模型 90
3.7.1 关键点 90
3.7.2 硬点 92
3.7.3 几何元素——线 95
3.7.4 几何元素——面 102
3.7.5 几何元素——体 107
3.8 自顶向下创建几何模型 114
3.8.1 创建面体素 114
3.8.2 创建实体体素 116
3.9 使用布尔操作来构建复杂几何模型 119
3.9.1 布尔运算的设置 119
3.9.2 布尔运算之后的图元编号 120
3.9.3 交运算 120
3.9.4 两个实体相交操作 122
3.9.5 两个实体相加操作 122
3.9.6 两个实体相减操作 124
3.10 小结 125
第4章 有限元网格划分与模型建立 126
本章将讲解自由网格和映射网格的基本概念、有限元网格划分的主要指导思想、有限元网格划分的基本方法、有限元单元属性的设定方法、有限元网格划分过程和有限元网格划分的控制方法等内容，最后给出了轴承座零件划分网格的实例。
4.1 网格类型和应用场合 126
4.2 有限元网格划分的主要指导思想 128
4.3 有限元网格划分的基本方法 129
4.4 有限元单元属性的设定 130
4.4.1 选择单元类型 130
4.4.2 单元设置 132
4.4.3 材料属性设定 132
4.4.4 单元坐标系设定 133
4.5 有限元网格划分的控制方法 133
4.5.1 有限元网格划分工具 134
4.5.2 选择自由或映射网格划分 134
4.5.3 单元属性分配设置 135
4.5.4 单元尺寸控制 136
4.5.5 局部网格划分控制 137
4.5.6 内部网格划分控制 138
4.5.7 细化网格控制 139
4.5.8 网格质量控制 140
4.5.9 细小结构的网格划分 140
4.6 实体模型的网格划分 140
4.6.1 映射网格划分方法 141
4.6.2 划分实体模型 141
4.6.3 有限元模型的修改 142
4.7 直接生成有限元模型 144
4.7.1 节点 144
4.7.2 单元 150
4.7.3 通过节点和单元生成有限元模型 152
4.8 生成有限元模型实例 157
4.9 小结 168
第5章 施加载荷 169
本章在实体建立和网格划分的基础上，主要介绍了载荷的基本概念、载荷步、子步和迭代的概念、载荷的分类、加载方法、加载控制、如何针对不同的分析类型完成载荷的加载过程。
5.1 概述 169
5.1.1 载荷的定义 169
5.1.2 载荷施加的对象 170
5.1.3 载荷步、子步和平衡迭代 171
5.1.4 时间参数 171
5.2 载荷的初始设置 172
5.2.1 均布温度和参考温度 172
5.2.2 面载荷梯度 173
5.2.3 重复加载方式 173
5.2.4 设定载荷步选项 174
5.3 载荷的分类 175
5.3.1 自由度约束 175
5.3.2 集中力载荷 177
5.3.3 面载荷 178
5.3.4 体载荷 180
5.3.5 阶跃载荷 181
5.3.6 坡道载荷 182
5.3.7 其他载荷 182
5.4 载荷的施加和操作 183
5.4.1 利用表格来施加载荷 183
5.4.2 利用函数来施加载荷 183
5.4.3 修改载荷 184
5.4.4 删除载荷 184
5.4.5 其他操作 185
5.5 实例 186
5.5.1 单载荷步的施加 186
5.5.2 多载荷步的施加 188
5.6 小结 192
第6章 求解 193
本章主要介绍ANSYS的求解类型、求解控制和求解过程，并给出了求解实例。
6.1 求解设置 193
6.1.1 新分析 194
6.1.2 求解控制 194
6.2 求解过程处理 196
6.2.1 求解概述 196
6.2.2 求解当前载荷步 196
6.2.3 根据载荷步文件求解 197
6.2.4 多载荷步求解 197
6.2.5 重新启动分析 199
6.2.6 预测求解时间 201
6.3 实例 203
6.3.1 恢复文件 203
6.3.2 求解 203
6.4 小结 204
第7章 通用后处理器 205
本章主要对后处理的基本概念、后处理可以处理的数据类型、图形显示分析计算结果及列表显示计算结果的方法进行了介绍，最后给出了一个综合实例。
7.1 概述 205
7.1.1 通用后处理器 206
7.1.2 时间－历程后处理器 206
7.1.3 结果文件读入通用后处理器 207
7.1.4 查看结果数据集 208
7.1.5 设置结果输出方式 208
7.1.6 设置图形显示方式 209
7.2 图形显示计算结果 209
7.2.1 结果查看器 210
7.2.2 查看和分析变形图 210
7.2.3 查看和分析等值线图 211
7.2.4 查看和分析矢量图 213
7.2.5 基于单元表的结果图形 214
7.2.6 载荷组合及其运算结果显示 216
7.3 列表显示计算结果 218
7.3.1 结果数据集汇总列表（Detailed Summary） 219
7.3.2 迭代汇总信息 （Iteration Summary） 219
7.3.3 排序列表（Sorted Listing） 220
7.4 综合实例 220
7.4.1 单载荷步求解结果查看 221
7.4.2 多载荷步求解结果查看 224
7.5 小结 227
第8章 时间－历程后处理器 228
本章主要介绍时间－历程后处理器的概况和使用方法，最后给出使用实例。
8.1 概述 228
8.1.1 时间－历程后处理器的作用 228
8.1.2 使用时间-历程后处理器的基本步骤 230
8.2 进入时间－历程后处理器 230
8.2.1 交互方式 230
8.2.2 批处理方式 232
8.3 时间－历程变量观察器 233
8.4 绘制时间-变量曲线 235
8.5 数据的输入和输出 236
8.5.1 数据的输入 237
8.5.2 数据的输出 237
8.6 综合实例 238
8.6.1 恢复文件 238
8.6.2 查看结果 239
8.7 小结 241
第9章 静力学分析 242
本章将系统地介绍结构静力学分析的内容，包括线性静力学问题中各种类型的工程实例，如平面应力、应变问题，轴对称问题，以及梁、桁架、壳等模型的分析问题，通过这些实例进行具体的分析求解，让读者能熟悉静力学中各种模型的分析思路和求解方法，并掌握ANSYS分析静力学问题的基本步骤。
9.1 静力学分析简介 242
9.1.1 静力学分析类型 242
9.1.2 静力学分析步骤 243
9.2 平面应力问题分析 244
9.2.1 问题描述 245
9.2.2 问题分析 245
9.2.3 求解过程和分析结果 246
9.3 平面应变问题分析 256
9.3.1 问题描述 257
9.3.2 问题分析 257
9.3.3 求解过程和分析结果 257
9.4 轴对称问题分析 266
9.4.1 问题描述 266
9.4.2 问题分析 266
9.4.3 求解过程和分析结果 267
9.5 梁分析 275
9.5.1 问题描述 275
9.5.2 问题分析 276
9.5.3 求解过程和分析结果 276
9.6 桁架分析 282
9.6.1 问题描述 283
9.6.2 问题分析 283
9.6.3 求解过程和分析结果 283
9.7 壳分析 292
9.7.1 问题描述 293
9.7.2 问题分析 293
9.7.3 求解过程和分析结果 294
9.8 接触分析 302
9.8.1 问题描述 302
9.8.2 问题分析 302
9.8.3 求解过程和分析结果 303
9.9 小结 325
第10章 结构动力学分析 326
本章主要介绍结构动力学分析基本过程、运用ANSYS 软件对模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析和谱分析等各种动力学的实际问题进行分析的过程、步骤、技巧与方法。
10.1 结构动力学分析基本过程 326
10.1.1 模态分析 327
10.1.2 谐响应分析 330
10.1.3 瞬态动力学分析 333
10.1.4 谱分析 336
10.2 模态分析实例 340
10.2.1 问题描述 340
10.2.2 问题分析 340
10.2.3 求解过程和分析结果 340
10.3 谐响应分析 353
10.3.1 问题描述 353
10.3.2 问题分析 354
10.3.3 求解过程和分析结果 354
10.4 响应谱分析 364
10.4.1 问题描述 364
10.4.2 问题分析 365
10.4.3 求解过程和分析结果 365
10.5 瞬态动力学分析 374
10.5.1 问题描述 375
10.5.2 问题分析 375
10.5.3 求解过程和分析结果 375
10.6 小结 385
第11章 非线性分析 386
本章将介绍非线性分析基本过程，包括结构非线性分析、几何非线性分析、材料非线性分析、状态非线性分析等几种典型的非线性分析的基本概念，针对每种分析类型结合实例详细介绍了ANSYS中的非线性分析过程。
11.1 非线性分析基本过程 386
11.1.1 结构非线性分析 387
11.1.2 几何非线性分析 387
11.1.3 材料非线性分析 388
11.1.4 状态非线性分析 388
11.1.5 非线性分析步骤 388
11.2 几何非线性分析 396
11.2.1 问题描述 397
11.2.2 问题分析 397
11.2.3 建立模型 398
11.2.4 定义边界条件并求解 404
11.2.5 查看结果 406
11.3 材料非线性分析 410
11.3.1 问题描述 411
11.3.2 问题分析 411
11.3.3 建立模型 411
11.3.4 定义边界条件并求解 416
11.3.5 查看结果 419
11.4 状态非线性分析 422
11.4.1 问题描述 423
11.4.2 问题分析 423
11.4.3 建立模型 423
11.4.4 定义边界条件并求解 430
11.4.5 查看结果 432
11.5 小结 437
第12章 热分析 438
本章主要介绍热分析的基本概念、传热学经典理论、三种基本热传递方式等热分析基础知识、热分析的基本过程；热—结构耦合分析、热—应力耦合分析内容和实例。
12.1 热分析基础知识 438
12.1.1 热分析符号与单位 438
12.1.2 传热学经典理论 439
12.1.3 三种基本热传递方式 439
12.1.4 热分析材料基本属性 441
12.1.5 边界条件与初始条件 442
12.1.6 热载荷 443
12.1.7 稳态与瞬态热分析 444
12.1.8 线性与非线性热分析 445
12.2 热分析介绍 445
12.2.1 热分析简介 445
12.2.2 热分析的类型 445
12.2.3 热分析的基本过程 446
12.3 热—结构耦合分析 447
12.3.1 问题描述 447
12.3.2 问题分析 448
12.3.3 建立模型 448
12.3.4 定义边界条件并求解 456
12.3.5 查看结果 460
12.4 热—应力耦合分析实例 464
12.4.1 问题描述 464
12.4.2 问题分析 464
12.4.3 建立模型 465
12.4.4 定义边界条件并求解 471
12.4.5 查看结果 478
12.5 小结 480
第13章 ANSYS新界面WORKBENCH环境 481
本章主要介绍ANSYS新界面Workbench集成环境的基本情况，如何基于ANSYS 12.0版本的“项目视图（Project Schematic View）”功能，将整个仿真流程的建立模型，划分网格，求解和查看结果更加紧密的组合在一起，通过简单的拖拽操作即可完成复杂的多物理场分析流程。
13.1 ANSYS WORKBENCH概述 481
13.1.1 ANSYS Workbench产品设计流程 482
13.1.2 ANSYS Workbench文件格式 484
13.2 ANSYS WORKBENCH安装和启动配置 485
13.2.1 ANSYS 12.0 Workbench 启动 485
13.2.2 ANSYS 12.0 Workbench 配置 486
13.2.3 ANSYS 12.0 Workbench帮助资源 488
13.3 静力学分析实例 489
13.3.1 问题描述 489
13.3.2 问题分析 489
13.3.3 建立模型 489
13.3.4 定义边界条件并求解 495
13.3.5 查看结果 498
13.4 结构动力学分析实例 500
13.4.1 问题描述 501
13.4.2 问题分析 501
13.4.3 建立模型 501
13.4.4 定义边界条件并求解 506
13.4.5 查看结果 508
13.5 热力学分析实例 508
13.5.1 问题描述 508
13.5.2 问题分析 509
13.5.3 建立模型 509
13.5.4 定义边界条件并求解 512
13.5.5 查看结果 513
13.6 小结 515
附录A ANSYS使用常见问题 516
