本書以ANSYS18.0為例，及ANSYS分析的基本思想、基本步驟、應用技巧進行了詳細介紹，並結合典型工程應用實例詳細講述了ANSYS在機械與結構工程中的應用方法。書中盡量避免煩瑣的理論敘述，從實際應用出發,根據作者使用該軟件的經驗，結合大量實例，采用GUI方式對操作過程進行了講解，為了幫助用戶熟悉ANSYS相關操作命令，書中給出了每個例子的命令流文件，並配備了視頻。

全書總共10章。內容包括及ANSYS簡介、實體建模、網格劃分、施加載荷及求解、通用後處理器、時間歷程後處理器、結構靜力分析、非線性分析、動力學分析、熱分析。

本書適合ANSYS軟件的初、中級用戶以及有初步使用經驗的技術人員閱讀。本書可作為理工科院校相關專業的高年級本科生、研究生學習ANSYS軟件的教材，亦可作為從事結構分析等相關行業的工程技術人員使用ANSYS軟件的參考書。

第1章及ANSYS簡介 / 1

1.1法簡介 / 1

1.1.1方法的基本思想 / 1

1.1.2模型的基本構成 / 2

1.1.3分析的基本步驟 / 3

1.1.4分析解題步驟實例——梯形板 / 3

1.2ANSYS18.0簡介 / 13

1.2.1ANSYS軟件的基本功能 / 13

1.2.2ANSYS18.0的新功能 / 14

1.2.3ANSYS18.0的基本操作 / 17

1.3ANSYS18.0的解題步驟實例——梯形板 / 20

1.3.1分析問題 / 20

1.3.2定義參數 / 20

1.3.3創建幾何模型 / 25

1.3.4劃分網格 / 26

1.3.5施加載荷 / 27

1.3.6求解 / 28

1.3.7結果分析 / 29

1.3.8結果比較 / 30

本章小結 / 32

練習題 / 32



第2章實體建模 / 33

2.1ANSYS建模基本方法 / 33

2.1.1實體建模方法 / 33

2.1.2直接生成法建模 / 35

2.1.3從CAD圖形中導入實體模型 / 35

2.1.4三種建模方法的優缺點 / 35

2.2坐標繫及其操作 / 36

2.2.1總體坐標繫及其操作 / 36

2.2.2局部坐標繫及其操作 / 37

2.2.3顯示坐標繫及其操作 / 39

2.2.4節點坐標繫及其操作 / 41

2.2.坐標繫及其操作 / 42

2.2.6結果坐標繫及其操作 / 43

2.3工作平面及使用 / 43

2.3.1顯示和設置工作平面 / 43

2.3.2定義工作平面 / 45

2.3.3旋轉和平移工作平面 / 46

2.4自底向上建模 / 47

2.4.1定義及操作關鍵點 / 47

2.4.2選擇、查看和刪除關鍵點 / 49

2.4.3定義及操作線 / 50

2.4.4選擇、查看和刪除線 / 53

2.4.5定義及操作面 / 53

2.4.6選擇、查看和刪除面 / 55

2.4.7定義體 / 56

2.4.8選擇、查看和刪除體 / 56

2.5自頂向下建模 / 57

2.5.1建立矩形面原始對像 / 58

2.5.2建立圓或環形面原始對像 / 58

2.5.3建立正多邊形面原始對像 / 60

2.5.4建立長方體原始對像 / 61

2.5.5建立柱體原始對像 / 61

2.5.6建立多稜柱原始對像 / 62

2.5.7建立球體或部分球體原始對像 / 63

2.5.8建立錐體或圓臺原始對像 / 63

2.5.9建立環體或部分環體原始對像 / 64

2.6布爾運算 / 64

2.6.1交運算 / 65

2.6.2加運算 / 69

2.6.3減運算 / 70

2.6.4切割運算 / 71

2.6.5搭接運算 / 75

2.6.6分割運算 / 76

2.6.7黏結運算 / 77

2.7模型修改 / 77

2.7.1 / 77

2.7.2 / 78

2.7.3 / 79

2.7.4 / 79

2.7.5坐標繫 / 80

2.8運用組件 / 81

2.8.1組件和部件的操作 / 81

2.8.2通過組件和部件選擇實體 / 82

2.9自頂向下實體建模實例1——軸承座實體建模 / 82

2.10自底向上實體建模實例2——汽車連杆實體建模 / 88

本章小結 / 94

練習題 / 94



第3章網格劃分 / 96

3.1屬性 / 96

3.1.1類型 / 96

3.1.2定義實常數 / 98

3.1.3定義材料參數 / 99

3.1.4屬性 / 102

3.2網格劃分控制 / 103

3.2.1網格劃分工具 / 104

3.2.2Smart Size網格劃分控制 / 105

3.2.3尺寸控制 / 107

3.2.形狀控制 / 110

3.2.5網格劃分器選擇 / 110

3.3實體模型網格劃分 / 114

3.3.1關鍵點網格劃分 / 115

3.3.2線網格劃分 / 115

3.3.3面網格劃分 / 115

3.3.4體網格劃分 / 116

3.3.5網格修改 / 118

3.4網格檢查 / 120

3.4.1設置形狀檢查選項 / 120

3.4.2設置形狀限制參數 / 121

3.4.3確定網格質量 / 121

3.5直接法生模型 / 122

3.5.1節點定義 / 122

3.5.定義 / 127

3.6網格劃分基本原則 / 131

3.6.1網格數量 / 131

3.6.2網格疏密 / 131

3.6.階次 / 133

3.6.4網格質量 / 134

3.7自由網格劃分實例1——軸承座 / 134

3.8映射網格劃分實例2——二維飛輪 / 136

3.9掃掠網格劃分實例3——汽車連杆 / 142

3.10混合網格劃分實例4——三維帶孔飛輪 / 147

本章小結 / 153

練習題 / 154



第4章施加載荷及求解 / 155

4.1加載概述 / 155

4.1.1載荷類型 / 155

4.1.2載荷施加方式 / 156

4.1.3載荷步、子步和平衡迭代 / 157

4.1.4載荷步選項 / 158

4.1.5載荷的顯示 / 159

4.2載荷的定義 / 159

4.2.1自由度約束 / 159

4.2.2集中載荷 / 163

4.2.3表面載荷 / 166

4.2.4體載荷 / 174

4.2.5特殊載荷 / 176

4.3求解 / 177

4.3.1選擇合適的求解器 / 177

4.3.2求解多步載荷 / 179

4.3.3求解 / 181

4.4綜合實例1——軸承座模型載荷施加及求解 / 182

4.5綜合實例2——汽車連杆模型載荷施加及求解 / 185

本章小結 / 186

練習題 / 187



第5章通用後處理器 / 188

5.1通用後處理器概述 / 188

5.1.1通用後處理器處理的結果文件 / 188

5.1.2結果文件讀入通用後處理器 / 189

5.1.3瀏覽結果數據集信息 / 190

5.1.4讀取結果數據集 / 190

5.1.5設置結果輸出方式與圖形顯示方式 / 193

5.2圖形顯示計算結果 / 193

5.2.1繪制變形圖 / 193

5.2.2繪制等值線圖 / 195

5.2.3繪制矢量圖 / 197

5.2.4繪制粒子軌跡圖 / 198

5.2.5繪制破碎圖和壓碎圖 / 199

5.3路徑操作 / 200

5.3.1定義路徑 / 200

5.3.2觀察沿路徑的結果 / 202

5.3.3進行沿路徑的數學運算 / 203

5.表 / 204

5.4.1創建和表 / 204

5.4.2表的數學運算 / 205

5.4.3表繪制結果圖形 / 206

5.5載荷組合及其運算 / 207

5.5.1創建載荷工況 / 208

5.5.2載荷工況的讀寫 / 208

5.5.3載荷工況數學運算 / 209

5.6綜合實例1——桁架計算 / 209

5.7綜合實例2——軸承座及汽車連杆後處理分析 / 215

5.7.1軸承座後處理分析 / 215

5.7.2汽車連杆後處理分析 / 216

本章小結 / 217

練習題 / 217



第6章時間歷程後處理器 / 218

6.1定義和存儲變量 / 219

6.1.1變量定義 / 219

6.1.2變量存儲 / 220

6.1.3變量的導入 / 222

6.2變量的操作 / 222

6.2.1數學運算 / 222

6.2.2變量與數組相互賦值 / 223

6.2.3數據平滑 / 225

6.2.4生成響應頻譜 / 226

6.3查看變量 / 227

6.3.1圖形顯示 / 227

6.3.2列表顯示 / 229

6.4動畫技術 / 231

6.4.1直接生成動畫 / 231

6.4.2通過動畫幀顯示動畫 / 231

6.4.3動畫播放 / 233

6.5綜合實例——鋼球淬火溫度計算 / 233

6.5.1問題描述 / 233

6.5.2GUI 操作步驟 / 234

本章小結 / 240

練習題 / 240



第7章結構靜力分析 / 241

7.1結構分析概述 / 241

7.1.1結構分析定義 / 241

7.1.2結構分析的類型 / 241

7.1.3結構分析所使 / 242

7.1.4材料模式界面 / 242

7.1.5求解方法 / 243

7.2結構靜力分析 / 243

7.2.1結構靜力分析的定義 / 243

7.2.2結構靜力分析類型 / 243

7.2.3結構靜力分析的求解步驟 / 243

7.3平面問題靜力分析實例——鋼支架 / 244

7.3.1問題提出 / 245

7.3.2建立模型 / 245

7.3.3施加載荷 / 250

7.3.4求解 / 250

7.3.5查看結果 / 251

7.4軸對稱結構靜力分析實例——二維飛輪 / 251

7.4.1問題提出 / 251

7.4.2調出模型 / 252

7.4.3施加載荷 / 252

7.4.4求解 / 253

7.4.5查看結果 / 253

7.5周期對稱結構靜力分析實例——三維帶孔飛輪 / 258

7.5.1問題提出 / 258

7.5.2調出模型 / 259

7.5.3施加載荷 / 259

7.5.4求解 / 260

7.5.5查看結果 / 260

7.6任意三維結構靜力分析實例——六角扳手 / 265

7.6.1問題提出 / 265

7.6.2建立模型 / 265

7.6.3施加載荷 / 273

7.6.4求解 / 277

7.6.5查看結果 / 277

本章小結 / 280

練習題 / 280



第8章非線性分析 / 282

8.1非線性分析簡介 / 282

8.1.1結構非線性的定義 / 282

8.1.2結構非線性的類型 / 282

8.1.3結構非線性的基本步驟 / 283

8.2幾何非線性分析實例——懸臂梁 / 283

8.2.1問題提出 / 283

8.2.2建立模型 / 284

8.2.3施加載荷 / 285

8.2.4求解 / 286

8.2.5查看結果 / 286

8.3材料非線性分析實例——鉚釘 / 288

8.3.1問題提出 / 289

8.3.2建立模型 / 289

8.3.3施加載荷 / 292

8.3.4求解 / 293

8.3.5查看結果 / 294

8.4狀態非線性分析實例——齒輪接觸分析 / 297

8.4.1問題提出 / 297

8.4.2建立模型 / 297

8.4.3施加載荷 / 304

8.4.4求解 / 305

8.4.5查看結果 / 306

8.5非線性蠕變分析實例——螺栓 / 308

8.5.1問題提出 / 308

8.5.2建立模型 / 308

8.5.3施加載荷 / 311

8.5.4求解 / 312

8.5.5查看結果 / 313

本章小結 / 315



第9章動力學分析 / 316

9.1動力學分析概述 / 316

9.1.1動力學分析簡介 / 316

9.1.2動力學分析類型 / 316

9.2模態分析 / 317

9.2.1模態分析簡介 / 317

9.2.2模態分析步驟 / 317

9.2.3模態分析實例——飛機機翼 / 320

9.3諧波響應分析 / 325

9.3.1諧波響應分析簡介 / 325

9.3.2諧波響應分析步驟 / 325

9.3.3諧波響應分析實例——電動機工作臺繫統 / 326

9.4瞬態動力分析 / 341

9.4.1瞬態動力分析簡介 / 341

9.4.2瞬態動力分析步驟 / 341

9.4.3瞬態動力分析實例——電動機工作臺繫統 / 343

9.5譜分析 / 349

9.5.1譜分析簡介 / 349

9.5.2譜分析步驟 / 350

9.5.3譜分析實例——簡支梁結構 / 351

本章小結 / 361

練習題 / 361



第10章熱分析 / 362

10.1熱分析基礎知識 / 362

10.1.1符號與單位 / 362

10.1.2傳熱學經典理論 / 363

10.1.3熱傳遞方式 / 363

10.1.4熱分析類型 / 363

10.2穩態熱分析 / 364

10.2.1穩態熱分析的定義 / 364

10.2.2熱 / 364

10.2.3穩態熱分析基本過程 / 366

10.3穩態熱分析實例——潛水艇穩態溫度分布計算 / 368

10.3.1問題描述 / 368

10.3.2建立模型 / 369

10.3.3施加載荷 / 371

10.3.4求解 / 371

10.3.5查看結果 / 372

10.4瞬態熱分析 / 372

10.4.1瞬態熱分析的定義 / 372

10.4.2瞬態熱分析基本過程 / 372

10.5瞬態熱分析實例——澆鑄過程砂箱溫度變化分析 / 375

10.5.1問題描述 / 375

10.5.2建立模型 / 376

10.5.3施加載荷 / 378

10.5.4求解 / 380

10.5.5查看結果 / 381

10.6熱應力分析 / 381

10.6.1熱應力分析的方法 / 381

10.6.2間接法進行熱應力分析的步驟 / 381

10.6.3直接法進行熱應力分析的步驟 / 382

10.7熱應力分析實例——冷卻柵管熱應力分布計算 / 382

10.7.1問題描述 / 382

10.7.2間接法 / 383

10.7.3直接法 / 399

本章小結 / 406

練習題 / 406



參考文獻 / 408

ANSYS是當前使用廣泛、功能強大分析軟件。在選擇其作分析計算軟件之前，首先需要了解它能做什麼，接下來纔是利用它來怎麼做。本書根據作者多年來教學和科研的積累，結合ANSYS公司推出的新版ANSYS 18.0的特點編著而成，目的是幫助初學者及中級用戶掌握和熟悉ANSYS 18.0的基本使用方法。

ANSYS公司成立於1970年，是目前世界上CAE行業中的公司之一。ANSYS 18.0軟件有多種分析能力，包括簡單線性靜態分析和復雜非線性動態分析。它可用來求解結構、流體、電力、電磁場及踫撞等問題的解，包含了預處理、解題程序以及後處理和優化等模塊，分析、計算機圖形學和優化技術等相結合，已成為解決現代工程學問題必不可少的有力工具。

本書利用新版本ANSYS 18.0，結合典型機械與結構工程應用實例，及ANSYS分析的基本原理、操作步驟、應用技巧進行了詳細的介紹，全書共10章，第1～6章為基礎篇，第7～10章為專題篇。

① 第1章以一個簡單的例子——梯形板受拉，及ANSYS分析的基本思想及步驟進行了介紹，使讀者能盡快地對采方法和ANSYS 18.0軟件進分析有一個基本的認知過程；

② 第2～6章分別對ANSY分析的各個過程進行了詳細的討論，包括實體建模、網格劃分、施加載荷及求解、通用後處理器和時間歷程後處理器，並具體結合軸承座和汽車連杆這兩個實例進行詳細說明，以操作為出發點，但又不單純地局限於操作；

③ 第7章介紹了結構靜力分析，包括平面問題靜力分析、軸對稱結構靜力分析、周期對稱結構靜力分析及任意三維結構靜力分析；

④ 第8章介紹了非線性分析，包括幾何非線性分析、材料非線性分析及狀態非線性分析；

⑤ 第9章介紹了動力學分析，包括模態分析、諧波響應分析、瞬態動力學分析及譜分析；

⑥ 第10章介紹了熱分析，包括穩態熱分析、瞬態熱分析及熱應力耦合分析。

本書的特點如下。

① 全面完整的知識體繫。本書包羅了機械與結構常用應用分析領域，結構分析包括靜力分析、動力學分析、線性分析、非線性分析；熱分析包括穩態熱分析、瞬態熱分析及熱應力耦合分析；以及其他問題分析如電磁分析、流體分析、疲勞分析和屈曲分析等。

② 深入淺出的理論闡述。本書采用理論與實踐結合的方法撰寫，但簡化理論，盡量避免煩瑣的理論敘述，注重理論在實踐中的應用，通過實例使讀者對復雜的理論能夠深入淺出。例如開篇通過一個簡單的實例——梯形板受拉，簡單介方法的思想、步驟，然後針對該實例，介紹利用ANSYS解題步驟，使得讀者能夠快速了思想在ANSYS軟件的具體體現以及ANSYS軟件的使用流程和方法，而不是抽像地敘述復雜理論和羅列ANSYS軟件功能、界面等內容。

③ 循序漸進的分析講解。本書包括基礎篇和專題篇，基礎篇介紹的基本原理及操作過程，適用初學者；專題篇則介紹了針對機械工程專題應用，適用於專業技術人員及科研工作人員。即可作為理工科院校相關專業的高年級本科生、研究生學習ANSYS軟件的教材，亦可作為從事結構分析等相關行業的工程技術人員使用ANSYS軟件的參考書，適用讀者群體較廣。

④ 實用典型的實例分析。本書結合作者多年來教學和科研的工作積累，采用大量工程分析實例講解每一章知識點，每一個知識點對應一個實例，而不是簡單地羅列知識點。在講解實例時，不是空洞地講解如何操作，而是給讀者一個具體的應用場景。考慮到學習的連貫性，對實例的設計十分講究，對於一些相關聯的知識點，通過軸承座和汽車連杆兩個實例貫穿ANSYS操作過程整個章節，使得讀者在學習案例的過程中能夠串聯起各個相關技術，逐漸掌握利用ANSYS軟件完整地解決工程實際問題。

⑤ 方便使用的網上資源。 本書所有實例均采用GUI操作講解方式，並給出命令流文件，每一章都附有練習題並給出答案，書中實例均制作成視頻，掃描相應二維碼即可觀看。

本書由任繼文（第1章、第3章、第7章、第9章、第10章）、胡國良（第2章、第5章、第8章）、龍銘（第4章、第6章）共同編著，並由任繼文負責統籌規劃。

編著完稿過程中還得到了楊錦雯、顧瑞恆等同學的幫助，在此表示感謝！

由於本書涉及範圍廣，作者學識有限，難免會有不足之處，歡迎廣大讀者及業內人士予以指正。

編著者

2018年12月