了得網工業技術_ANSYS Workbench現代機械設計實用教程分析·優化設計·

編輯推薦

1.介紹常用的現代機械設計方法（包法、優化設計和可靠性）2.以ANSYS Workbench 2021為工具，結合典型工程應用實例3.圖文並茂，按步驟詳解

內容簡介

本書主要介紹常用的現代機械設計方法的基本原理及解題步驟，並以軟件ANSYS Workbench 2021為工具，分析、優化設計和可靠性分析三個方面，結合典型工程應用實例著重介紹這些方法求解實際工程問題的步驟。本書可作為高等工科院校機械類專業的高年級本科生、研究生的教材和教學參考書，亦可供從事產品設計、仿真和優化的工程技術人員及廣大CAE愛好者閱讀與參考。

第1章緒論0011.1 概述0011.2 現代設計方法特點0011.3 常用現代設計方法簡介0031.3.1 計算機輔助設計0031.3.2 分析0041.3.3 優化設計0041.3.4 可靠性設計0041.3.5 綠色設計0041.3.6 虛擬設計0061.3.7 並行設計0071.3.8 智能設計0091.3.9 創新設計0091.3.10 模糊設計0101.3.11 模塊化設計0101.3.12 動態分析設計011習題01分析篇第2章法理論簡介0142.1 方法基本思想0142.2 模型基本構成0152.3 分析基本步驟0162.4 分析解題步驟實例——梯形板0172.4.1 提出問題0172.4.2 預處理階段0182.4.3 求解階段0232.4.4 後處理階段0242.4.5 精確解析解數值法近似解的比較026習題027第3章 ANSYS Workbench分析流程0283.1 ANSYS Workbench分析流程0283.2 項目管理與文件管理0293.2.1 項目管理0293.2.2 操作界面0293.2.3 文件管理0313.3 選擇或定義材料0333.3.1 選擇材料0343.3.2 新建材料0353.4 建立幾何模型0363.4.1 DM建模0363.4.2 導入外部CAD建模0463.4.3 DM三維建模——支座0473.5 網格劃分0563.5.1 網格劃分步驟0563.5.2 分析類型的選擇0563.5.3 網格形狀的控制0573.5.4 網格大小的控制0603.6 施加邊界條件0633.6.1 載荷類型0633.6.2 結構支撐0643.7 求解及結果0653.7.1 常用結果0653.7.2 四大強度理論0663.7.3 應力工具0673.8 ANSYS Workbench解題步驟——支座0683.8.1 問題描述0683.8.2 分析過程068習題071第4章三維空間問題0734.1 三維類型0734.2 空間問題實例——汽車連杆0744.2.1 問題描述0744.2.2 分析過程075習題080第5章平面問題0815.1 平面應力與平面應變0815.2 類型0825.3 平面應力問題實例——帶孔矩形板0845.3.1 問題描述0845.3.2 分析過程084習題090第6章對稱問題0926.1 對稱問題0926.1.1 對稱與反對稱0926.1.2 對稱類型0936.2 實例1：平面對稱問題實例——帶孔矩形板0936.2.1 問題描述0936.2.2 分析過程0936.3 實例2：三維對稱問題實例——汽車連杆1006.3.1 問題描述1006.3.2 分析過程1006.4 實例3：軸對稱問題實例——油缸1066.4.1 問題描述1066.4.2 分析過程1066.5 實例4：圓周循環對稱問題實例——帶孔飛輪1126.5.1 問題描述1126.5.2 分析過程112習題118第7章分析問題1197.1 類型1197.2 實例1——懸臂梁1197.2.1 問題描述1197.2.2 分析過程1207.3 實例2——簡支梁1297.3.1 問題描述1297.3.2 分析過程129習題136第8章薄板、殼問題1388.1 類型1388.2 殼模型的建立——抽中面操作1398.3 應用實例——掛鉤1398.3.1 問題描述1398.3.2 分析過程140習題144第9章裝配體接觸問題1469.1 接觸類型1469.2 接觸問題實例——螺栓連接1479.2.1 問題描述1479.2.2 分析過程147習題153第10章動力學問題15510.1 動力學分析概述15510.2 模態分析15610.2.1 模態分析理論基礎15610.2.2 Workbench模態分析步驟15610.3 模態分析實例——飛機機翼15910.3.1 實例1：不帶預應力的模態分析15910.3.2 實例2：帶預應力的模態分析16310.4 諧響應分析16610.4.1 諧響應分析理論基礎16610.4.2 諧響應分析步驟16710.5 諧響應分析實例——飛機機翼171習題179第11章電-熱-力耦合問題18011.1 傳熱學基礎18011.1.1 傳熱學經典理論18011.1.2 熱傳遞方式18011.1.3 溫度場18111.1.4 傳熱學在工程領域中的應用18111.2 熱應力耦合分析18211.2.1 熱分析過程18211.2.2 熱應力分析過程18611.3 實例1：熱應力耦合分析——冷卻柵管18711.3.1 問題描述18711.3.2 冷卻柵管穩態熱分析18811.3.3 冷卻柵管熱應力分析19411.4 實例2：電熱耦合分析——平板式汽車氧傳感器19711.4.1 問題描述19711.4.2 氧傳感器電熱耦合分析198習題204優化設計篇第12章優化設計理論簡介20812.1 概述20812.1.1 優化設計與傳統設計方法的比較20812.1.2 優化設計一般過程20912.2 優化設計的數學模型21012.2.1 設計變量與設計空間21012.2.2 約束21112.2.3 目標函數21212.2.4 數學模型21212.2.5 應用實例21312.3 優化設計基本方法216習題218第13章 ANSYS Workbench拓撲優化22013.1 拓撲優化介紹22013.1.1 什麼是拓撲優化22013.1.2 拓撲優化實現方法22113.1.3 拓撲優化設計流程22113.1.4 拓撲優化分析界面22213.2 拓撲優化工具22213.3 拓撲優化設置22313.4 設計結果與驗證22313.4.1 拓撲優化求解結果22313.4.2 拓撲優化結果驗證分析22413.5 拓撲優化實例——汽車輪轂22513.5.1 問題描述22513.5.2 汽車輪轂靜力分析22513.5.3 汽車輪轂拓撲優化22713.5.4 汽車輪轂優化驗證分析229習題233第14章 ANSYS Workbench尺寸優化23514.1 ANSYS Workbench設計探索優化介紹23514.1.1 設計探索優化模塊及流程23514.1.2 模型參數化23614.1.3 相關性分析23914.1.4 DOE實驗設計24114.1.5 響應面擬合24314.1.6 目標驅動優化24514.2 基於參數敏感性的響應面尺寸優化實例——發動機曲軸24814.2.1 問題描述24814.2.2 發動機曲軸靜力分析24814.2.3 發動機曲軸模態分析25814.2.4 相關性分析26014.2.5 發動機曲軸尺寸優化設計264習題271可靠性分析篇第15章可靠性基本概念與理論27415.1 概述27415.1.1 可靠性發展歷程27415.1.2 可靠性定義27515.1.3 可靠性設計的基本內容27615.1.4 可靠性設計的特點27615.2 可靠性基礎概念27715.2.1 可靠性與故障率27715.2.2 產品失效模型27915.2.3 產品的平均壽命28215.3 零件機械強度可靠性設計28315.3.1 應力-強度干涉模型28315.3.2 用分析法進行可靠性預計28315.3.3 受拉零件靜強度的可靠性設計28515.3.4 梁的靜強度可靠性設計288習題291第16章 ANSYS Workbench的六西格瑪可靠性分析29216.1 六西格瑪可靠性分析簡介29216.2 六西格瑪可靠性分析的基本步驟29316.3 六西格瑪可靠性分析實例——連杆29316.3.1 問題描述29316.3.2 靜力學分析29316.3.3 六西格瑪分析297習題302參考文獻303

前言

20世紀中後期以來，在社會經濟發展需求的推動下，新的設計理念不斷湧現，隨著計算機技術的飛速發展，設計方法發生了革命性的變化。目前，現代設計方法的工程應用已經在世界範圍內產生了巨大的社會效益和經濟效益，各個高校紛紛在本科生中開設這些課程。現代設計方法涵蓋了大多數新出現的設計方法和分析方法，除了較早法、優化設計、可靠性、計算機輔助設計、模糊設計外，像穩健設計、虛擬設計、綠色設計、並行工程、智能CAD、機電一體化設計、創新設計、動態設計、神經網絡及其在機械工程中的應用、工程遺傳算法、智能工程、價值工程、工業藝術造型設計、人機工程模塊化設計、相似性設計、反求工程設計、建模與仿真技術、面向X的設計等都屬於現代設計方法範疇。其中應用廣的還法、優化設計和可靠性、計算機輔助設計等技術。但是，目前市場上這方面的教材側重於理論，而不是應用，如何利用相關理論解決實際工程問題介紹較少，學生面對枯燥晦澀的理論難以理解，容易望而生畏，知難而退，失去學習興趣，即使理解了原理也不知道怎樣運用相應的軟件快速解決工程問題。而且這些教材要求課時較多。因此，編寫一本適合應用型大學、特別針對以工程機械為設計分析對像的本科生和研究生的現代設計方法的教材，同時也可作為這些行業的工程技術人員的參考書是非常必要的。1．本書的內容本書以版本ANSYS Workbench 2021為軟件工具，結合典型機械與結構工程應用實例，對常用現代機械設計方法（包分析、優化設計和可靠性分析）進行了詳細的介紹。全書共16章，第1章為緒論；第2～11章分析篇，第12～14章為優化設計篇，第15、16章為可靠性分析篇。第1章緒論簡要介紹了現代設計方法發展歷程、特點以及常用的現代設計方法。第2～11章分析篇，其中，第2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；第3章結合實例詳細介紹了ANSYS Workbench的分析流程，包括材料選擇與定義、幾何模型的建立、網格劃分、施加邊界條件、求解與查看結果；第4～9章結合工程機械實例，著重介分析的平面問題、空間問題、對稱問題、梁問題、板殼問題、接觸問題；第10章介紹了動力學問題，包括模態分析、諧響應分析；第11章介紹了耦合問題，包括電-熱耦合問題和熱-力耦合問題。第12～14章為優化設計篇，其中，第12章主要介紹了優化設計的數學模型組成部分及建立；第13章結合汽車輪轂拓撲優化實例介紹ANSYS Workbench拓撲優化流程；第14章結合汽車發動機曲軸優化實例介紹ANSYS Workbench尺寸優化流程，包括模型參數化、相關性分析、DOE實驗設計、響應面擬合及優化。第15、16章為可靠性分析篇，其中，第15章介紹了可靠性工程的基礎知識以及機械零件的可靠性設計；第16章結合連杆實例，介紹ANSYS Workbench進行六西格瑪可靠性分析的具體步驟。2．本書的特點本書主要特色是面向應用型大學人纔的培養，目標是使得學生以短的時間掌握現代設計方法的基本原理、實際運用步驟和方法，來解決機械實際工程問題。因此教材采用理論與實例結合的方法撰寫，以“適當闡述原理、力求學以致用、著重實例示範”為宗旨，在課時有限的條件下，盡量避免過多的繁瑣理論敘述，注重理論在實踐中的應用。教材在對必要的理論介紹之後，運用ANSYS Workbench軟件結合大量機械與結構方面的工程實例，針對各類機械實際工程問題進行專題講解，分析、優化設計、可靠性分析等現代機械設計方法融合在一起，而不是簡單介紹軟件操作，使得學生進一步加深對理論的理解及提高解決實際問題的能力。本書中實例及習題資源可掃描封底二維碼獲取。3．編寫分工及致謝本書由任繼文、舒盛榮、鄧芳芳編著，由任繼文負責統籌規劃。具體分工如下：任繼文（第1、2章，第4～14章），舒盛榮（第15、16章），鄧芳芳（第3章）。感謝孟憲頤、買買提明?艾尼等專家學者，正是通過講授他們的著作使本人受益匪淺，同時本書也吸收了這些教材中的精華。另外，本書編寫過程中還參閱了國內外相關論文論著，主要的都已列舉於參考文獻中，如有遺漏深表歉意！編寫完稿過程中楊夢雪、劉鈞、賴強煌、張衝等同學參加了校對工作，在此表示感謝！後還要特別感謝華東交通大學專著基金的資助！由於本書涉及範圍廣，筆者學識有限，加之時間倉促，難免會有疏漏或不當之處，歡迎廣大讀者及業內人士予以指正。如果讀者在閱讀本書的過程中遇到問題或有其他意見或建議，請發郵件至：renjiwen@163.com。編著者

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