本書介法的基本原理、ANSYS軟件的功能及操作、應用實例，堅持理論與實踐的結合，強調實用性和可操作性。全書分為三部分，第一部分由第1～４章組成，介法的基本原理和分析過程；第二部分由第5～9章組成，介紹ANSYS軟件的功能及操作；第三部分由第10～13章組成，介分析的工程應用實例。本書內容包括法的基本理論，平面問題法，空間問題和軸對稱問題法，等，ANSYS軟件的實體建模技術，網格劃分技術，施加載荷與求解，結果後處理技術及分析實例。為了兼顧缺乏彈性力學知識的讀者，在第1章法中涉及的彈性力學基本知識作了簡要介紹。

王新榮，黑龍江省佳木斯大學機械工程學院機械工程繫教授，中國機械工程學會高級會員，佳木斯市機械工程學會理事。佳木斯大學重點學科（機械制造及其自動化學科）帶頭人。黑龍江省省級精品課程負責人。

目 錄
第1章法簡介 （1）
1．1 法的產生 （1）
1．1．1 法的發展過程 （1）
1．1．2 法的基本思想 （2）
1．1．3 法的分類 （3）
1．2 法的基本步驟、誤差和特點 （3）
1．2．1 法基本步驟 （3）
1．2．2 解的誤差及產生原因 （5）
1．2．3 法的特點 （5）
1．3 法的應用 （6）
1．3．1 法的應用領域 （6）
1．3．2 法在工程中的應用 （7）
1．3．3 法在產品開發中的作用 （8）
1．4 彈性力學基本知識 （9）
1．4．1 彈性力學的基本假設 （9）
1．4．2 彈性力學的基本變量 （9）
1．4．3 彈性力學的基本方程 （13）
1．4．4 彈性問題的能量原理 （15）
1．4．5 彈性力學的平面問題 （17）
習題 （21）
第2章平面問題法 （22）
2．1 結構的離散化 （22）
2．2分析 （23）
2．2．1 位移函數 （24）
2．2．2應變 （27）
2．2．3應力 （28）
2．2．4剛度矩陣 （29）
2．3等效節點力 （31）
2．4 整體分析 （33）
2．5 法解題過程與算例 （38）
2．6 邊界條件的處理 （45）
2．7 計算結果的整理 （46）
2．8 （46）
2．8．1 位移函數 （47）
2．8．2應變 （48）
2．8．3應力 （49）
2．8．4剛度矩陣 （49）
2．8．5等效節點力 （49）
2．8．6 整體平衡方程 （50）
2．8．7 與三的比較 （50）
2．8．8 解的收斂性 （50）
習題 （50）
第3章空間問題和軸對稱問法 （54）
3．1 空間問題的特點 （54）
3．2 采用四解一般空間問題 （54）
3．2．1 結構離散化 （54）
3．2．2位移函數 （54）
3．2．3的應變與應力 （56）
3．2．4剛度矩陣 （57）
3．2．5等效節點力 （58）
3．3 軸對稱問題法 （59）
3．3．1 軸對稱問題的定義 （59）
3．3．2 基本變量和基本方程 （59）
3．3．3 軸對稱問題的網格劃分 （60）
3．3．4 軸對稱問分析 （61）
習題 （66）
第4章等與數值積分 （50）
4．1 等的基本概念 （68）
4．2 平面八節點四邊形等 （70）
4．2．1位移函數 （71）
4．2．2應變 （73）
4．2．3應力 （74）
4．2．4剛度矩陣 （75）
4．3 空間二十節點六面體等 （76）
4．3．1位移函數 （76）
4．3．2應變 （77）
4．3．3應力 （79）
4．3．4剛度矩陣 （80）
4．3．5等效節點力 （81）
4．4 高斯求積法 （82）
習題 （85）
第5章ANSYS基本操作 （87）
5．1 ANSYS概述 （87）
5．1．1 ANSYS簡介 （87）
5．1．2 ANSYS的啟動、退出與交互界面環境 （88）
5．2 ANSYS常用菜單與對話框操作 （89）
5．2．1 主菜單 （89）
5．2．2 工具菜單 （91）
5．2．3 命令輸入窗口 （96）
5．2．4 快捷功能按鈕 （97）
5．2．5工具條按鈕 （97）
5．2．6 （可見/隱藏）按鈕 （97）
5．2．7 “OK”與“Apply”（對話框執行）按鈕 （97）
5．2．8 Pan Zoom Rotate（圖形變換）對話框 （98）
5．2．9 “拾取”對話框 （100）
5．3 ANSYS的坐標繫 （101）
5．3．1 總體坐標繫 （101）
5．3．2 局部坐標繫 （102）
5．3．3 工作平面 （104）
5．3．4 激活坐標繫 （107）
5．4 ANSY分析過程及實例入門 （108）
5．4．1 ANSYS主菜單繫統 （108）
5．4．2 ANSY分析的標準步驟 （108）
5．4．3 ANSYS分析任務與分析目標 （109）
5．4．4 ANSYS分析實例 （109）
習題 （120）
第6章 實體建模 （121）
6．1 實體建模概述 （121）
6．1．1 實體建模的方法 （121）
6．1．2 實體建模菜單繫統 （122）
6．2 創建基本幾何對像 （122）
6．2．1 關鍵點的創建 （123）
6．2．2 線的創建 （125）
6．2．3 面的創建 （127）
6．2．4 體的創建 （132）
6．3 布爾運算 （136）
6．4 拖拉 （140）
6．5 編輯功能 （141）
6．5．1 縮放 （141）
6．5．2 移動 （142）
6．5．3 復制 （142）
6．5．4 鏡像 （143）
6．5．5 編輯操作綜合訓練 （144）
6．6 刪除幾何對像 （146）
6．7 合並重合幾何對像 （146）
6．8 軸承座實體建模 （147）
習題 （154）
第7章 網格劃分與創模型 （157）
7．1 創模型概述 （157）
7．1．1 創模型的方法 （157）
7．1．2 創模型的基本過程 （157）
7．2 屬性 （158）
7．2．1 類型 （158）
7．2．2 定義實常數 （160）
7．2．3 定義材料屬性 （162）
7．3 直接法創模型實例 （165）
7．4 網格劃分控制 （168）
7．4．1 網格劃分工具 （168）
7．4．2 屬性 （169）
7．4．3 網格密度控制 （169）
7．4．4尺寸控制 （172）
7．4．5形狀控制 （173）
7．4．6 網格劃分器選擇 （175）
7．4．7 網格加密操作 （175）
7．4．8 清除實體模型上的網格 （176）
習題 （177）
第8章 施加載荷與求解 （178）
8．1 施加載荷與求解概述 （178）
8．1．1 選擇分析類型 （178）
8．1．2 設置分析類型選項 （179）
8．1．3 載荷及其分類 （180）
8．1．4 載荷步與載荷子步 （180）
8．1．5 設置載荷步選項 （181）
8．1．6 求解控制 （182）
8．1．7 多載荷步求解 （183）
8．1．8 載荷施加的途徑 （184）
8．1．9 載荷的顯示 （184）
8．2 載荷的施加 （185）
8．2．1 施加自由度約束 （185）
8．2．2 施加集中載荷 （189）
8．2．3 施加表面載荷 （191）
8．2．4 施加體載荷 （195）
8．2．5 施加慣性載荷 （196）
8．2．6 施加特殊載荷 （197）
8．3 求解 （198）
8．3．1 模型檢查 （198）
8．3．2 選擇合適的求解器 （198）
8．3．3 執行求解 （199）
8．3．4 中斷和重新啟動 （200）
習題 （201）
第9章 後處理 （202）
9．1 後處理概述 （202）
9．1．1 後處理 （202）
9．1．2 後處理器 （202）
9．1．3 結果文件 （202）
9．1．4 結果數據 （203）
9．2 通用後處理技術 （203）
9．2．1 通用後處理的一般步驟及菜單繫統 （203）
9．2．2 選擇結果文件與結果數據 （203）
9．2．3 查看結果文件包含的結果序列 （204）
9．2．4 讀入用於後處理的結果序列 （204）
9．2．5 結果輸出方式控制 （205）
9．2．6 圖形顯示結果 （206）
9．2．7 列表顯示結果信息 （209）
9．2．8 查詢節結果 （210）
9．2．9 抓取結果顯示圖片 （211）
9．2．10 動畫顯示結果 （211）
9．3 時間歷程後處理技術 （212）
9．3．1 定義和存儲變量 （213）
9．3．2 變量的操作 （216）
9．3．3 查看變量 （220）
習題 （224）
第10章 結構線性靜力分析 （226）
10．1 結構靜力分析簡介 （226）
10．2 鋼支架的平面問題分析 （226）
10．3 聯軸器的三維結構分析 （233）
10．4 轉輪的軸對稱結構分析 （241）
10．5 輪子的周期對稱結構分析 （250）
習題 （254）
第11章 結構動力學分析 （256）
11．1 ANSYS動力學分析簡介 （256）
11．1．1 動力學分析的概念 （256）
11．1．2 動力學分析的類型 （256）
11．1．3 動力學分析的基本步驟 （257）
11．2 飛機機翼的模態分析 （262）
11．3 彈簧質量繫統的諧響應分析 （268）
11．4 鋼梁的瞬態動力學分析 （275）
習題 （285）
第12章 非線性結構分析 （287）
12．1 非線性分析概述 （287）
12．1．1 非線性分析的定義 （287）
12．1．2 非線性分析的步驟 （288）
12．2 幾何非線性分析 （288）
12．2．1 幾何非線性基礎 （288）
12．2．2 懸臂梁的幾何非線性分析 （288）
12．3 彈塑性分析 （293）
12．3．1 彈塑性分析基礎 （293）
12．3．2 衝孔過程分析 （294）
12．4 接觸分析 （298）
12．4．1 接觸分析基礎 （298）
12．4．2 銷與銷孔接觸分析 （299）
12．4．3 鋁材擠壓成型接觸分析 （308）
習題 （312）
第13章 熱分析 （314）
13．1 熱分析概述 （314）
13．1．1 熱分析的目的 （314）
13．1．2 熱傳遞的方式 （314）
13．1．3 熱 （315）
13．1．4 ANSYS熱分析的載荷 （315）
13．1．5 ANSYS熱分析的基本過程 （316）
13．2 供熱管道穩態熱分析 （316）
13．3 淬火過程瞬態熱分析 （318）
13．4 鑄造過程瞬態熱分析 （321）
13．4．1 相變問題應用 （321）
13．4．2 鑄造過程模擬仿真 （321）
13．5 包含焊縫的金屬板熱膨脹分析 （324）
習題 （331）
附錄 ANSYS程序中常用量和單位 （333）
參考文獻 （334）

前 言

法”是伴隨著電子計算機技術的普及迅速發展起來的一種非常有效的數值計算方法，在當今工程分析中獲得了極為廣泛的應用。目法已經成為工程設計和科研領域不可或缺的一項重要技術和分析手段，解決了大量的實際問題，為國民經濟建設做出了巨大貢獻。

本書編者多年從事本科生、研究生的教學工作，編寫時力求深入淺出、概念清晰、思路簡明、繫統性強。本書全面、繫統地介紹法的基本原理，詳細論述了ANSYS分析的基本思路、操作步驟、應用技巧，並結合典型工程應用實例詳細講述了ANSYS操作的具體方法。在兼顧基礎知識的同時，強調實用性和可操作性。

讀者可以跟隨本書介紹的分析步驟和過程快速入門，在比較短的時間內即可既知其然，又知其所以然，真正掌握ANSY分析技術，並能靈活地解決實際問題。本書堅持理論與實踐緊密結合的原則，理論與ANSYS操作結合在一起，以期有助於促理論與ANSYS軟件的學習、應用、推廣與普及。

本書分為三部分，第一部分由第1～４章組成，介法的基本原理及方法；第二部分由第5～9章組成，介紹ANSYS軟件的功能及操作，每一章分為操作講解、實例分析和檢測練習三部分；第三部分由第10～13章組成，講述ANSY的應用實例。具體內容為：第1章介法的基本思想及基本步驟，並通過彈性力學問題來介法的基本理論。第2章以彈性力學平面問題為對像，詳細介紹和討法的基本原理和分析過程。第3章介紹空間問題和軸對稱問題法。第4章講述等。第5章介紹ANSYS軟件的基本功能及基本操作。第6章介紹ANSYS實體建模的方法與操作。第7章介紹網格劃分與創模型技術。第8章介紹ANSYS軟件的加載與求解技術。第9章介紹後處理技術，包括通用後處理技術和時間歷程後處理技術。第10章介紹結構線性靜力分析過程與實例操作。第11章介紹動力學分析過程與實例操作。第12章介紹非線性分析過程與實例操作。第13章介紹熱分析與實例操作。

本書第1、10、11、13章由佳木斯大學王新榮編寫；第5、7、8章由佳木斯大學初旭宏編寫；第2、12章由中山大學附屬第一醫院李珊編寫；第4、9章由佳木斯大學任城龍編寫；第3、6章由黑龍江大學劉國華編寫。王俊發教授對全書進行了審閱。

在本書編寫過程中，參考了大量的教材、專著和論文等文獻資料，在此表示感謝。

編 者

2019年1月