ANSYSWorkbench現代機械設計實用教程

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《ANSYSWorkbench現代機械設計實用教程》，副標題：有限元分析·優化設計·可靠性設計，任繼文，舒盛榮，鄧芳芳 著，出版社： 化學工業出版社。

化學工業出版社（簡稱化工社）組建於1953年1月，經過近60年的發展，化工社現已成為專業特色突出、品牌優勢明顯、圖書市場占有率較高、有良好知名度和信譽度的中央級綜合科技出版社。

目錄

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，從有限元分析、優化設計和可靠性分析三個方面，結合典型工程應用實例着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。

目錄

第1章　 緒論 001

1．1 概述 001

1．2 現代設計方法特點 001

1．3 常用現代設計方法簡介 003

1．3．1 計算機輔助設計 003

1．3．2 有限元分析 004

1．3．3 優化設計 004

1．3．4 可靠性設計 004

1．3．5 綠色設計 004

1．3．6 虛擬設計 006

1．3．7 並行設計 007

1．3．8 智能設計 009

1．3．9 創新設計 009

1．3．10 模糊設計 010

1．3．11 模塊化設計 010

1．3．12 動態分析設計 011

習題 012

有限元分析篇

第2章　 有限元法理論簡介 014

2．1 有限元方法基本思想 014

2．2 有限元模型基本構成 015

2．3 有限元分析基本步驟 016

2．4 有限元分析解題步驟實例——梯形板 017

2．4．1 提出問題 017

2．4．2 預處理階段 018

2．4．3 求解階段 023

2．4．4 後處理階段 024

2．4．5 精確解析解與有限元數值法近似解的比較 026

習題 027

第3章　 ANSYS Workbench分析流程 028

3．1 ANSYS Workbench分析流程 028

3．2 項目管理與文件管理 029

3．2．1 項目管理 029

3．2．2 操作界面 029

3．2．3 文件管理 031

3．3 選擇或定義材料 033

3．3．1 選擇材料 034

3．3．2 新建材料 035

3．4 建立幾何模型 036

3．4．1 DM建模 036

3．4．2 導入外部CAD建模 046

3．4．3 DM三維建模——支座 047

3．5 網格劃分 056

3．5．1 網格劃分步驟 056

3．5．2 分析類型的選擇 056

3．5．3 網格形狀的控制 057

3．5．4 網格大小的控制 060

3．6 施加邊界條件 063

3．6．1 載荷類型 063

3．6．2 結構支撐 064

3．7 求解及結果 065

3．7．1 常用結果 065

3．7．2 四大強度理論 066

3．7．3 應力工具 067

3．8 ANSYS Workbench解題步驟——支座 068

3．8．1 問題描述 068

3．8．2 有限元分析過程 068

習題 071

第4章　 三維空間問題 073

4．1 三維實體單元類型 073

4．2 空間問題實例——汽車連杆 074

4．2．1 問題描述 074

4．2．2 有限元分析過程 075

習題 080

第5章　 平面問題 081

5．1 平面應力與平面應變 081

5．2 平面單元類型 082

5．3 平面應力問題實例——帶孔矩形板 084

5．3．1 問題描述 084

5．3．2 有限元分析過程 084

習題 090

第6章　 對稱問題 092

6．1 對稱問題 092

6．1．1 對稱與反對稱 092

6．1．2 對稱類型 093

6．2 實例1：平面對稱問題實例——帶孔矩形板 093

6．2．1 問題描述 093

6．2．2 有限元分析過程 093

6．3 實例2：三維對稱問題實例——汽車連杆 100

6．3．1 問題描述 100

6．3．2 有限元分析過程 100

6．4 實例3：軸對稱問題實例——油缸 106

6．4．1 問題描述 106

6．4．2 有限元分析過程 106

6．5 實例4：圓周循環對稱問題實例——帶孔飛輪 112

6．5．1 問題描述 112

6．5．2 有限元分析過程 112

習題 118

第7章　 梁單元分析問題 119

7．1 梁單元類型 119

7．2 實例1——懸臂樑 119

7．2．1 問題描述 119

7．2．2 有限元分析過程 120

7．3 實例2——簡支梁 129

7．3．1 問題描述 129

7．3．2 有限元分析過程 129

習題 136

第8章　 薄板、殼問題 138

8．1 殼單元類型 138

8．2 殼模型的建立——抽中面操作 139

8．3 殼單元應用實例——掛鈎 139

8．3．1 問題描述 139

8．3．2 有限元分析過程 140

習題 144

第9章　 裝配體接觸問題 146

9．1 接觸類型 146

9．2 接觸問題實例——螺栓連接 147

9．2．1 問題描述 147

9．2．2 有限元分析過程 147

習題 153

第10章　 動力學問題 155

10．1 動力學分析概述 155

10．2 模態分析 156

10．2．1 模態分析理論基礎 156

10．2．2 Workbench模態分析步驟 156

10．3 模態分析實例——飛機機翼 159

10．3．1 實例1：不帶預應力的模態分析 159

10．3．2 實例2：帶預應力的模態分析 163

10．4 諧響應分析 166

10．4．1 諧響應分析理論基礎 166

10．4．2 諧響應分析步驟 167

10．5 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 180

11．1 傳熱學基礎 180

11．1．1 傳熱學經典理論 180

11．1．2 熱傳遞方式 180

11．1．3 溫度場 181

11．1．4 傳熱學在工程領域中的應用 181

11．2 熱應力耦合分析 182

11．2．1 熱分析過程 182

11．2．2 熱應力分析過程 186

11．3 實例1：熱應力耦合分析——冷卻柵管 187

11．3．1 問題描述 187

11．3．2 冷卻柵管穩態熱分析 188

11．3．3 冷卻柵管熱應力分析 194

11．4 實例2：電熱耦合分析——平板式汽車氧傳感器 197

11．4．1 問題描述 197

11．4．2 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 208

12．1 概述 208

12．1．1 優化設計與傳統設計方法的比較 208

12．1．2 優化設計一般過程 209

12．2 優化設計的數學模型 210

12．2．1 設計變量與設計空間 210

12．2．2 約束 211

12．2．3 目標函數 212

12．2．4 數學模型 212

12．2．5 應用實例 213

12．3 優化設計基本方法 216

習題 218

第13章　 ANSYS Workbench拓撲優化 220

13．1 拓撲優化介紹 220

13．1．1 什麼是拓撲優化 220

13．1．2 拓撲優化實現方法 221

13．1．3 拓撲優化設計流程 221

13．1．4 拓撲優化分析界面 222

13．2 拓撲優化工具 222

13．3 拓撲優化設置 223

13．4 設計結果與驗證 223

13．4．1 拓撲優化求解結果 223

13．4．2 拓撲優化結果驗證分析 224

13．5 拓撲優化實例——汽車輪轂 225

13．5．1 問題描述 225

13．5．2 汽車輪轂靜力分析 225

13．5．3 汽車輪轂拓撲優化 227

13．5．4 汽車輪轂優化驗證分析 229

習題 233

第14章　 ANSYS Workbench尺寸優化 235

14．1 ANSYS Workbench設計探索優化介紹 235

14．1．1 設計探索優化模塊及流程 235

14．1．2 模型參數化 236

14．1．3 相關性分析 239

14．1．4 DOE實驗設計 241

14．1．5 響應面擬合 243

14．1．6 目標驅動優化 245

14．2 基於參數敏感性的響應面尺寸優化實例——發動機曲軸 248

14．2．1 問題描述 248

14．2．2 發動機曲軸靜力分析 248

14．2．3 發動機曲軸模態分析 258

14．2．4 相關性分析 260

14．2．5 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 274

15．1 概述 274

15．1．1 可靠性發展歷程 274

15．1．2 可靠性定義 275

15．1．3 可靠性設計的基本內容 276

15．1．4 可靠性設計的特點 276

15．2 可靠性基礎概念 277

15．2．1 可靠性與故障率 277

15．2．2 產品失效模型 279

15．2．3 產品的平均壽命 282

15．3 零件機械強度可靠性設計 283

15．3．1 應力-強度干涉模型 283

15．3．2 用分析法進行可靠性預計 283

15．3．3 受拉零件靜強度的可靠性設計 285

15．3．4 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 292

16．1 六西格瑪可靠性分析簡介 292

16．2 六西格瑪可靠性分析的基本步驟 293

16．3 六西格瑪可靠性分析實例——連杆 293

16．3．1 問題描述 293

16．3．2 靜力學分析 293

16．3．3 六西格瑪分析 297

習題 302

參考文獻 303