作者：朱红钧
出版社：信息技术第二出版分社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
ANSYS 15.0几何建模与网格划分实战指南试读：
关于本书
ANSYS Workbench 提供了ANSYS 系列求解器交互计算的强大平台，它整合了CAE 技术的架构，促成了各数值模拟求解器前后处理的一系列无缝链接，可以实现数值模拟前处理与后处理的一体化。数值模拟的成败往往在于前处理，前处理通常包括几何建模及网格划分两部分，尤其是网格划分，更是前处理工作的关键任务。ANSYS Workbench 集成了用于前处理的模块，包括用于几何建模的Design Modeler及用于划分网格的Meshing。
Design Modeler 实体建模可以用两种方法实现：自顶向下与自底向上。自顶向下实体建模时，用户可直接定义一个最高级图元，如球、棱柱、圆环等（Design Modeler 软件中称为基本物体），程序可自动定义相关的面、线及关键点。用户可利用这些高级图元直接构造几何模型，如二维的圆和矩形，以及三维的块、球、锥和柱等。自底向上实体建模时，用户可从最低级的图元向上构造模型，即首先定义关键点，然后依次是连点成线、围线生面、构面建体。除此之外，Design Modeler 还提供有完整的布尔运算，如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠等。三维建模时，DesignModeler 程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝等实体模型图元的功能。
Meshing 提供了使用便捷、高质量的对 CAD 模型进行网格划分的功能。从简便的自动网格划分到高级网格划分，ANSYS Meshing 都有完美的解决方案，其网格划分技术继承了ANSYS Mechanical、ANSYS ICEM CFD、ANSYS CFX、GAMBIT、TGrid 和 CADOE 等ANSYS 各结构/流体网格划分程序的相关功能。ANSYS Meshing 根据所求解问题的物理类型（结构、流体、电磁、显式等）设定了相应的、智能化的网格划分默认设置，因此用户一旦输入新的 CAD 几何模型并选择所需的物理类型后，即可使用 ANSYS Meshing 强大的自动网格划分功能进行网格处理。当 CAD 模型参数变化后，网格的重新划分会自动进行，实现 CAD/CAE 的无缝连接。ANSYS Meshing 提供了包括混合网格和全六面体自动网格等在内的一系列高级网格划分技术，方便用户进行客户化设置以对具体的隐式/显式结构、流体、电磁、板壳、2D 模型、梁杆模型等进行细致的网格处理，形成最佳的网格模型，为高精度计算打下坚实的基础。
ANSYS 15.0是目前的最新版本，本书将基于ANSYS Workbench 运行环境，有针对性地介绍Design Modeler和Meshing软件的运用方法和技巧。
内容和特点
本书以 ANSYS 15.0为蓝本，介绍基于Workbench平台的几何建模软件 Design Modeler和网格划分软件 Meshing 的运用方法与操作流程。全书以“功能讲解+实例演练+视频讲解”的方式，通过大量实例全面地介绍几何建模与网格划分的使用方法与步骤。读者可按照书中的步骤一步一步进行操作，在短时间内掌握软件的使用方法，进而完成仿真计算的前处理。
全书分为11章，主要内容介绍如下。
·第1章：主要讲解ANSYS Workbench 的操作界面与操作流程。
·第2章：主要讲解Design Modeler的操作界面与鼠标控制。
·第3章：主要讲解利用Design Modeler进行草图绘制的分析实例和操作方法。
·第4章：主要讲解利用Design Modeler进行3D几何建模的分析实例和操作方法。
·第5章：主要讲解利用Design Modeler进行概念建模的分析实例和操作方法。
·第6章：主要讲解利用Design Modeler进行参数化建模的分析实例及操作方法。
·第7章：主要讲解ANSYS 网格划分注意事项与Meshing 软件的操作界面。
·第8章：主要讲解Meshing 软件的网格划分方法及分析实例。
·第9章：主要讲解Meshing 软件的一般网格分析及分析实例。
·第10章：主要讲解Meshing 软件的网格划分质量评价、改善与分析实例。
·第11章：前处理综合实例解析。
本书在编写的过程中突出了以下特点。
·全书以图解实例的形式介绍典型实例操作，直观易懂，使用户能够在最短的时间内获取知识。
·全书采用了操作界面及功能介绍和实例操作相结合的方法，互相补充，书内的实例大多来源于生产实例，并且从用户的角度出发进行了简化和改进，同时在各内容关键处给予了有益的提示和指导，使用户在学完本书后能够快速地将知识应用于生产实践。
·全书采用“功能、实例、视频”循序渐进的讲解方法，一步步地提高读者的热流固耦合分析方法，而且每个知识点和实例都做了尽可能详细的讲解，使读者学习起来轻松自如。
·书中提供了所有算例的源文件，可供读者直接调用和观摩。
·本书将功能讲解、实例讲解等全部内容，按照上课教学的形式录制多媒体视频，让读者如临教室，学习效果更好。读者甚至可以抛开书本，直接观看视频，学习起来比较轻松。
读者对象
本书可作为土木、建筑、水利、石油、储运、机械、自动化、过程装备等领域研究人员、教师、研究生和高年级本/专科生的学习指南，也可作为 ANSYS 15.0自学者学习几何建模与网格划分的教学参考书，还可作为各高等院校教育、培训机构开展数值仿真前处理教育的培训教材。
附盘内容及用法
本书配套 1张多媒体DVD，主要用法如下。
1.本书是基于ANSYS 15.0版本进行写作的，读者需要以不低于上述版本的软件打开文件。
2.由于光盘上是只读文件，因此，需要将光盘上的源文件拷到电脑硬盘上，并取消文件的“只读”属性，导入方能进行修改。
3.START 文件夹用于存放操作实例的起始文件，对应文中的。END 文件夹用于存放操作实例的结果文件，对应文中的。AVI 文件夹用于存放所有操作实例的操作录像，对应文中的，直接双击需要播放的文件即可观看。
4.Ch*文件夹的*号代表某个数字，与本书的章对应，其中的文件是该章中使用到的相关文件，包括本书中所有操作实例的起始文件、结果文件和视频文件。
注意：播放文件前要安装配套光盘根目录下的“tscc.exe”插件。
全书由西南石油大学朱红钧编著。另外，西南石油大学 CNPC“石油管工程”重点实验室的研究生韩青华、马粤、赵洪南、巴彬、冯光、戚兴、邹大鹏、杨晓露、张文丽参与了部分模拟操作和文档整理工作。本书还得到了人民邮电出版社的大力支持，在此编者一并致以深深的谢意！同时也非常感谢 SimWe 仿真科技论坛、工程流体网论坛、流体论坛广大网友的帮助和支持。
由于编者水平有限，且时间仓促，书中难免有疏漏之处，望广大读者给予指正。读者可通过电子邮件（swputicky@126.com）与我们交流，不胜感谢！朱红钧2014年6月于成都第1章ANSYS Workbench简介
ANSYS Workbench 是 ANSYS 公司研发的集成仿真工作平台，为用户提供了模块化、流程化的简易操作模式。Workbench 基本覆盖了 ANSYS 旗下的仿真计算软件，包括流体分析、固体分析、电磁分析等，用户只需在 Workbench 中选择相应的模块，生成对应的工程目录，按照工程目录流程一步步设置，即可完成仿真计算。对于流固耦合、热流固耦合等多物理场耦合计算，Workbench 更显示出了强大的优势，它为多物理场之间数据的传递提供了平台，使多场耦合成为可能。Workbench 本身带有常规的耦合模块，用户还可以根据需要自己搭建新的耦合工程目录，方便实用。本章主要介绍 Workbench 的操作界面及流程，帮助读者认识Workbench。
本章内容
·Workbench 概述。
·Workbench 用户界面。
·实用工具盒。
·项目视图区。
·Workbench 菜单栏。
·Workbench 文档管理。
·Workbench 模型输入。
·Workbench 输出项目组元。
·Workbench 操作流程。1.1Workbench概述
Workbench 将 ANSYS 公司长期以来积累的 CAE 产品有机地组合在一个工作平台下，方便用户调用和根据实际需要组建多场耦合计算工程。
Workbench 提供了一个加载和管理各组件的基本框架。在此框架中，各组件通过Jscript、VBscript 和HTML脚本语言组织，并编制适合自己的使用界面。用户在Workbench集成的应用程序中设置计算参数，如尺寸、材料或工况参数等，然后提交给希望的底层求解器求解（如流体分析的FLUENT求解器）。计算结果返回Workbench后，可在Result中显示结果。若用户对当前的设计方案不满意，可重新设置参数，再求解，直到对当前的设计方案满意为止。这些满意的设计参数可通过双向互动参数传递功能，直接返回对应此模型的CAD软件中，生成候选的设计方案。
因此，基于 Workbench 的仿真环境具有集成性、参数化等优势，提高了仿真计算效率。1.2Workbench用户界面
除了常规的菜单栏和工具栏外，Workbench 图形用户界面主要分为实用工具盒和项目视图区两个部分，如图1-1所示。图1-1 Workbench图形用户界面1.2.1 实用工具盒
ANSYS Workbench 15.0的图形用户界面左侧的Toolbox为实用工具盒，包括5个部分。（1）Analysis Systems：可以直接在项目中使用预先定义好的模板。（2）Component Systems：建立分析系统的各种应用程序。（3）Custom Systems：预先定义的耦合分析系统（如FSI、热应力分析等）。（4）Design Exploration：参数管理和优化工具。（5）External Connection Systems：外部连接程序，为ANSYS Workbench 15.0新推出的功能。
显示在实用工具盒各 Systems 中的产品数量取决于安装的产品。使用左下角 View All/Customize或Back控制按钮可以展开或闭合显式在工具箱的子项，见图1-2。左边工具箱专用窗口不使用时通常为关闭状态。图1-2 Workbench工具箱1.2.2 项目视图区
Workbench项目视图区用于显示一个System或一组System的操作流程图。项目视图区的操作通常为从左到右、从上到下。用户使用时，只需双击或者拖动工具盒中的程序到Project Schematic 中，创建新的工程即可。
例如生成FLUENT流体分析工程，只需双击左侧Analysis Systems下的Fluid Flow(Fluent)或拖动其到Project Schematic中，即得到了图1-3所示的A工程，其包含了FLUENT 求解计算的主要过程，按设置顺序由上而下排列：1对应的是名称Fluid Flow (Fluent)；2对应的是Geometry，为几何建模；3对应的是 Mesh，为网格划分；4对应的是Setup，为解算的设置，包括模型的选择、边界条件的设置、求解方法的设置、松弛因子的设置、初始化等；5对应的是Solution，为计算迭代；6对应的是Results，为后处理结果分析。当右侧为时，表示这一步还没有完成；当右侧为时，表示这一步已经完成；当右侧为时，表示这一步有待执行；当右侧为时，表示这一步有待更新或正在进行。图1-3 生成FLUENT分析工程
若用户想更改工程目录中的选项，只需用右键单击，在弹出的菜单中进行选择即可，见图1-4，若取消网格划分这一步，则用右键单击Mesh，在弹出菜单中选择Delete命令。图1-4 流程更改
Custom Systems 中有预先定义好的耦合分析流程，如用户想进行流固耦合分析，只需双击选项，则在 Project Schematic 中会出现图1-5所示的工程。它由A和B两个工程组成，A工程为Fluid Flow (Fluent)，主要实现流场分析，包括几何建模、流场网格划分、计算设置、求解和后处理；B工程为 Static Structural，主要实现固体应力、应变分析，包括材料设置、几何建模、固体网格划分、计算设置、求解和后处理。其中，A2和B3相连，表示两者的几何模型共用，A5与B5相连，表示A工程中的流场计算结果将导入到B工程的计算设置中，即将流场数据加载到固体上再进行固体的分析。该流固耦合工程为典型的单向流固耦合，已经在 Workbench 中以模块的形式存在了，用起来十分方便。图1-5 流固耦合工程
不同程序间的数据传递，还可以通过右键单击某一步，在弹出的菜单中选择。如图1-6所示，用右键单击B工程的B2Mesh，在Transfer Data To New中选择CFX选项，则将划分好的网格信息传递给CFX程序。图1-6 不同程序的入口链接1.2.3 Workbench菜单栏
Workbench的主菜单栏包括File（文件操作菜单）、View（窗口显示菜单）、Tools（工具菜单）、Units（单位菜单）、Extension（扩展菜单）和Help（帮助菜单）6部分。如图1-7所示，File（文件操作菜单）包括常用的新建文件、打开文件、保存文件、另存为等命令，当项目视图中有工程存在时，执行 New 或 Open 命令，都会弹出是否保存当前工程的对话框，见图1-8，若不保存，则当前视图中的工程将丢失。
View 菜单如图1-9所示，Refresh为刷新显示，Compact Mode为紧凑模式，Reset Workspace在程序运行后可复位工作区所处的状态，Reset Window Layout可以重新恢复窗口界面的布置形式。下端的Toolbox、Toolbox Customization、Project Schematic和Files为选项命令，勾选后可在列表中出现勾选的内容。Workbench默认显示Toolbox和Project Schematic。
Tools菜单如图1-10所示，Reconnect为重新连接，Refresh Project为刷新工程数据， Update Project 为更新工程数据，License Preferences 为注册许可证文件，Release Reserved Licenses 为释放许可证文件，Launch Remote Solve Manager为加载远程求解管理器。图1-7 File菜单图1-8 新建文件与打开文件操作图1-9 View菜单图1-10 Tools菜单
选择Tools菜单最下端的Options选项，则弹出图1-11所示的对话框。Project Management为项目管理选项卡，利用它可以设置Workbench启动的默认目录和临时文件的位置、是否启动导读对话框和是否加载新闻信息等参数。Appearance为外观选项卡，利用它可以设置窗口的背景、文字颜色与背景色等。Regional and Language Options为区域与语言选项卡，利用它可以设置Workbench平台的操作语言，包括英语、德语、法语和日语4种。Graphics Interaction为几何图形交互选项卡，利用它可以设置鼠标对图形的操作，包括平移、旋转、选择、放大和缩小等。Geometry import 为几何导入选项，可以设置导入的几何编辑器类型、分析类型等。
图1-12所示为“单位”菜单，包括国际单位制、英制单位和用户自定义单位等。单击最下端的 Unit Systems 选项，则弹出 Unit Systems 对话框，如图1-13所示。读者可以根据需要，在Unit Systems 对话框中设置单位的格式。Workbench默认采用国际单位制。图1-11 Options选项图1-12 “单位”菜单图1-13 “单位设置”对话框（默认使用国际标准单位）“扩展”菜单如图1-14所示，包括插件管理、安装扩展插件、二进制扩展和查看日志文件命令。Manage Extensions 用以管理本地已有插件，并可以用 Install Extension 安装新插件。图1-14 “扩展”菜单“帮助”菜单如图1-15所示，利用“帮助”菜单可以实时获得软件操作、理论、许可信息等方面的帮助。图1-15 “帮助”菜单1.2.4 Workbench文档管理
Workbench 可以创建一个项目文件和一系列子目录来管理所有相关的文件，用户不要手动修改项目目录的内容和结构。当我们保存一个project file 时，会产生一些项目文件，例如保存一个名为 qiaodun.wbpj 的项目，就会产生一些目录，其中包含很多小的目录，如图1-16所示。下面我们对其中的一些常用目录结构进行介绍。
(1) dp0：这是设计点目录，其中的内容基本上是特定分析下的所有参数状态，如果在单独对某些参数进行分析的时候，将只有一个“dp0”目录。
(2) global：该目录包括了分析参数时每个程序的子目录。图1-16中 global 下的“MECH”目录中包含了力学分析数据库文件。
(3) SYS：这个目录包含项目中每个系统类型的子目录，例如 Mechanical、FLUENT、CFX 等。每个系统子目录包含了求解详细的文件，例如 MECH 子目录中包含结果文件DS.dat和solve.out等。
(4) user_files：这个目录中包含了和项目相关的输入文件及用户宏文件等。
如图1-17所示，在Workbench中的“View”菜单下拉列表中勾选Files选项，就会显示该项目创建的目录下的文件详细信息及所在位置，如图1-18所示。图1-16 项目文件目录图1-17 “View”菜单下拉列表图1-18 项目目录信息
Workbench 可以实现对项目中所有文件的快速存档，如图1-19所示，选择菜单栏 File中的Archive…或Restore Archive…命令选项，均可生成存档文件。图1-19 快速存档菜单命令1.2.5 Workbench模型输入
在 Workbench 15.0界面中，单击图1-20所示中的“Import…”图标进行模型的输入，在弹出的图1-21所示的Import对话框中，选择要输入的文件及文件类型。图1-20 模型输入按钮
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]