作者：黄志新
出版社：人民邮电出版社
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ANSYS Workbench 16.0超级学习手册(附光盘)试读：
前言
随着现代化技术的突飞猛进，工程界对以有限元技术为主的CAE技术的认识不断提高，CAE技术越来越得到重视，各行各业纷纷引进先进的CAE软件，以提升产品的研发水平。
ANSYS Workbench就是在这种背景下诞生的有限元分析软件。目前ANSYS公司的最新版ANSYS Workbench 16.0所提供的CAD双向参数链接互动，项目数据自动更新机制，全面的参数管理，无缝集成的优化设计工具等新功能，使ANSYS在“仿真驱动产品设计”（SDPD，Simulation Driven Product Development）方面达到了前所未有的高度。
作为业界最领先的工程仿真技术集成平台，ANSYS Workbench 16.0具有强大的结构、流体、热、电磁及其相互耦合分析的功能，其全新的项目视图（Project Schematic View）功能，可将整个仿真流程更加紧密地组合在一起，通过简单的拖曳操作即可完成复杂的多物理场分析流程。
本书在必要的理论概述的基础上，通过大量的典型案例对ANSYS Workbench分析平台中的模块进行详细介绍，并结合实际工程与生活中的常见问题进行详细讲解，全书内容简洁、明快，给人耳目一新的感觉。
全书共分为14章，各章主要内容简单介绍如下。
第1章：ANSYS Workbench 16.0概述。本章详细介绍了ANSYS Workbench 16.0软件启动方法及最新的计算方法和技术，同时针对Workbench平台的一些常用的设置及其功能进行了详细的讲解。
第2章：ANSYS Workbench 16.0几何建模。本章详细介绍了ANSYS Workbench 16.0软件自带的几何建模工具——DesignModeler的使用方法，对里面常用的建模命令进行详细介绍，通过一些典型实例讲解了一些常用命令的使用方法。
第3章：Meshing网格划分。本章详细介绍了ANSYS Workbench 16.0软件自带的网格划分工具——Meshing的使用方法，对里面常用的网格划分方法进行详细介绍，通过一些典型实例讲解了一些常用命令的使用方法。
第4章：Workbench结果后处理。本章简要介绍了Workbench平台结构计算的后处理一般过程及相关命令的功能。
第5章：结构静力学分析。本章通过典型实例详细介绍了Workbench平台在静力学分析中的分析方法及应用场合。
第6章：结构动力学分析。本章通过典型实例详细介绍了Workbench平台的模态分析、响应谱分析、随机振动分析、谐响应分析、屈曲分析及瞬态动力学分析共6种典型结构动力学分析的一般方法及各种动力学分析的应用场合。
第7章：热力学分析。本章通过典型实例介绍了稳态热力学分析及瞬态热力学分析的一般方法及相关设置，同时介绍了稳态和瞬态的使用范围。
第8章：接触分析。本章通过典型实例讲解了Workbench在静态接触和动态接触分析中的一般方法，对分析中的设置进行详细介绍。
第9章：电磁场分析。本章通过典型实例分别介绍了Workbench平台自带的电场分析模块Electric的电场分析，同时也介绍了Maxwell软件的电场分析的一般步骤。
第10章：疲劳分析。本章通过典型实例介绍了ANSYS Workbench平台的nCode软件疲劳分析的一般步骤及操作方法，在进行本章学习之前，需要单独安装nCode软件。
第11章：复合材料分析。本章通过典型实例介绍了ANSYS ACP模块复合材料分析的设置方法与分析过程及应用方法，在进行本章学习之前，需要单独安装ANSYS ACP软件。
第12章：结构优化分析。本章通过典型实例介绍了ANSYS Workbench平台的优化设计方法及典型问题的一般分析步骤。
第13章：流体动力学分析。本章通过典型的案例介绍了ANSYS CFX及ANSYS FLUENT软件的内流场有限元分析与操作方法，帮助读者掌握Workbench在流体动力学分析中的应用方法。
第14章：多物理场耦合分析。本章通过典型实例详细介绍了ANSYS Workbench软件中的Maxwell模块的电磁场建模与电磁温度及电磁结构静力耦合分析过程，在进行本章学习之前，需要单独安装ANSOFT Maxwell软件，同时也介绍了Maxwell模块与FLUENT软件之间的电磁热流耦合分析过程。
全书所有案例均以ANSYS Workbench最新版作为讲解平台，不仅介绍了Workbench平台的基本分析模块，还介绍了当前使用比较广泛的已经被集成到Workbench平台上的其他软件，如Maxwell电磁场计算模块、nCode疲劳分析模块及ANSYS ACP复合材料分析模块，由于篇幅所限，本书并未深入讲解这些模块，只简单介绍了其一般的操作方法及步骤。
本书内容丰富、结构清晰，所有案例均经过精心设计与筛选，代表性强，并且每个案例都通过用户图形交互界面进行全过程操作。同时作者紧跟ANSYS软件发展最前沿，对目前最新版ANSYS Workbench 16.0软件的新功能进行了简单介绍与案例分析，希望对刚入门的读者以及有经验的读者均有所帮助。
本书由黄志新编著，虽然作者在本书的编写过程中力求叙述准确、完善，但由于水平有限，书中欠妥之处在所难免，希望读者和同仁能够及时指出，共同促进本书质量的提高。
读者在学习过程中如遇到与本书有关的问题，可以发邮件到邮箱book_hai@126.com，或者访问博客http://blog.sina.com.cn/tecbook，编者会尽快给予解答。编者[第1章]ANSYS Workbench 16.0概述
本章从总体上对ANSYS Workbench 16.0自带软件包括结构力学模块、流体力学模块等进行概述，同时对ANSYS Workbench 16.0最新整合的其他模块进行简单介绍，其中包括低频电磁场分析模块Ansoft Maxwell、多领域机电系统设计与仿真分析模块Ansoft Simplorer、疲劳分析模块nCode及复合材料建模与后处理模块ACP等。同时，本章还以SolidWorks软件为例，介绍Workbench 16.0与常见的CAD软件进行集成的步骤及方法。
学习目标：（1）了解ANSYS Workbench软件各模块的功能；（2）掌握ANSYS Workbench软件与SolidWorks软件的集成设置；（3）掌握ANSYS Workbench平台的常规设置，包括单位设置、外观颜色设置等。1.1 ANSYS软件简介
ANSYS提供广泛的工程仿真解决方案，这些方案可以对设计过程要求的任何场进行工程虚拟仿真。全球的诸多组织都相信ANSYS为它们的工程仿真软件投资带来最好的价值。
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一、美国ANSYS公司开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换。
软件主要包括3个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。（1）前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。（2）分析计算模块包括结构分析（线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。（3）后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
ANSYS的特色功能如下。（1）前后处理。
① 双向参数互动的CAD接口；
② 智能网格生成器；
③ 各种结果的数据处理；
④ 各种结果的图形及动画显示；
⑤ 全自动生成计算报告。（2）结构静力分析（线性/非线性）。（3）叠层复合材料（非线性叠层壳单元、高阶叠层实体单元、Tsai—Wu失效准则、图形化）。
① 非线性分析能力；
② 几何非线性（大变形、大应变、应力强化、旋转软化、压力载荷强化）；
③ 材料非线性（近70种非线性材料本构模型，含弹塑性、蠕变、黏塑性、黏弹性、超弹性、非线性弹性、岩土和混凝土、膨胀材料、垫片材料、铸铁材料等）；
④ 单元（或称边界/状态）非线性；
⑤ 高级接触单元（点对点接触、点对面接触、刚对柔面面接触、柔对柔面面接触、线性接触（MPC）等，支持大滑移和多种摩擦模型，支持多场耦合接触）。（4）其他非线性单元（旋转铰接单元、弹簧－阻尼器单元、膜壳单元等）。（5）动力学分析能力。
① 模态分析（自然模态分析、预应力模态分析、循环对称模态、阻尼复模态、模态综合分析）；
② 谐响应分析；
③ 瞬态分析（线性/非线性、多种算法）；
④ 响应谱和随机振动分析（单点谱、多点谱、功率谱）；
⑤ 转子动力学分析。（6）屈曲分析（线性屈曲、非线性屈曲、循环对称屈曲分析）。（7）高级对称分析（循环对称模态分析、循环对称结构静力分析、轴对称、平面对称和反对称）。（8）断裂力学分析（应力强度因子、J积分、裂纹尖端能量释放率）。（9）通用疲劳分析。（10）结构热分析部分（Professional）。
① 稳态温度场（热传导、热对流、热辐射）；
② 瞬态温度场（热传导、热对流、热辐射、相变）；
③ 管流热耦合；
④ 支持复杂热载荷和边界条件；
⑤ 非线性特性（接触传热、非线性材料）。（11）耦合场分析部分及其他功能。
① 静流体分析（流固耦合静动力分析）。
② 声学分析（声波在各种声学介质中的传播、声波的反射和吸收（远场））。
③ 耦合场分析。（12）设计优化：多种优化算法、多种辅助工具。（13）拓扑优化：拓扑形状优化、拓扑频率优化。（14）概率设计系统（PDS）。
① 10种概率输入参数；
② 参数的相关性；
③ 两种概率计算方法——蒙特卡罗法、响应面法；
④ 支持分布式并行计算；
⑤ 可视化概率设计结果。（15）其他实用技术。
① P单元、子结构、子模型分析技术；
② 单元生死分析技术；
③ 专用单元（螺栓单元、真实截面梁单元、表面效应单元、轴对称谐波单元等）。（16）二次开发特征。
① ANSYS参数化设计语言（APDL）；
② 用户可编程特性（UPF）；
③ 用户界面设计语言（UIDL）；
④ 专用界面开发工具（TCL/TK）；
⑤ 外部命令。（17）求解器：直接求解器、多种迭代求解器、特征值求解器。（18）并行求解器。
① 分布式ANSYS求解器：包括两个稀疏矩阵求解器（Sparse和Distributed Sparse（直接求解器））、一个PCG求解器和一个JCG求解器。
② 代数多重网格求解器AMG：支持多达8个CPU的共享式并行机（CPU每增加一倍，求解速度提高80%，对病态矩阵的处理性能优越）。1.2 ANSYS Workbench 16.0平台及模块
ANSYS Workbench 16.0软件平台的启动方法，如图1-1所示的方法操作；经常使用ANSYS Workbench 16.0，程序会自动在开始菜单所有程序的上方出现Workbench 16.0的快速启动图标，如图1-2所示，此时可以单击按钮启动Workbench 16.0。模型文件无结果文件光盘\chapter01\chapter01-2-1\ C1.2.1.wbpj图1-1 Workbench启动路径图1-2 Workbench快速启动1.2.1 Workbench平台界面
启动后的Workbench 16.0平台如图1-3所示。启动软件后，可以根据个人喜好设置下次启动是否同时开启导读对话框，如果不想启动导读对话框，将导读对话框底端的√去除即可。图1-3 Workbench软件平台
如图1-3所示，ANSYS Workbench 16.0平台界面由以下6部分构成：菜单栏、工具栏、工具箱（Toolbox）、工程项目窗口（Project Schematic）、信息窗口（Message）及进程窗口（Progress）。1.2.2 菜单栏
菜单栏包括File（文件）、View（视图）、Tools（工具）、Units（单位）及Help（帮助）共5个菜单。下面对这5个菜单中包括的子菜单及命令详述如下。
1．File（文件）菜单
File菜单中的命令如图1-4所示，下面对File（文件）菜单中的常用命令进行简单介绍。图1-4 File文件菜单（1）New：建立一个新的工程项目，在建立新工程项目前，Workbench软件会提示用户是否需要保存当前的工程项目。（2）Open…：打开一个已经存在的工程项目，同样会提示用户是否需要保存当前工程项目。（3）Save：保存一个工程项目，同时为新建立的工程项目命名。（4）Save As…：将已经存在的工程项目另存为一个新的项目名称。（5）Import…：导入外部文件，单击Import命令会弹出图1-5所示的对话框，在Import对话框中的文件类型栏中可以选择多种文件类型。图1-5 Import支持文件类型
注：
文件类型中的Maxwell Project File（*.mxwl）和Simplorer
Project File（*.asmp）两种文件需要安装Ansoft Maxwell和
Ansoft Simplorer两个软件才会出现。（6）Archive：将工程文件存档，单击Archive命令后，在弹出如图1-6所示的Save Archive对话框中单击“保存”命令；在弹出如图1-7所示的Archive Options对话框中勾选所有选项，并单击“Archive”按钮将工程文件存档，在Workbench 16.0平台的File菜单中单击“Restore Archive”命令即可将存档文件读取出来，这里不再赘述，请读者自己完成。图1-6 Save Archive对话框图1-7 Archive Options对话框
2．View（视图）菜单
View菜单中相关命令如图1-8所示，下面对View（视图）菜单中的常用命令做简要介绍。图1-8 View菜单（1）Compact Mode（简洁模式）：单击此命令后，Workbench 16.0平台将压缩为一个小图标置于操作系统桌面上，同时在任务栏上的图标将消失。如果将鼠标移动到图标上，Workbench 16.0平台将变成图1-9所示的简洁模式。（2）Reset Workspace（复原操作平台）：将Workbench 16.0平台复原到初始状态。（3）Reset Window Layout（复原窗口布局）：将Workbench 16.0平台窗口布局复原到初始状态。（4）Toolbox（工具箱）：单击Toolbox命令来选择是否掩藏左侧面的工具箱，Toolbox前面有√说明Toolbox（工具箱）处于显示状态，单击Toolbox取消前面的√，Toolbox（工具箱）将被掩藏。图1-9 Workbench 16.0简洁模式（5）Toolbox Customization（用户自定义工具箱）：单击此命令将在窗口中弹出图1-10所示的Toolbox Customization窗口，用户可通过单击各个模块前面的√来选择是否在Toolbox中显示模块。图1-10 Toolbox Customization窗口（6）Project Schematic（项目管理）：单击此命令来确定是否在Workbench平台上显示项目管理窗口。（7）Files（文件）：单击此命令会在Workbench 16.0平台下侧弹出图1-11所示的Files窗口，窗口中显示了本工程项目中所有的文件及文件路径等重要信息。图1-11 Files窗口（8）Properties（属性）：单击此命令后再单击A7 Results表格，此时会在Workbench 16.0平台右侧弹出图1-12所示的Properties of Schematic A7：Results对话框，对话框里面显示的是A7 Results栏中的相关信息，此处不再赘述。图1-12 Properties of schematic A7：Results窗口
3．Tools（工具）菜单
Tools菜单中的命令如图1-13所示，下面对Tools中的常用命令进行介绍。图1-13 Tools菜单（1）Refresh Project（刷新工程数据）：当上行数据中的内容发生变化，需要刷新板块（更新也会刷新板块）。（2）Update Project（更新工程数据）：数据已更改，必须重新生成板块的数据输出。（3）License Preference（参考注册文件）：单击此命令后，会弹出图1-14所示的注册文件对话框。图1-14 Release 14.0 License Preference for User对话框（4）Launch Remote Solve Manager（加载远程求解管理器）：单击此命令会弹出图1-15所示的远程求解管理器对话框，在这里可以进行远程求解的提交工作。图1-15 Launch Remote Solve Manager对话框（5）Options（选项）：单击此命令，弹出图1-16所示的Options对话框，对话框中主要包括以下选项卡。图1-16 Options对话框
① Project Management（项目管理）选项卡：在图1-16所示的选项卡中可以设置Workbench 16.0平台启动的默认目录和临时文件的位置、是否启动导读对话框及是否加载新闻信息等参数。
② Appearance（外观）选项卡：在图1-17所示的外观选项卡中可对软件的背景、文字颜色、几何图形的边等进行颜色设置。图1-17 Appearance选项卡
③ Regional and Language Options（区域和语言选项）选项卡：通过图1-18所示的选项卡可以设置Workbench 16.0平台的语言，其中包括德语、英语、法语及日语共4种。图1-18 Regional and Language Options选项卡
④ Graphics Interaction（几何图形交互）选项卡：在图1-19所示的选项卡中可以设置鼠标对图形的操作，如平移、旋转、放大、缩小、多体选择等操作。图1-19 Graphics Interaction选项卡
⑤ Journals and Logs（日志）选项卡：在图1-20所示的日志选项卡中可以设置记录文件的存储位置、日志文件的记录天数及其他一些基本设置选项。图1-20 Journals and Logs选项卡
这里仅仅对Workbench 16.0平台一些常用的选项进行简单介绍，其余选项请读者参考帮助文档的相关内容。
4．Units（单位）菜单
Units菜单如图1-21所示，在此菜单中可以设置国际单位、米制单位、美制单位及用户自定义单位，单击Unit Systems（单位设置系统），在弹出的图1-22所示Unit Systems对话框中可以制定用户喜欢的单位格式。图1-21 Units菜单图1-22 Unit Systems对话框
5．Help（帮助文档）菜单
在帮助菜单中，软件可实时地为用户提供软件操作及理论上的帮助。1.2.3 工具栏
Workbench 16.0的工具栏如图1-23所示，命令已经在前面菜单中出现，这里不再赘述。图1-23 工具栏1.2.4 工具箱
工具箱（Toolbox）位于Workbench 16.0平台的左侧，图1-24所示为工具箱（Toolbox）中包括的4类分析模块，下面针对这4个模块简要介绍其包含的内容。图1-24 Toolbox（工具箱）
1．Analysis Systems（分析系统）
分析系统中包括不同的分析类型，如静力分析、热分析、流体分析等，同时模块中也包括用不同种求解器求解相同分析的类型，如静力分析就包括用ANSYS求解器分析和用Samcef求解器两种。分析系统所包括的模块如图1-25所示。图1-25 Analysis Systems（分析系统）
注：
在Analysis Systems（分析系统）中需要单独安装的分析模
块有Maxwell 2D（二维电磁场分析模块）、Maxwell 3D（三
维电磁场分析模块）、RMxprt（电机分析模块）、
Simplorer（多领域系统分析模块）及nCode（疲劳分析模
块）。读者需要单独安装此模块。
2．Component Systems（组件系统）
组件系统包括应用于各种领域的几何建模工具及性能评估工具，组件系统包括的模块如图1-26所示。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]