1，先進的集成工作平臺

以ANSYS　WORKBENCH集成平臺為基礎，簡明扼要地講解了相關理論知識，注重WORKBENCH應用技巧的分析，將CAE知識與WORKBENCH操作應用融于

一體。

2，豐富的工程實踐和科研案例

典型的案例分析講解過程，配以大量的工程實踐和科研案例，滿足不同的讀者需求，很多案例讀者只需稍作修改就能解決類似的科研和工程問題。

3，知識覆蓋面全

面

全書貫穿大量靜力學、熱分析、動力學分析、屈曲分析、結構分析、電磁場分析、流體動力學、優化設計以及深入淺出的多物理場耦合分析實例，幾乎覆蓋了WORKBENCH絕大部分的應用范圍。

4，可操作性

強

Step by Step的完全自學教程，操作步驟統一在圖形上作標注，方便讀圖理解操作過程和內涵。附贈2張模型文件的DVD光盤，以最大限度地提高讀者的學習效率。

有人將CAE技術稱為當今“科學與技術的完美結合”。這句話說得可能比較夸張，但不可否認，CAE技術的確是現代產品研發的重要基礎技術，且其理論性和需要的學科知識厚重而寬廣。

ANSYS有限元軟

件是目前CAE的主流分析軟件之一，在全球擁有最大的用戶群。2002年，ANSYS公司開發了新一代產品研發集成平臺ANSYS Workbench，其新穎的操作界面和操作思路一直深受用戶歡迎，特別是近幾年ANSYS公司兼并了CFX

和FLUENT及Ansoft等軟件，其一舉成為全球CAE界的巨無霸。所有的這些軟件均可集成于ANSYS Workbench中，可以想象ANSYS Workbench具有多么強大的分析功能，Workbench集成平臺亦是ANSYS公司今后重點發展的方向

。

目前，國內關于ANSYS Workbench的中文書籍整體來說還是較少。如何快速地掌握ANSYS Workbench并用來解決實際工程問題一直是廣大用戶所面臨的難題。

本書融有限元分析的基礎知識和ANSYS Workbench應

用實例為一體，配以大量的案例分析，從而在基礎理論和工程實踐應用之間架起一座橋梁。全書共14章，第1章講解ANSYS Workbench 14.0基礎知識；第2章講解幾何建�；�礎方法；第3章講解在Workbench下的網格劃分平

臺；第4章講述了線性靜力結構分析；第5章詳細描述了ANSYS Workbench與經典ANSYS即Mechanical APDL之間的關系；第6～13章分別講解工程熱分析、動力學（包括顯式動力學分析）、屈曲分析、結構非線性分析、流體

動力學分析、電磁場分析、優化分析；第14章是多物理場耦合分析的綜合應用，主要包括不同物理場耦合技術在產品研發中的應用，這些都反映了當今國際上仿真技術發展的最新應用成果。

本書可作為機械、土木、

工程力學、能源、電子通信、航空航天等專業的高年級本科生、廣大研究生和教師的參考書及教學用書，亦可供相關領域從事產品設計、仿真與優化的工程技術人員和廣大CAE愛好者學習參考。

本書在寫作過程中得

到了江南大學機械工程學院和君遠學院廣大師生的大力支持，在此深表謝意。感謝盛輝、浦阿亮、周文英、盛階平、錢培珍、浦澄夕、周文虎、盛敏、周文龍和蔡建新以及中國水利水電出版社等給予本書的幫助。

由

于時間倉促，加之本書內容新、書中涉及面廣及作者水平有限，書中不足甚至錯誤之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。

作者 于江南大學機械工程學院

2013年1月

第1章 ANSYS
Workbench 14.0基礎 1
1.1 ANSYS Workbench 14.0新功能概述[1] 1
1.1.1 擴展了工程應用 1
1.1.2 復雜系統的仿真 3
1.1.3 HPC驅動創新 4
1.2 ANSYS Workbench 14.0的
工作流程[2] 4
1.2.1 啟動ANSYS Workbench 14.0的方法 5
1.2.2 ANSYS Workbench 14.0的用戶界面
（GUI） 5
1.3 ANSYS Workbench 14.0的文件管理 7
1.4
Mechanical APDL 9
1.5 啟動Mechanical APDL的方法[3] 10
1.6 本章小結 12
第2章 幾何建模 13
2.1 DesignModeler幾何建模基礎 13
2.1.1 DesignModeler 14.0建模平臺 13
2.1.2 DesignModeler的鼠標操作 16
2.1.3 特征抑制 17
2.2 平面和草圖模式 18
2.2.1 進入草圖 18
2.2.2 創建新平面 18
2.2.3 創建草圖 19
2.3 3D幾何體的生
成 20
2.3.1 多體部件體（Multi-Body Parts） 20
2.3.2 表面印記（Imprint Faces） 21
2.3.3 填充（Fill）與包圍（Enclosure） 23
2.4 幾何體的修復與簡化 24
2.4.1 幾
何體的修復（Repair） 24
2.4.2 提取中面（Mid-Surface） 24
2.4.3 接合（Joint） 25
2.5 分析工具（Analysis Tools） 25
2.6 DesignModeler與商業CAD軟件 26
2.7
DesignModeler實例分析 27
2.8 概念建模 30
2.8.1 從點生成線體 30
2.8.2 從草圖生成線體 30
2.8.3 從邊生成線體 31
2.8.4 從外部曲線的坐標文件生成線體
31
2.9 概念建模實例 31
2.10 直接建模工具ANSYS SCDM 40
2.10.1 SpaceClaim軟件[4] 40
2.10.2 ANSYS SpaceClaim Direct Modeler 40
2.10.3 啟動ANSYS SCDM的方法 40
2.10.4 ANSYS SCDM建模工具 41
2.10.5 ANSYS SCDM的幾何接口 42
2.11 ANSYS SCDM建模實例 43
2.12 本章小結 47
第3章 網格劃分 48
3.1 認識網格劃分平臺 48
3.2 典型網格劃分法 49
3.2.1 四面體網格 49
3.2.2 掃掠型網格 49
3.2.3 自動劃分法（Automatic Method） 50
3.2.4 Hex Dominant網格劃分 51
3.2.5 多域掃掠型
（MultiZone Sweep
Meshing） 51
3.2.6 面體和線體的網格劃分 51
3.2.7 直接劃分網格 52
3.3 網格劃分的工作流程 52
3.3.1 確定物理場和網格劃分法 52
3.3.2 確定全局網格的設置 53
3.3.3 確定局部網格的設置 54
3.3.4 預覽并劃分網格 55
3.3.5 檢查網格質量 55
3.4 網格劃分實例 56
3.5 ANSYS ICEM-CFD介紹 73
3.5.1 ANSYS ICEM CFD 14.0軟件 73
3.5.2 ICEM CFD 14.0文件類型 74
3.5.3 ANSYS ICEM CFD 14.0主菜單和
功能欄 75
3.5.4 ICEM CFD 14.0的工作流程 77
3.5.5
Workbench 14.0和ICEM CFD 14.0 77
3.5.6 ANSYS ICEM CFD 14.0的實例分析 78
3.6 本章小結 95
第4章 線性靜力結構分析 96
4.1 結構線性靜力分析基礎 96
4.1.1 平面問題[5]
96
4.1.2 桿系與梁系問題 98
4.2 Workbench 14.0與線性靜力學分析 99
4.2.1 幾何模型 100
4.2.2 材料屬性 100
4.2.3 裝配體 100
4.2.4 載荷及約束 101
4.2.5 Mechanical中常見的載荷 101
4.2.6 Mechanical中常見的支撐約束 102
4.2.7 Mechanical中求解選項 103
4.2.8 后處理結果 104
4.3 Workbench 14.0線性靜
力學分析實例 106
4.4 本章小結 152
第5章 ANSYS Workbench與Mechanical
APDL 153
5.1 Mechanical APDL與ANSYS Mechanical 153
5.2 啟動Mechanical APDL的方法
154
5.3 Mechanical APDL界面 155
5.4 Mechanical APDL的文件格式 156
5.4.1 保存數據文件（file.db） 157
5.4.2 恢復數據（Resuming Databases） 157
5.4.3 讀入數據（Reading
Results） 158
5.5 單元屬性（Element Attributes） 158
5.5.1 單元類型 158
5.5.2 材料特性 160
5.5.3 實常數或橫截面特性 161
5.5.4 單元坐標系 161
5.6 APDL命令 163
5.6.1 APDL命令的特點 163
5.6.2 APDL參數 164
5.7 Mechanical中插入命令行[7] 165
5.7.1 在樹形窗Geometry內插入命令行 166
5.7.2 在Remote
Points（遠端點）內
插入命令行 167
5.7.3 在Contact Regions（接觸區域）內
插入命令行 167
5.7.4 在Joints（運動副）內插入命令行 168
5.7.5 在彈簧（Springs）
和梁（Beams）下
插入命令行 168
5.7.6 在分析設置（Analysis Settings）下
插入命令行 169
5.7.7 在求解項（Solution）下插入
命令行 170
5.7.8 在
Mechanical中輸入和輸出參數 170
5.7.9 實例分析 171
5.8 本章小結 201
第6章 熱分析 202
6.1 熱分析基礎[9] 202
6.2 主要的傳熱模式 203
6.2.1 熱傳導
203
6.2.2 熱對流 203
6.2.3 熱輻射 204
6.2.4 相變 204
6.3 總能量傳輸方程 204
6.4 ANSYS Workbench與熱分析 204
6.4.1 幾何模型 204
6.4.2 材料屬性
205
6.4.3 裝配體與接觸 205
6.4.4 熱載荷 206
6.4.5 熱邊界條件 206
6.4.6 求解選項 207
6.4.7 結果和后處理 207
6.5 實例分析 208
6.6 本章小結
238
第7章 動力學分析 239
7.1 動力學分析基礎 239
7.2 模態分析基礎 240
7.2.1 模態分析過程 240
7.2.2 模態分析中的幾何體 241
7.2.3 建立模態分
析項 241
7.2.4 載荷和約束及求解結果 241
7.3 諧響應分析 242
7.3.1 諧響應分析過程 243
7.3.2 建立諧響應分析項 243
7.3.3 加載諧響應載荷及求解 243
7.3.4 后
處理中查看結果 244
7.4 響應譜分析 244
7.4.1 響應譜分析過程 245
7.4.2 在Workbench中進行響應譜分析 245
7.5 隨機振動分析 245
7.5.1 隨機振動分析過程 246
7.5.2 在Workbench中進行隨機振動分析 246
7.6 多體動力學分析（Multibody Dynamic
Analysis）[10][11] 246
7.6.1 多體動力學分析過程 247
7.6.2 多體動力學
結構部件的特性 248
7.6.3 多體動力學單元特性 248
7.6.4 多體動力學初始條件 249
7.6.5 阻尼 249
7.6.6 部件間的連接 250
7.6.7 載荷和約束支撐 251
7.6.8 多體動力學求解器 252
7.6.9 時間步長 252
7.6.10 多體動力學后處理結果值 252
7.7 Workbench中動力學模塊 253
7.8 動力學實例分析 254
7.9 轉子動力學
306
7.9.1 轉子動力學的力學模型 306
7.9.2 轉子動力學方程 307
7.9.3 ANSYS 轉子動力學的計算功能 307
7.9.4 軸承單元 307
7.9.5 坎貝爾圖（Campbell diagram）
308
7.9.6 轉子動力學實例 308
7.10 本章小結 314
第8章 顯式動力學分析 315
8.1 ANSYS與顯式動力學 315
8.1.1 拉格朗日（Lagrange）求解器 316
8.1.2 歐拉
（Euler）求解器 316
8.1.3 任意拉格朗日歐拉（Arbitrary Lagrange
Euler）法 316
8.1.4 無網格（SPH）法 316
8.1.5 Workbench與顯式動力學 316
8.2 顯式動力學實例
318
8.3 本章小結 336
第9章 屈曲分析 337
9.1 線性屈曲分析的基礎 337
9.2 在Workbench中進行屈曲分析 338
9.2.1 線性屈曲分析的步驟 338
9.2.2 幾何模型和材料屬性
338
9.2.3 接觸對 338
9.2.4 載荷和約束 339
9.2.5 屈曲分析的項目結構 339
9.2.6 求解模型 339
9.2.7 觀察結果 339
9.3 屈曲分析實例分析 340
9.4 本章
小結 354
第10章 結構非線性分析 355
10.1 非線性分析基礎 355
10.1.1 幾何非線性 355
10.1.2 材料非線性 356
10.1.3 接觸（狀態）非線性 356
10.2 超
彈性材料 356
10.2.1 什么是超彈性體 356
10.2.2 ANSYS中的超彈性體 356
10.2.3 Workbench中曲線的擬合 357
10.3 金屬塑性 359
10.3.1 金屬塑性 359
10.3.2
屈服準則[15][16] 360
10.3.3 強化準則 361
10.3.4 材料數據的輸入 362
10.4 ANSYS Workbench中的接觸非線性 363
10.4.1 接觸的基本概念 363
10.4.2 Workbench中的接觸
類型 364
10.4.3 對稱/非對稱行為 364
10.4.4 接觸工具 364
10.4.5 摩擦接觸 365
10.4.6 接觸結果 366
10.5 結構非線性實例分析 366
10.6 本章小結 404
第11章 流體動力
學分析 405
11.1 CFD簡介[17] 405
11.2 ANSYS CFD介紹 406
11.3 Workbench界面下CFD模塊 407
11.4 ANSYS CFD實例分析 408
11.5 磁流體動力學[18] 426
11.6 本
章小結 437
第12章 電磁場分析 438
12.1 宏觀電磁場理論基礎[19][20] 438
12.1.1 麥克斯韋第一方程 438
12.1.2 麥克斯韋第二方程 438
12.1.3 麥克斯韋第三方程 439
12.1.4
麥克斯韋第四方程 439
12.1.5 電流連續性方程 439
12.1.6 補充方程 439
12.1.7 邊界條件 439
12.2 在Workbench平臺上進行電磁場分析 440
12.2.1 在Mechanical中進行電場分
析 441
12.2.2 電場實例分析 441
12.2.3 在Mechanical中進行靜磁場分析 444
12.2.4 靜磁場實例分析 445
12.3 高頻電磁場分析 463
12.3.1 在ANSYS Multiphysics中進
行高頻
電磁場分析 463
12.3.2 高頻電磁場實例分析 464
12.4 本章總結 473
第13章 優化設計 474
13.1 Design Exploration基礎 474
13.1.1 參數定義 474
13.1.2 優化方法設定 475
13.1.3 Design Explorer的特征 475
13.1.4 Design Explorer的特點 475
13.1.5 Design Explorer的用戶界面 476
13.2 Design Exploration
分析使用基礎 476
13.2.1 參數的設置 477
13.2.2 目標驅動優化（GDO） 477
13.2.3 響應圖表（Response Charts） 479
13.2.4 實驗設計法（Design of

Experiments） 479
13.2.5 六西格瑪設計（Six Sigma） 480
13.2.6 Design Explorer與APDL 481
13.3 Design Exploration分析實例 481
13.4 本章小結 498
第14章 Workbench
多物理場耦合分析
及綜合應用 499
14.1 場的基本概念 499
14.2 耦合場分析 500
14.3 Workbench界面下進行多物理場
耦合分析 501
14.3.1 直接采用耦合模塊
501
14.3.2 插入命令流方式實現耦合分析 501
14.3.3 順序耦合法實現耦合場分析 502
14.4 流場腔內固定塊的應力場優化 503
14.5 風機的流-固耦合計算 520
14.6 主板的綜合
分析 535
14.7 電氣插件分析 548
14.8 微型執行器片分析 556
14.9 耳模型的響應分析 563
14.10 排氣集管的耦合場分析 571
14.11 本章小結 587
參考文獻 588

1. ANSYS Workbench在壓力容器分析中的應用與技術評論 [欒春遠 編著]
2. 基于ANSYS的復合材料有限元分析和應用（第二版） [李占營 張承承 李成良 編著]
3. ANSYS AQWA軟件入門與提高 [主編 高巍]
4. ANSYS APDL參數化有限元分析技術及其應用實例（第二版） [李占營 闞川 等編著]
5. 基于ANSYS的復合材料有限元分析和應用 [李占營 闞川 張承承 編著]
6. 全新Marc實例教程及常見問題解析 [孫丹丹 陳火紅 編著]
7. 基于HyperMesh的結構有限元建模技術 [付亞蘭 謝素明 編著]
8. MSC產品實用技術技巧 [MSC軟件公司 編著]
9. ANSYS APDL參數化有限元分析技術及其應用實例 [張濤 等編著]
10. ANSYS非線性有限元分析方法及范例應用 [張洪偉 高相勝 張慶余 編著]
11. ANSYS信號完整性分析與仿真實例 [房麗麗 編著]
12. 全新Marc實例教程與常見問題解析 [馮超 孫丹丹 陳火紅]
13. 壓力容器全模型ANSYS分析與強度計算新規范 [欒春遠 編著]
14. MSC Nastran動力分析指南 [田利思 李相輝 馬越峰 趙明宇]
15. ANSYS 13.0 Workbench數值模擬技術 [許京荊]
16. ANSYS二次開發及應用實例詳解 [師訪]
17. ANSYS流固耦合分析與工程實例 [宋學官 蔡林 張華 編著]
18. ANSYS ICEM CFD網格劃分技術實例詳解 [紀兵兵 陳金瓶]
19. ANSYS 10.0工程電磁分析技術與實例詳解 [閻照文]
20. ANSYS土木工程應用實例（第三版） [何本國 主 編]