ANSYS 14.0 土木工程有限元分析从入门到精通

作者简介

本书以有限元分析方法为基础，通过丰富的工程应用实例，详细介绍ANSYS14.0在土木工程领域中的应用。本书包括基础篇、进阶篇、应用实例篇共三篇18章。通过图形用户界面和命令流方式对不同的工程应用问题进行详细地讲解；其中，基础篇内容包括有限元法概述、ANSYS系列软件简介、ANSYS图形界面介绍、ANSYS文件系统以及ANSYS基础操作介绍等；进阶篇对ANSYS的APDL技术、ANSYS14.0建模、网格划分、加载及求解、后处理、土木工程常用单元进行了详细讲解。应用实例篇包括简单排架结构实例分析、钢筋混凝土实例分析、常见建筑结构体系实例分析、基础工程实例分析、边坡问题实例分析、隧道及地下工程实例分析、桥梁工程实例分析、大坝工程实例分析以及大跨度空间结构实例分析等内容。本书光盘包括所有的实例有限元模型及计算结果，方便读者查阅和参考。

本书适合应用ANSYS解决土木工程相关问题的初学者和期望提高工程应用能力的读者，可供高等院校学生、科研院所研究人员和土木工程领域的工程技术人员使用。

书籍目录

目    录

第一篇  基础篇

第1章  概述
3

1.1  有限单元法（FEM）概述
3

1.1.1  有限单元法的发展
3

1.1.2  有限单元法的基本概念
4

1.1.3  派生方法
4

1.2  ANSYS 系列软件简介
4

1.2.1  ANSYS 14.0功能特点
4

1.2.2  ANSYS软件提供的分析类型
5

1.2.3  ANSYS单位选择问题
6

1.3  本章小结
6

第2章  初识ANSYS 14.0
7

2.1  图形界面
7

2.1.1  启动界面
7

2.1.2  图形用户界面（GUI）
8

2.2  ANSYS 14.0文件系统
9

2.2.1  文件类型
9

2.2.2  ANSYS文件兼容性
10

2.3  ANSYS 14.0分析问题的基本过程
12

2.3.1  基本流程介绍
12

2.3.2  应用ANSYS 14.0分析简单实例
12

2.4  本章小结
18

第二篇  进阶篇

第3章  APDL技术应用
21

3.1  APDL简介
21

3.2  定义参数
22

3.2.1  参数命名规则
22

3.2.2  参数定义方法
23

3.3  数组参数
26

3.3.1  数组类型
27

3.3.2  定义数组
27

3.3.3  数组操作
30

3.3.4  数组操作命令
32

3.4  宏
33

3.4.1  宏的命名
34

3.4.2  宏的生成
35

3.4.3  宏库文件
36

3.4.4  宏和宏库文件的运行操作
37

3.4.5  分支
38

3.4.6  循环
38

3.4.7  控制函数一览
39

3.5  本章小结
41

第4章  ANSYS 14.0建模
42

4.1  自底向上建模
42

4.1.1  模型尺寸及相关参数
42

4.1.2  建模过程
43

4.1.3  本节常用命令流
45

4.2  自顶向下建模
46

4.2.1  相关参数
46

4.2.2  建模过程
46

4.2.3  常用命令流
48

4.2.4  布尔运算常用命令
48

4.3  直接建立有限元模型
50

4.3.1  节点的生成
50

4.3.2  单元的生成
51

4.3.3  直接生成有限元模型相关命令
52

4.4  快速建模命令
52

4.4.1  复制命令
53

4.4.2  镜像命令
53

4.4.3  对象选择与删除
54

4.5  CAD几何模型导入
55

4.6  本章小结
56

第5章  ANSYS 14.0网格划分
58

5.1  网格划分介绍
58

5.1.1  单元属性介绍
58

5.1.2  为实体模型指定属性
59

5.1.3  ANSYS网格划分方法
59

5.2  单元属性设置
59

5.2.1  单元类型（TYPE）
59

5.2.2  实常数（REAL）
60

5.2.3  材料特性（MAT）
61

5.2.4  截面特性设置（SECTION）
61

5.2.5  单元属性常用命令
62

5.3  网格控制
63

5.3.1  智能网格划分
63

5.3.2  全局单元尺寸控制
64

5.3.3  默认单元尺寸控制
65

5.3.4  关键点尺寸控制
65

5.3.5  线尺寸控制
66

5.3.6  面尺寸控制
67

5.3.7  网格控制命令
67

5.4  网格划分举例
70

5.4.1  导入几何模型
70

5.4.2  定义单元属性
70

5.4.3  网格的控制
70

5.4.4  进行Smart Mesh
71

5.4.5  网格的清除
72

5.4.6  网格的局部细化
73

5.5  映射网格划分（Mapped）
74

5.5.1  面映射网格划分
74

5.5.2  体映射网格划分
75

5.6  扫掠网格划分（Sweep）
76

5.6.1  体扫掠
76

5.6.2  体扫掠基本步骤与条件
76

5.7  拉伸网格
78

5.8  本章小结
80

第6章  加载及求解
81

6.1  荷载与加载方式种类
81

6.1.1  荷载种类
81

6.1.2  荷载步和子步
82

6.1.3  加载方式类型及特点
82

6.2  施加约束
83

6.2.1  在关键点（或节点）上加载位移约束
83

6.2.2  在线（或面）上加载位移约束
84

6.2.3  耦合约束
85

6.2.4  施加约束常用命令
85

6.3  施加外荷载
86

6.3.1  集中荷载
86

6.3.2  分布荷载
87

6.3.3  施加体积荷载
88

6.3.4  施加惯性力荷载
91

6.3.5  轴对称荷载
91

6.3.6  耦合荷载
92

6.3.7  预应力荷载
92

6.3.8  由表型数组定义荷载
92

6.3.9  荷载显示与控制
96

6.3.10  施加荷载常用命令
96

6.4  求解过程控制
97

6.4.1  分析类型设置
98

6.4.2  分析基本选项设置
98

6.5  荷载步设置与求解操作
99

6.5.1  荷载步文件的建立法
99

6.5.2  荷载步文件法求解
100

6.5.3  荷载步文件的查看、修改或删除
100

6.6  本章小结
100

第7章  后处理
101

7.1  一般（通用）后处理
101

7.1.1  读入结果文件
101

7.1.2  分析结果绘图显示
103

7.1.3  分析结果列表显示
111

7.1.4  结果运算处理
115

7.1.5  荷载工况
118

7.2  时间历程后处理
121

7.2.1  时间历程后处理窗口介绍
121

7.2.2  定义变量
123

7.2.3  变量运算
126

7.2.4  变量与数组
127

7.2.5  变量显示
128

7.3  本章小结
130

第8章  土木工程中常用单元
131

8.1  单元类型简介
131

8.1.1  常用单元分类
131

8.1.2  单元的选择
131

8.2  杆单元（LIN180）
132

8.2.1  LINK180单元描述
132

8.2.2  LINK180单元输入
132

8.2.3  输出数据
133

8.2.4  LINK180的假定和限制
134

8.3  梁单元（BEAM188）
134

8.3.1  BEAM188单元描述
134

8.3.2  BEAM188单元输入
134

8.3.3  单元输出
136

8.4  管单元（PIPE16）
136

8.4.1  PIPE16单元描述
136

8.4.2  PIPE16 输入摘要
137

8.4.3  单元输出
138

8.5  实体单元（SOLID）
139

8.5.1  SOLID65单元描述
139

8.5.2  SOLID65输入数据
140

8.5.3  SOLID65应力输出项
142

8.5.4  SOLID185单元描述
143

8.5.5  SOLID185输入数据
144

8.5.6  SOLID185应力输出项
145

8.6  平面单元（PLANE182）
146

8.6.1  PLANE182 单元说明 
146

8.6.2  PLANE182单元输入
146

8.6.3  单元应力输出项
147

8.7  板壳单元（SHELL181）
147

8.7.1  SHELL181单元说明
147

8.7.2  SHELL181单元输入
148

8.8  弹簧-阻尼器单元（COMBIN14）
148

8.8.1  单元说明
148

8.8.2  COMBIN14单元输入
148

8.8.3  COMBIN14 输出
149

8.8.4  COMBIN14假设与限制
150

8.9  网格划分单元（MESH200）
150

8.9.1  单元描述
150

8.9.2 单元输入
151

8.10  接触单元及目标单元
151

8.10.1  常用接触单元组
151

8.10.2  CONTA173单元
151

8.10.3  TARGE170
154

8.11  本章小结
154

第9章  单元生死
156

9.1  单元生死原理
156

9.1.1  单元生死原理
156

9.1.2  单元生死应用范围
157

9.2  单元生死使用过程
158

9.2.1  建模
158

9.2.2  加载并求解
158

9.2.3  使用生死单元功能要注意的地方
161

9.2.4  单元生死应用实例
162

9.3  本章小结
170

第三篇  应用实例篇

第10章  简单排架结构实例分析
173

10.1  三角形屋架受力分析
173

10.1.1  问题描述
173

10.1.2  前处理
174

10.1.3  加载及求解
177

10.1.4  后处理
178

10.2  钢结构排架平面外失稳模拟
181

10.2.1  问题描述
181

10.2.2  前处理
182

10.2.3  求解及分析
186

10.2.4  后处理及结果分析
188

10.3  钢结构排架受力分析
190

10.3.1  问题简述
190

10.3.2  前处理
191

10.3.3  加载及求解
197

10.3.4  后处理
200

10.4  塔式起重机受力及模态分析
202

10.4.1  问题简述
202

10.4.2  前处理
202

10.4.3  加载及求解
212

10.4.4  模态分析
214

10.5  本章小结
217

第11章  钢筋混凝土实例分析
218

11.1  大体积混凝土热分析问题
218

11.1.1  问题描述
218

11.1.2  热分析阶段前处理
219

11.1.3  热分析求解
224

11.1.4  结构分析前处理
226

11.1.5  结构应力求解
228

11.1.6  后处理及结果分析
228

11.1.7  关于大体积混凝土
230

11.2  钢筋混凝土梁
231

11.2.1  问题描述
231

11.2.2  前处理
232

11.2.3  加载及求解
237

11.2.4  一般后处理
239

11.2.5  时间历程后处理
240

11.3  钢筋混凝土板
242

11.3.1  问题简述
242

11.3.2  前处理
242

11.3.3  加载及求解
246

11.3.4  后处理
248

11.4  钢筋混凝土开裂
251

11.4.1  相关知识简介
251

11.4.2  问题描述
252

11.4.3  前处理
253

11.4.4  加载和求解
256

11.4.5  计算结果分析
258

11.5  预应力钢筋混凝土
259

11.5.1  问题描述
260

11.5.2  前处理
260

11.5.3  加载及求解
265

11.5.4  后处理
266

11.6  钢筋混凝土结构大楼浇筑施工模拟
268

11.6.1  问题简述
268

11.6.2  前处理
268

11.6.3  求解项设置
274

11.6.4  施工过程模拟
274

11.6.5  后处理
279

11.7  本章小结
281

第12章  常见建筑结构体系实例分析
283

12.1  钢筋混凝土框架结构简单分析
283

12.1.1  问题简述
283

12.1.2  前处理
284

12.1.3  求解
289

12.1.4  后处理
290

12.2  钢结构梁板体系地震响应分析
291

12.2.1  问题简述
291

12.2.2  前处理
292

12.2.3  求解及结果
296

12.2.4  查看计算结果
300

12.3  框架-剪力墙结构实例分析
301

12.3.1  框架剪力墙结构简介
302

12.3.2  问题描述
302

12.3.3  单元及材料参数设定
303

12.3.4  建立模型
304

12.3.5  施加荷载及静力分析
310

12.3.6  模态分析
312

12.3.7  特征值屈曲分析
313

12.4  本章小结
316

第13章  基础工程实例分析
317

13.1  单柱式桥墩全桩基础
317

13.1.1  问题简述
317

13.1.2  前处理
318

13.1.3  加载与求解
321

13.1.4  一般后处理
322

13.2  考虑接触单元桩基分析
324

13.2.1  问题简述
324

13.2.2  单元及材料属性设定
324

13.2.3  建模
325

13.2.4  加载及求解
331

13.2.5  后处理
333

13.3  房屋刚性独立基础
335

13.3.1  独立基础
335

13.3.2  问题简述
335

13.3.3  前处理
336

13.3.4  加载及求解
339

13.3.5  后处理
340

13.4  房屋筏形基础
343

13.4.1  问题简述
343

13.4.2  前处理
344

13.4.3  恒载加载及求解
347

13.4.4  后处理
348

13.4.5  计算活荷载影响
350

13.4.6  后处理
351

13.5  本章小结
352

第14章  边坡问题实例分析
353

14.1  饱和度影响边坡稳定问题
353

14.1.1  边坡稳定问题
353

14.1.2  问题简述
354

14.1.3  前处理
354

14.1.4  加载及求解
359

14.1.5  后处理
363

14.2  挡土墙支护
367

14.2.1  挡土墙简介
368

14.2.2  问题简述
369

14.2.3  单元及材料定义
369

14.2.4  建模
370

14.2.5  加载及求解
375

14.2.6  后处理
376

14.3  本章小结
378

第15章  隧道及地下工程实例分析
379

15.1  地铁站台地震响应分析
379

15.1.1  相关知识
379

15.1.2  问题简述
380

15.1.3  前处理
381

15.1.4  加载及求解
386

15.1.5  一般后处理
388

15.1.6  时间历程后处理
390

15.2  暗挖隧道结构受力分析
392

15.2.1  关于暗挖法
392

15.2.2  问题简述
392

15.2.3  前处理
393

15.2.4  加载及求解
396

15.2.5  去除受拉弹簧单元再分析
400

15.3  明挖矩形截面隧道结构受力分析
403

15.3.1  关于明挖法
403

15.3.2  问题简述
403

15.3.3  前处理
404

15.3.4  加载及求解
407

15.3.5  查看结果并二次求解
408

15.3.6  后处理
409

15.4  山体隧道开挖
412

15.4.1  隧道开挖问题
412

15.4.2  问题简述
412

15.4.3  前处理
413

15.4.4  求解选项及边界条件设置
418

15.4.5  基于单元生死的开挖过程求解
420

15.4.6  后处理
424

15.5  本章小结
427

第16章  桥梁工程实例分析
428

16.1  钢桁架桥
428

16.1.1  问题简述
429

16.1.2  前处理
429

16.1.3  加载及求解
433

16.1.4  一般后处理
435

16.2  大跨度悬索桥
437

16.2.1  悬索桥背景简介
437

16.2.2  问题简述
438

16.2.3  单元及材料参数
439

16.2.4  建模
440

16.2.5  找形分析
444

16.2.6  施工过程模拟
446

16.2.7  悬索桥全结构静力分析
449

16.2.8  悬索桥地震动力响应
450

16.3  斜拉桥动力响应综合分析
452

16.3.1  斜拉桥背景知识
452

16.3.2  问题简述
453

16.3.3  单元及材料参数
454

16.3.4  建模过程
456

16.3.5  施加约束并初步求解
459

16.3.6  模态分析
460

16.3.7  地震动力响应分析
463

16.3.8  正常使用下动力响应
464

16.4  本章小结
468

第17章  大坝工程实例分析
469

17.1  大坝分类与特点
469

17.1.1  混凝土坝
469

17.1.2  土石坝
470

17.2  大坝静力分析
470

17.2.1  问题简述
470

17.2.2  前处理
471

17.2.3  静力加载及求解
472

17.2.4  后处理
473

17.3  重力坝地震动力响应分析
473

17.3.1  重力坝简介
473

17.3.2  问题简述
474

17.3.3  前处理
474

17.3.4  静力加载及求解
478

17.3.5  一般后处理
479

17.3.6  地震动力响应分析
481

17.4  本章小结
483

第18章  大跨度空间结构实例分析
484

18.1  膜结构
484

18.1.1  相关知识简介
484

18.1.2  问题简述
485

18.1.3  前处理
486

18.1.4  施加约束及荷载
487

18.1.5  找形分析
488

18.1.6  关于膜结构
490

18.2  单索结构
490

18.2.1  问题简述
491

18.2.2  单索问题的求解
491

18.3  索网结构
494

18.3.1  问题简述
494

18.3.2  索网找形与分析
495

18.4  空间刚架结构
499

18.4.1  问题简述
499

18.4.2  前处理
500

18.4.3  加载及求解
503

18.4.4  后处理
504

18.5  空间单层网壳
505

18.5.1  问题简述
505

18.5.2  参数设置
506

18.5.3  建模
506

18.5.4  特征屈曲分析
508

18.5.5  非线性分析
511

18.6  空间双层网壳
515

18.6.1  问题简述
515

18.6.2  单元及材料定义
516

18.6.3  建模
517

18.6.4  施加约束和荷载
519

18.6.5  一般后处理结果分析
520

18.7  本章小结
521

参考文献
522

编辑推荐

随着计算机科学与应用技术的发展，有限元理论日益完善，随之涌现了一大批比较成熟的通用和专业的有限元计算商业软件。ANSYS作为最著名的通用和有效的商用有限元软件之一，集结构、传热、流体、电磁、碰撞爆破分析于一体，具有强大的前后处理及计算分析能力，能够进行多场耦合，结构，热、流体·结构、电一磁等场的耦合处理求解。    自1996年落户中国以来，ANSYS以其强大的功能、可靠的质量、良好的市场，得到了中国CAE界的广泛认可和青睐，被应用于土木工程、机械制造、汽车工业、水利工程、航空航天、石油化工、生物医学等，为各行业的设计研究做出了重要贡献。    王伟编著的《ANSYS14.0土木工程有限元分析从入门到精通(附光盘)》以ANSYS14.0作为软件平台，介绍了ANSYS在土木工程应用中的相关理论基础、基本思路、操作步骤和应用技巧，并结合工程应用实例讲述了ANSYS具体工程应用方法。全书共18章。

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