ANSYSWorkbench.0热力学分析实例演练

适读人群 ：CAE工程师 相关院校师生

★作者具有丰富的一线教学经验及工程实践经验，出版过多本畅销书。
★书中所有案例均经过作者的精挑细选，均为实际工作中常用且经常出错的典型案例。让读者的学习事半功倍。
★配套资源丰富。附赠网盘资料包括所有实例的素材文件和命令流代码。

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《ANSYS Workbench 17.0热力学分析实例演练》以ANSYS Workbench 17.0为操作平台，详细介绍了软件热力学相关的分析功能及应用。本书内容丰富，涉及领域范围广，使读者在掌握软件操作的同时，也能掌握解决相关工程领域实际问题的思路与方法，并能自如地解决本领域所出现的问题。
《ANSYS Workbench 17.0热力学分析实例演练》共分 3 篇，基础理论篇从有限元理论着手介绍了热力学分析的基础理论以及ANSYS Workbench平台的基础知识；项目范例篇以项目范例为指导，讲解在Workbench平台中进行的稳态热分析、非稳态热分析、热辐射分析等内容的理论计算公式与案例实际操作方法；高级应用篇作为传热分析的高级部分，讲解在Workbench平台中进行的相变分析、优化分析、热应力耦合分析、热流耦合分析、磁热耦合分析、电磁热耦合分析等内容。
《ANSYS Workbench 17.0热力学分析实例演练》工程实例丰富、讲解详尽，内容安排循序渐进、深入浅出，适合不同基础的读者。本书适合理工院校土木工程、机械工程、力学、电气工程等与热学分析有关专业的高年级本科生、研究生及教师使用，同时也可以作为相关工程技术人员从事工程研究的参考书。

基础理论篇
第1章 热力学分析的基础理论
1.1 传热学概述
1.1.1 传热的基本方式
1.1.2 传热过程
1.2 导热
1.2.1 基本概念及傅里叶定律
1.2.2 导热系数
1.2.3 导热微分方程式
1.2.4 导热的单值性条件
1.3 本章小结
第2章 几何建模
2.1 ANSYS Workbench 17.0平台及模块
2.1.1 Workbench平台界面
2.1.2 菜单栏
2.1.3 工具栏
2.1.4 工具箱
2.2 DesignModeler 17.0几何建模
2.2.1 DesignModeler几何建模平台
2.2.2 菜单栏
2.2.3 工具栏
2.2.4 常用命令栏
2.2.5 Tree Outline（模型树）
2.2.6 DesignModeler几何建模实例——连接板
2.2.7 ANSYS SpaceClaim同步几何建模实例——连接板
2.3 本章小结
第3章 网格划分
3.1 ANSYS Meshing 17.0网格划分
3.1.1 Meshing网格划分适用领域
3.1.2 Meshing网格划分方法
3.1.3 Meshing网格默认设置
3.1.4 Meshing网格尺寸设置
3.1.5 Meshing网格膨胀层设置
3.1.6 Meshing网格Patch Conforming选项
3.1.7 Meshing网格高级选项
3.1.8 Meshing网格损伤设置
3.1.9 Meshing网格评估统计
3.2 ANSYS Meshing网格划分实例
3.2.1 应用实例1——网格尺寸控制
3.2.2 应用实例2——扫掠网格划分
3.2.3 应用实例3——多区域网格划分
3.2.4 应用实例4——网格移动
3.3 本章小结
第4章 边界条件与后处理
4.1 ANSYS Workbench 17.0边界条件
4.2 ANSYS Mechanical 17.0后处理
4.2.1 查看结果
4.2.2 结果显示
4.2.3 温度结果显示
4.2.4 用户自定义输出结果
4.2.5 后处理结果（2）
4.3 案例分析
4.3.1 问题描述
4.3.2 启动Workbench并建立分析项目
4.3.3 导入创建几何体
4.3.4 添加材料库
4.3.5 添加模型材料属性
4.3.6 划分网格
4.3.7 施加载荷与约束
4.3.8 结果后处理
4.3.9 保存与退出
4.4 本章小结
项目范例篇
第5章 稳态热分析
5.1 稳态导热
5.2 平壁导热理论
5.3 稳态导热案例一——单层平壁导热
5.3.1 问题描述
5.3.2 解析方法计算
5.3.3 启动Workbench并建立分析项目
5.3.4 创建几何体模型
5.3.5 创建分析项目
5.3.6 划分网格
5.3.7 施加载荷与约束
5.3.8 结果后处理
5.3.9 保存与退出
5.4 稳态导热案例二——复合层平壁导热
5.4.1 问题描述
5.4.2 解析方法计算
5.4.3 启动Workbench并建立分析项目
5.4.4 创建几何体模型
5.4.5 创建分析项目
5.4.6 划分网格
5.4.7 施加载荷与约束
5.4.8 结果后处理
5.4.9 保存与退出
5.5 通过圆筒壁的导热
5.5.1 第一类边界条件
5.5.2 第三类边界条件
5.6 稳态导热案例三——复合层圆筒壁导热1
5.6.1 问题描述
5.6.2 解析方法计算
5.6.3 启动Workbench并建立分析项目
5.6.4 创建几何体模型
5.6.5 创建分析项目
5.6.6 划分网格
5.6.7 施加载荷与约束
5.6.8 结果后处理
5.6.9 保存与退出
5.7 稳态导热案例四——复合层圆筒壁导热2
5.7.1 问题描述
5.7.2 解析方法计算
5.7.3 启动Workbench并建立分析项目
5.7.4 创建几何体模型
5.7.5 创建分析项目
5.7.6 划分网格
5.7.7 施加载荷与约束
5.7.8 结果后处理
5.7.9 保存与退出
5.8 稳态热分析案例五——各向异性结构导热
5.8.1 案例介绍
5.8.2 启动Workbench并建立分析项目
5.8.3 创建几何体模型
5.8.4 创建分析项目
5.8.5 划分网格
5.8.6 施加载荷与约束
5.8.7 结果后处理
5.8.8 保存与退出
5.9 本章小结
第6章 非稳态导热分析
6.1 非稳态导热的基本概念
6.2 无限大平壁的瞬态导热
6.3 瞬态导热分析案例一——无限大平壁导热
6.3.1 问题描述
6.3.2 解析解法如下
6.3.3 启动Workbench并建立分析项目
6.3.4 创建几何体模型
6.3.5 创建分析项目
6.3.6 划分网格
6.3.7 施加载荷与约束
6.3.8 瞬态计算
6.3.9 保存与退出
6.4 瞬态导热分析案例二——热电偶节点散热仿真
6.4.1 问题描述
6.4.2 解析解法介绍
6.4.3 启动Workbench并建立分析项目
6.4.4 创建几何体模型
6.4.5 创建分析项目
6.4.6 划分网格
6.4.7 施加载荷与约束
6.4.8 结果后处理
6.4.9 保存与退出
6.5 瞬态导热分析案例三——圆柱筒导热
6.5.1 问题描述
6.5.2 解析解法介绍
6.5.3 启动Workbench并建立分析项目
6.5.4 创建几何体模型
6.5.5 创建分析项目
6.5.6 划分网格
6.5.7 施加载荷与约束
6.5.8 结果后处理
6.5.9 保存与退出
6.6 本章小结
第7章 非线性热分析
7.1 非线性热分析概述
7.2 非线性热分析案例——平板非线性热分析
7.2.1 案例描述
7.2.2 启动Workbench并建立分析项目
7.2.3 创建几何体模型
7.2.4 创建分析项目
7.2.5 划分网格
7.2.6 施加载荷与约束
7.2.7 结果后处理
7.2.8 保存与退出
7.3 本章小结
第8章 热辐射分析
8.1 基本概念
8.1.1 热辐射的本质和特点
8.1.2 吸收、反射和投射
8.2 热辐射案例——空心半球与平板的热辐射
8.2.1 案例介绍
8.2.2 启动Workbench并建立分析项目
8.2.3 定义材料参数
8.2.4 导入模型
8.2.5 划分网格
8.2.6 定义荷载
8.2.7 求解及后处理
8.2.8 保存并退出
8.3 本章小结
高级应用篇
第9章 相变分析
9.1 相变分析简介
9.1.1 相与相变
9.1.2 潜热与焓：
9.1.3 在ANSYS Worbench平台中相变分析的基本思路
9.2 相变分析案例——飞轮铸造模拟
9.2.1 问题描述
9.2.2 启动Workbench并建立分析项目
9.2.3 导入几何体模型
9.2.4 创建分析项目
9.2.5 保存与退出
9.3 本章小结
第10章 优化分析
10.1 优化分析简介
10.1.1 优化设计概述
10.1.2 Workbench结构优化分析简介
10.1.3 Workbench结构优化分析
10.2 优化分析案例——散热肋片优化
10.2.1 问题描述
10.2.2 启动Workbench并建立分析项目
10.2.3 创建几何体模型
10.2.4 创建分析项目
10.2.5 划分网格
10.2.6 施加载荷与约束
10.2.7 结果后处理
10.2.8 保存与退出
10.3 本章小结
第11章 热应力耦合分析
11.1 热应力概述
11.2 热应力基本理论
11.3 热应力案例一——瞬态热应力
11.3.1 热应力案例描述
11.3.2 启动Workbench并建立分析项目
11.3.3 创建几何体模型
11.3.4 材料设置
11.3.5 划分网格
11.3.6 施加载荷与约束
11.3.7 结果后处理
11.3.8 保存与退出
11.4 热应力案例二——热应力对结构模态影响
11.4.1 启动Workbench并建立分析项目
11.4.2 创建几何体模型
11.4.3 创建分析项目
11.4.4 划分网格
11.4.5 施加载荷与约束
11.4.6 结果后处理
11.4.7 启动Workbench并建立分析项目
11.4.8 创建几何体模型
11.4.9 创建分析项目
11.4.10 划分网格
11.4.11 施加载荷与约束
11.4.12 结果后处理
11.4.13 启动Workbench并建立分析项目
11.4.14 创建几何体模型
11.4.15 创建分析项目
11.4.16 划分网格
11.4.17 施加载荷与约束
11.5 热应力案例三——热疲劳
11.5.1 案例描述
11.5.2 启动Workbench并建立分析项目
11.5.3 创建几何体模型
11.5.4 材料设置
11.5.5 划分网格
11.5.6 施加载荷与约束
11.5.7 结果后处理
11.5.8 保存与退出
11.6 本章小结
第12章 热流耦合分析
12.1 流体动力学实例一——CFX流场分析
12.1.1 问题描述
12.1.2 启动Workbench并建立分析项目
12.1.3 创建几何体模型
12.1.4 网格划分
12.1.5 初始化及求解控制
12.1.6 流体计算
12.1.7 结果后处理
12.2 流体动力学实例二——Fluent流场分析
12.2.1 问题描述
12.2.2 软件启动与保存
12.2.3 导入几何数据文件
12.2.4 网格设置
12.2.5 进入Fluent平台
12.2.6 材料选择
12.2.7 设置几何属性
12.2.8 流体边界条件
12.2.9 求解器设置
12.2.10 结果后处理
12.2.11 POST后处理
12.3 流体动力学实例三——Icepak流场分析
12.3.1 问题描述
12.3.2 软件启动与保存
12.3.3 导入几何数据文件
12.3.4 添加Icepak模块
12.3.5 热源设置
12.3.6 求解分析
12.3.7 POST后处理
12.3.8 静态力学分析
12.4 本章小结
第13章 磁热耦合分析
13.1 磁热耦合概述
13.2 磁热耦合案例
13.2.1 问题描述
13.2.2 软件启动与保存
13.2.3 建立电磁分析
13.2.4 几何模型建立
13.2.5 求解域的设置
13.2.6 创建并赋材料
13.2.7 添加激励
13.2.8 分析步创建
13.2.9 模型检查与计算
13.2.10 后处理
13.2.11 创建几何数据共享
13.3 本章小结
第14章 电磁热流耦合分析
14.1 电磁热流耦合概述
14.2 电磁热流耦合案例
14.2.1 问题描述
14.2.2 软件启动与保存
14.2.3 建立电磁分析
14.2.4 几何模型建立
14.2.5 求解域的设置
14.2.6 创建并赋材料
14.2.7 添加激励
14.2.8 分析步创建
14.2.9 模型检查与计算
14.2.10 后处理
14.2.11 创建几何数据共享
14.3 本章小结
附录A 常用材料的热物性表
附录B 空气热物性参数
参考文献

ANSYS 公司的ANSYS Workbench作为多物理场及优化分析平台，将在流体市场占据份额较大的两家公司FLUENT及CFX软件集成起来，同时也将电磁行业分析标准的ANSOFT系列软件集成到其平台中，并且提供了软件之间的数据耦合，给用户带来了巨大的便利。
ANSYS Workbench 17.0提供了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，使ANSYS在“仿真驱动产品设计”（Simulation Driven Product Development，SDPD）方面达到了前所未有的高度，同时ANSYS Workbench 17.0具有强大的结构、流体、热、电磁及其相互耦合分析功能，除此之外，自从ANSYS 17.0开始，Workbench平台中的分析界面进行了统一化改进，形成了ANSYS AIM分析环境。
1．本书特点
《ANSYS Workbench 17.0热力学分析实例演练》以初、中级读者为对象，首先从有限元基本原理及ANSYS Workbench使用基础讲起，再辅以ANSYS Workbench在工程中的应用案例，帮助读者尽快掌握使用ANSYS Workbench进行有限元分析的技能。
《ANSYS Workbench 17.0热力学分析实例演练》不仅仅是对软件操作过程的详细讲解，还通过理论与实际操作相结合的方式帮助读者加深对有限元方法的理解。
《ANSYS Workbench 17.0热力学分析实例演练》作者结合多年ANSYS Workbench使用经验与实际工程应用案例，将ANSYS Workbench软件的使用方法与技巧详细地讲解给读者。本书在讲解过程中步骤详尽、内容新颖，讲解过程辅以相应的图片，使读者在阅读时一目了然，从而快速掌握书中所讲内容。
书中的案例是基于作者多年来对热力学有限元分析方法及热学相关理论的深入理解编制而成的；书中的多数案例均给出了解析计算的方法并与有限元算法计算的结果进行了对比。
2．本书内容
《ANSYS Workbench 17.0热力学分析实例演练》在必要的理论概述基础上，通过大量典型案例对ANSYS Workbench分析平台中的模块进行了详细介绍，并结合实际工程与生活中的常见问题进行详细讲解。全书共分为基础理论篇、项目范例篇、高级应用篇3部分内容，具体安排如下。
基础理论篇介绍了有限元理论和ANSYS Workbench平台常用命令、几何建模与导入方法、网格划分及网格质量评价方法、结果的后处理操作等方面的内容，本篇包括以下4个章节的内容。
第1章：热力学分析的基础理论第2章：几何建模
第3章：网格划分第4章：边界条件与后处理
项目范例篇介绍了ANSYS Workbench平台结构基础分析内容，包括稳态热分析、非稳态热分析、热辐射分析等4个方面的内容，本篇包括以下4个章节的内容。
第5章：稳态热分析第6章：非稳态导热分析
第7章：非线性热分析第8章：热辐射分析
高级应用篇介绍了ANSYS Workbench平台结构进阶分析功能，主要包括热应力分析、热流分析、热学优化分析等内容，本篇包括以下4个章节的内容。
第9章：相变分析第10章：优化分析
第11章：热应力耦合分析第12章：热流耦合分析
第13章：磁热耦合分析第14章：电磁热流耦合分析
3．附赠网盘内容（详见封底说明）
附赠网盘主要包括案例模型与案例的操作文档，其中案例的模型文件与案例工程文件同放于相关章节的目录中，以方便读者查询。
例如：第5章的第二个操作实例“稳态导热案例二——复合层平壁导热”的几何文件和工程项目管理文件放置在“Char05\char05-2\”路径的文件夹下。
4．读者对象
《ANSYS Workbench 17.0热力学分析实例演练》适合于ANSYS Workbench初学者和期望提高热力学有限元分析及建模仿真工程应用能力的读者，具体包括：
? 相关从业人员? 初学ANSYS Workbench的技术人员
? 大中专院校的教师和在校生? 相关培训机构的教师和学员
? 参加工作实习的“菜鸟”? ANSYS Workbench爱好者
? 广大科研工作人员? 初、中级ANSYS Workbench从业人员
注：其中电磁分析模块（Maxwell）需要读者单独安装，另外本书中部分章节的内容需要安装接口程序。建议使用ANSYS Workbench 17.0及以上平台学习本教程。
5．读者服务
为了方便解决本书疑难问题，读者在学习过程中遇到与本书有关的技术问题，编者会尽快给予 解答。
6．本书作者
《ANSYS Workbench 17.0热力学分析实例演练》由CAE应用联盟组编，主要由刘成柱编写，另外丁金滨、张建伟、丁伟、刘浩、王芳、韩希强、张岩、唐家鹏、石良臣、王菁、郭海霞、李昕、沈再阳、林金宝、高飞、宋玉旺、张文电、张亮亮、于苍海和孙国强也参与了本书的编写工作，在此一并表示感谢。
ANSYS本身是庞大一个资源库与知识库，本书虽然卷帙浩繁，仍难窥其全貌，加之编者水平有限，书中错误与缺点在所难免，敬请广大读者批评指正，也欢迎广大同行来电来信共同交流探讨。
最后再次希望本书能为读者的学习和工作提供帮助！