ANSYS Autodyn 2023 非線性有限元分析從入門(mén)到工程實(shí)戰(zhàn)

本書(shū)以Ansys Autodyn 2023 R1 版本為例，對(duì)Ansys Autodyn 分析的基本思路、操作步驟、應(yīng)用技巧進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并結(jié)合典型工程應(yīng)用實(shí)例詳細(xì)講述了Ansys Autodyn 的具體工程應(yīng)用方法。
本書(shū)主要內(nèi)容包括：Autodyn 概述；Autodyn 操作入門(mén)；材料模型、材料庫(kù)以及定義材料；初始與邊界條件；零件、部件和組；零件間的連接、接觸以及爆炸；求解控制與輸出；顯示與后處理；專(zhuān)題實(shí)例。
本書(shū)內(nèi)容編排合理，實(shí)例豐富實(shí)用，與工程實(shí)際緊密結(jié)合，非常適合從事動(dòng)力分析相關(guān)行業(yè)的工程技術(shù)研發(fā)人員和科研人員使用，也可用作高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教材及參考書(shū)。

本書(shū)從內(nèi)容的策劃到實(shí)例的講解完全是由專(zhuān)業(yè)人士根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)以及自己的心得來(lái)進(jìn)行編寫(xiě)的，每一個(gè)實(shí)例都具有很強(qiáng)的針對(duì)性。讀者在學(xué)習(xí)本書(shū)之后，可以很快地學(xué)以致用，提高自己的工程設(shè)計(jì)能力。本書(shū)具有以下特點(diǎn)： 1．作者權(quán)威，內(nèi)容質(zhì)量高。本書(shū)作者是工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域多年從業(yè)者，同時(shí)編寫(xiě)過(guò)多本著作，具有豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)和圖書(shū)編寫(xiě)經(jīng)驗(yàn)，能夠有效保障圖書(shū)整體的內(nèi)容質(zhì)量。 2．圖解+例解+視頻，學(xué)習(xí)更輕松。本書(shū)采用實(shí)例引導(dǎo)+知識(shí)點(diǎn)撥的方式進(jìn)行講解，實(shí)操性強(qiáng)，同時(shí)采用大量圖片輔助說(shuō)明，圖文緊密結(jié)合，避免枯燥。此外，本書(shū)還配套二維碼視頻教學(xué)，學(xué)習(xí)更加高效。 3．循序漸進(jìn)，入門(mén)到進(jìn)階。在突出基礎(chǔ)應(yīng)用的同時(shí)，有針對(duì)性地講解一些相對(duì)深入的知識(shí)，滿足讀者深入學(xué)習(xí)相應(yīng)知識(shí)的需要。 4．源于實(shí)踐，用于實(shí)踐。本書(shū)實(shí)例均來(lái)源于工程實(shí)踐，大小案例貫穿全書(shū)。讀者在案例中學(xué)習(xí)具體設(shè)計(jì)思路和方法，同時(shí)舉一反三，將這些方法應(yīng)用于實(shí)際工程中。

有限元法作為數(shù)值計(jì)算方法中在工程分析領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的一種計(jì)算方法，自20 世紀(jì)中葉以來(lái)，以其獨(dú)有的計(jì)算優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，已出現(xiàn)了不同的有限元算法，并由此產(chǎn)生了一批非常成熟的通用和專(zhuān)業(yè)有限元商業(yè)軟件。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種工程軟件也得以廣泛應(yīng)用。
Ansys 軟件是美國(guó)Ansys 公司研制的大型通用有限元分析（FEA） 軟件，能夠進(jìn)行包括結(jié)構(gòu)、熱、聲、流體以及電磁場(chǎng)等學(xué)科的研究，在核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、交通、國(guó)防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)藥、輕工、地礦、水利、日用家電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。Ansys 功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單方便，現(xiàn)在已成為國(guó)際最流行的有限元分析軟件，在歷年FEA評(píng)比中都名列第一。
Autodyn 是美國(guó)Ansys 子公司Century Dynamics公司于1985年在硅谷開(kāi)發(fā)的非線性瞬態(tài)動(dòng)力分析數(shù)值模擬軟件，該軟件從開(kāi)發(fā)至今一直致力于軍工行業(yè)的研發(fā)。2005年1月該公司加盟Ansys 公司，現(xiàn)已融入Ansys 協(xié)同仿真平臺(tái)。1995年開(kāi)發(fā)出高精度 Euler-FCT、Euler-Godunov 求解器，專(zhuān)門(mén)用來(lái)模擬爆炸沖擊波的傳遞。2000年引入由歐洲航空局開(kāi)發(fā)的 SPH 求解器，專(zhuān)門(mén)用來(lái)模擬超高速條件下的接觸碰撞分析。目前在國(guó)際軍工行業(yè)占據(jù)80% 以上市場(chǎng)。
一、本書(shū)特色
·針對(duì)性強(qiáng)
本書(shū)作者根據(jù)自己多年的計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)初級(jí)用戶學(xué)習(xí)Autodyn 的難點(diǎn)和疑點(diǎn)由淺入深，全面細(xì)致地講解了Autodyn 在有限元分析，尤其是非線性分析應(yīng)用領(lǐng)域的各種功能和使用方法。
·實(shí)例經(jīng)典
本書(shū)中有很多實(shí)例本身就是工程分析項(xiàng)目案例，經(jīng)過(guò)作者精心提煉和改編，不僅保證了讀者能夠?qū)W好知識(shí)點(diǎn)，更重要的是能幫助讀者掌握實(shí)際的操作技能。
·提升技能
本書(shū)從全面提升Autodyn 分析能力的角度出發(fā)，結(jié)合大量的案例來(lái)講解如何利用Autodyn 進(jìn)行工程分析，真正讓讀者懂得計(jì)算機(jī)輔助工程分析并能夠獨(dú)立地完成各種工程項(xiàng)目。
·內(nèi)容全面
本書(shū)在有限的篇幅內(nèi)， 講解了Autodyn 的全部常用功能， 內(nèi)容涵蓋了Autodyn 分析的基本思路、操作步驟、應(yīng)用技巧等知識(shí)。讀者通過(guò)學(xué)習(xí)本書(shū)，可以較為全面地掌握Autodyn 相關(guān)知識(shí)。
二、本書(shū)資源與服務(wù)
1. 安裝軟件的獲取
按照本書(shū)上的實(shí)例進(jìn)行操作練習(xí)，以及使用Autodyn 進(jìn)行工程分析時(shí)，需要事先在計(jì)算機(jī)上安裝相應(yīng)的軟件。讀者可訪問(wèn)ANSYS 公司官方網(wǎng)站下載試用版，或到當(dāng)?shù)亟?jīng)銷(xiāo)商處購(gòu)買(mǎi)正版軟件。
2. 配套學(xué)習(xí)資源
除書(shū)面講解外，本書(shū)還配套了重點(diǎn)章節(jié)視頻講解，讀者可掃書(shū)中二維碼，邊學(xué)邊看，提高學(xué)習(xí)效率。此外，隨書(shū)附贈(zèng)了全書(shū)實(shí)例結(jié)果文件素材，讀者可掃下方二維碼下載實(shí)例文件，方便實(shí)踐。
本書(shū)由中國(guó)運(yùn)載火箭研究院的閆波、吳宏波和張耀磊三位高級(jí)工程師編寫(xiě)，其中閆波執(zhí)筆編寫(xiě)了第1、2、4、5、8、9、10章，張耀磊執(zhí)筆編寫(xiě)了第3章，吳宏波執(zhí)筆編寫(xiě)了第6、7、11章。胡仁喜、解江坤等也參加了部分編寫(xiě)工作。
由于時(shí)間倉(cāng)促，加之作者的水平有限，不足之處在所難免，懇請(qǐng)專(zhuān)家和廣大讀者不吝賜教。

編著者

第1章 Autodyn 概述 001
1.1 有限元法簡(jiǎn)介 002
1.1.1 有限元法基本思想 002
1.1.2 有限元常用術(shù)語(yǔ) 002
1.1.3 有限元分析步驟 003
1.2 Ansys 簡(jiǎn)介 004
1.2.1 Ansys 的發(fā)展歷史 005
1.2.2 Ansys 軟件功能 005
1.2.3 Ansys 應(yīng)用分析步驟 008
1.3 Autodyn 簡(jiǎn)介 010
1.3.1 Autodyn 的發(fā)展歷史 011
1.3.2 Autodyn 的功能與特點(diǎn) 011
1.3.3 Autodyn 的求解方法 015
1.3.4 Autodyn 分析基本步驟 018
1.3.5 Autodyn 的文件系統(tǒng) 023

第2章 Autodyn 操作入門(mén) 024
2.1 Autodyn 的啟動(dòng) 025
2.2 Autodyn 的用戶界面 027
2.2.1 下拉菜單 028
2.2.2 工具欄 029
2.2.3 導(dǎo)航欄 030
2.2.4 面板和對(duì)話框 030
2.2.5 視圖區(qū) 031
2.2.6 命令行面板 032
2.2.7 消息面板 033
2.3 文件操作 033
2.3.1 新建 034
2.3.2 保存為 036
2.3.3 保存為老版本 036
2.3.4 文件夾管理 037
2.3.5 輸出附屬文件 038
2.3.6 輸出VRML 文件 040
2.4 導(dǎo)入 041
2.4.1 從TureGrid 導(dǎo)入 041
2.4.2 從ICEM-CFD 導(dǎo)入 042
2.4.3 從LS-DYNA 導(dǎo)入 042
2.4.4 從MSC.Nastran BDF導(dǎo)入 044
2.4.5 轉(zhuǎn)化為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 045
2.5 設(shè)置 045
2.5.1 描述 046
2.5.2 對(duì)稱(chēng) 047
2.6 執(zhí)行 047
2.7 視圖 048
2.7.1 幻燈片設(shè)置 049
2.7.2 表現(xiàn)狀態(tài) 050
2.8 選項(xiàng) 050
2.8.1 交互性 050
2.8.2 切面 051
2.8.3 默認(rèn)設(shè)置 051
2.9 幫助 052

第3章 材料模型、材料庫(kù)以及定義材料 053
3.1 材料模型 054
3.1.1 狀態(tài)方程 054
3.1.2 強(qiáng)度模型 056
3.1.3 失效模型 057
3.1.4 侵蝕模型 058
3.2 Autodyn 材料庫(kù) 058
3.3 定義材料 059
3.3.1 新建、修改材料 060
3.3.2 加載、刪除材料 063
3.3.3 復(fù)制、保存材料 064
3.4 實(shí)例導(dǎo)航——鉭芯破片撞擊鋼板材料定義 065
3.4.1 問(wèn)題的描述 065
3.4.2 模型分析及算法選擇 065
3.4.3 創(chuàng)建Autodyn 分析模型 066
3.4.4 修改背景顏色 067
3.4.5 定義模型材料 067

第4章 初始與邊界條件 069
4.1 定義初始條件 070
4.1.1 新建初始條件 070
4.1.2 修改初始條件 071
4.1.3 刪除初始條件 072
4.2 定義邊界條件 072
4.2.1 新建邊界條件 073
4.2.2 修改邊界條件 073
4.2.3 刪除邊界條件 074
4.3 實(shí)例導(dǎo)航——鉭芯破片撞擊鋼板初始與邊界條件設(shè)置 074
4.3.1 定義初始條件 074
4.3.2 定義目標(biāo)靶夾緊邊界條件 075

第5章 零件、部件和組 076
5.1 定義零件 077
5.1.1 新建零件 078
5.1.2 復(fù)制零件 095
5.1.3 刪除零件 096
5.2 定義部件 096
5.2.1 新建部件 097
5.2.2 修改部件 098
5.2.3 刪除部件 099
5.3 定義組 099
5.3.1 新建組 101
5.3.2 重命名組 102
5.3.3 復(fù)制組 102
5.3.4 刪除組 103
5.4 實(shí)例導(dǎo)航——鉭芯破片撞擊鋼板創(chuàng)建模型 103
5.4.1 建立破片模型 103
5.4.2 創(chuàng)建目標(biāo)靶模型 106

第6章 零件間的連接、接觸以及爆炸 109
6.1 定義連接 110
6.1.1 連接零件 110
6.1.2 分離零件 111
6.1.3 矩陣方式連接零件 112
6.2 定義接觸 112
6.2.1 拉格朗日/ 拉格朗日接觸 118
6.2.2 歐拉/ 拉格朗日接觸 122
6.3 定義爆炸 127
6.3.1 定義二維爆炸 128
6.3.2 定義三維爆炸 131
6.4 實(shí)例導(dǎo)航——鉭芯破片撞擊鋼板接觸設(shè)置 134

第7章 求解控制與輸出 137
7.1 定義求解控制 138
7.1.1 終止標(biāo)準(zhǔn) 138
7.1.2 時(shí)間步選項(xiàng) 138
7.1.3 阻尼選項(xiàng) 140
7.1.4 求解器選項(xiàng) 141
7.1.5 全局邊界 141
7.1.6 SPH 邊界 142
7.1.7 重力 142
7.1.8 運(yùn)輸 142
7.1.9 全局侵蝕 143
7.2 定義輸出 143
7.2.1 中斷 143
7.2.2 刷新 144
7.2.3 保存 144
7.2.4 結(jié)果文件 145
7.2.5 歷程 146
7.2.6 截圖 148
7.2.7 打印 148
7.2.8 日志文件 149
7.2.9 調(diào)用EXEDIT 149
7.2.10 場(chǎng)輸出 149
7.3 實(shí)例導(dǎo)航——鉭芯破片撞擊鋼板求解 149
7.3.1 設(shè)置求解控制 149
7.3.2 設(shè)置輸出 149
7.3.3 開(kāi)始計(jì)算 150

第8章 顯示與后處理 152
8.1 定義顯示 153
8.1.1 選擇云圖變量 154
8.1.2 結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格視圖范圍和切片 154
8.1.3 SPH/ 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格視圖范圍和切片 155
8.2 顯示設(shè)置 155
8.2.1 顯示 156
8.2.2 網(wǎng)格 157
8.2.3 材料 158
8.2.4 云圖 159
8.2.5 速度矢量 162
8.2.6 高斯點(diǎn) 163
8.2.7 邊界 163
8.2.8 連接 164
8.2.9 坐標(biāo)軸 164
8.2.10 爆炸 165
8.3 歷程數(shù)據(jù)顯示 165
8.3.1 加載 166
8.3.2 減少 167
8.3.3 單變量顯示 167
8.3.4 多變量顯示 168
8.3.5 設(shè)置比例 170
8.3.6 設(shè)置顯示風(fēng)格 170
8.4 幻燈片制作與顯示 171
8.5 實(shí)例導(dǎo)航——鉭芯破片撞擊鋼板結(jié)果后處理 173
8.5.1 生成動(dòng)畫(huà) 174
8.5.2 查看不同時(shí)刻幻燈片 174
8.5.3 顯示云圖 176

第9章 撞擊問(wèn)題實(shí)例 178
9.1 穿甲彈斜侵徹陶瓷裝甲數(shù)值仿真 179
9.1.1 問(wèn)題的描述 179
9.1.2 模型分析及算法選擇 179
9.1.3 Autodyn 建模分析過(guò)程 179
9.2 碎片撞擊蜂窩夾層板數(shù)值仿真 194
9.2.1 問(wèn)題的描述 194
9.2.2 模型分析及算法選擇 195
9.2.3 建立蜂窩夾層板模型 195
9.2.4 蜂窩夾層板網(wǎng)格劃分 202
9.2.5 Autodyn 建模分析過(guò)程 213

第10章 聚能裝藥問(wèn)題實(shí)例 227
10.1 聚能裝藥簡(jiǎn)介 228
10.2 聚能射流侵徹鋼板數(shù)值仿真 229
10.2.1 問(wèn)題的描述 229
10.2.2 模型分析及算法選擇 230
10.2.3 Autodyn 建模分析過(guò)程 231
10.3 爆炸成型彈丸成型及侵徹?cái)?shù)值仿真 259
10.3.1 問(wèn)題的描述 260
10.3.2 模型分析及算法選擇 261
10.3.3 Autodyn 建模分析過(guò)程 261

第11章 爆炸沖擊問(wèn)題實(shí)例 283
11.1 爆炸沖擊波傳播過(guò)程數(shù)值仿真 284
11.1.1 問(wèn)題的描述 284
11.1.2 模型分析及算法選擇 285
11.1.3 Autodyn 建模分析過(guò)程 285
11.2 炸藥接觸爆炸沖擊混凝土結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真 294
11.2.1 問(wèn)題的描述 294
11.2.2 模型分析及算法選擇 295
11.2.3 Autodyn 建模分析過(guò)程 295