前     言

JohnSwanson在康奈尔大学获得硕士学位后，来到位于美国宾夕法尼亚洲匹兹堡的西屋（Westinghouse）宇航核实验室。而后担任结构设计部经理职位，负责由航天核推进局（SNPO）领导的NERVA（Nuclear Engine forRochet Vehicle Application，火箭飞行器用核引擎）项目研究。

1963年，JohnSwanson在加州大学Wilson博士原有的，有限元法热传导程序基础上，编写了用于火箭发动机零件应力分析的有限元程序STASYS（Structural AnalysisSystem）。

JohnSwanson博士后来说：“我看到了以计算机为工具，进行分析的需求。我发现人们用这些工具，可以改进产品的内在品质时，是多么的高兴。”

1969年，离开西屋公司后，JohnSwanson博士怀揣着1282美元创业资金，在临近匹兹堡的家中车库，成立了自己的公司Swanson Analysis System Inc（SASI）。JohnSwanson博士后来说：“离开西屋是因为我有一个梦想——为工程界开发集成的分析系统。”

1970年，SASI公司结合着STASYS程序，发布了商用软件ANSYS。而西屋也成为了它的第一个顾客。

ANSYS程序的第一个版本，仅提供热分析及线性结构分析功能。与当时的大多数程序一样，它只是一个批处理程序，需要用打孔器，在计算机输入卡上打洞写程序，为大型设备做一些原始的计算，且只能在巨型计算机上运行。

1994年，SASI公司被私募投资公司TAAssocites并购。重组后在当年底特律AUTOFACT94展会上，宣布了新的公司名称ANSYS。

1996年，ANSYS公司于NASDAQ上市，成为公开控股公司，结束了26年私人控股的历史。

2001年，ANSYS公司并购了ICEM CFDEngineering。

ANSYS公司从1997年起，经过5年的潜心开发，在2002年发布ANSYS7.0时，推出了新一代产品研发集成平台ANSYS Workbench Environment（AWE）的试用版。

这是ANSYS公司合并ICEMCFD后，采用其技术来改进ANSYS软件的一个重要里程碑。Workbench平台，是用ANSYS求解实际问题的全新仿真平台。它给ANSYS的求解，提供了强大的功能和更好的用户界面。通过一连串的并购，ANSYS Workbench平台整合了，世界几乎所有主流研发技术及数据，在保持多学科核心技术多样化的同时，建立统一的研发环境。逐步完善Workbench平台，也是ANSYS公司今后的重点发展方向。

2009年，发布ANSYS12.0版。在继承第一代Workbnch（Workbench1.0）的各种优势的基础上，发生了革命性的的变化，可视为第二代Workbench（Workbench2.0）。在该平台中，各组件通过Jscript、VBscript和HTML脚本语言组织，并编制适合自己的使用界面（GUI）。其最大的变化是，提供了全新的项目视图（Project Schematic View）功能。12.0版支持64位系统。Workbench2.0将整个仿真流程，更加紧密地结合在一起，通过简单的拖拽操作，即可完成复杂的多物理场分析功能。使得ANSYS在“仿真驱动设计（SimulationDrive Product Development SDPD）”方面，达到了前所未有的高度。

北京时间2013年12月4日，ANSYS（NASDAQ:ANSS）宣布推出其业界领先的工程仿真解决方案-ANSYS 15.0。其独特的新功能，为指导和优化产品设计带来了最优的方法。

ANSYS15.0在结构领域有重要的进展。包括：具有创新性的开发了全新的求解器，使计算性能大大提高。如子空间特征值求解器，可以加速计算结构分析中的特征模态和特征频率最大可达2.5倍。用户只要指定螺纹属性和圆柱面，就能用接触来进行螺纹建模，而不需要复杂的几何模型。可将多个有限元模型装配在一起，同时保留各个模型的设置细节。

ANSYS一直致力于提供业界领先的前处理功能，它可以自动的完成前处理方面的工作，同时，针对一些特别的应用，也保留了手动灵活控制前处理的功能。这些都得益于ANSYS完善的网格生成技术，这些技术确保用户可以从容地完成各种复杂工程应用的前处理。

ANSYS15.0在前处理自动化和稳健性方面做了很多改进，能帮助客户更加高效地执行仿真计算，遵循最佳实践，从而大幅提升工程设计决策的速度。ANSYS 15.0提供的增强功能包括：分部件网格并行生成引擎，可大幅缩短大型装配体的网格生成时间，最佳可到原网格划分时间的二十七分之一。即使存在多个体或者是多个几何扫略方向的复杂情况，ANSYS 15.0也能自动创建此类网格。

在即将发布的ANSYS16.0中，ANSYS公司还将推出一款，颇具创新性和突破性的产品AIM。AIM基于用户的需求开发，可在多物理场之间共享和传输数据，具有动态的指导功能，是面向专家和普通设计师的，一款单一用户界面的多物理场仿真工具。AIM与ANSYS16.0互不冲突、相互补充。并可能在2015年发布时，推出中文版。

全书共分为三十一章。其中前三章，是以尽量简单的形式介绍静力学分析、模态分析、热分析模块的基本操作过程，让读者在第一时间，了解常用模块的操作流程。

第一章、电梯框架静力学分析案例。介绍对商用电梯模型加载重力加速度荷载，分析其静态变形的案例。由于是第一个案例，在分析前介绍了一些软件初始设置的技巧。

第二章、CPU散热器热分析案例。对一个CPU散热器模型，加载传热系数荷载后，求解其温度分布的案例。

第三章、框架模态分析案例。分析一个金属框架的阵型和模态频率。其中插入了宏命令的使用技巧和一些后处理技巧。

掌握有限元技术的过程，是孤独而痛苦的，需要有外部助力，可借助象棋中的路数：“仙人指路”。

在本书的第四章到第八章，在简单介绍上述三个案例的基本操作后，插入约10万字的纯文字基础理论知识。

分别为第四章有限元单元法概述、第五章材料力学理论基础、第六章传热学，流体力学及热应力计算理论基础、第七章动力学分析基础知识和第八章接触问题等。

该部分内容几乎完全采用纯文字描述的方式，将以上理论，进行尽可能全面而深入的讲解，以帮助读者知其然且其所以然。

而后，主要以真实产品的工程案例为背景，全面详细介绍Mechanical模块的各主要功能，与在产品设计过程中，遇到的各种问题和解决方案的实践应用案例。在每个案例中，穿插多个软件使用技巧与笔者的实践经验。从第九章到第二十四章，共计十六个章节。

第九章、冷却塔设计优化案例。本案例通过使用静力分析模块与模态分析模块，对核电厂用冷却塔框架模型，进行静力分析和预应力模态分析计算，以获得结构在承受龙卷风极端工况下的响应。通过对结果的评判，发现了冷却塔结构的薄弱点，并进行针对性的结构加强和进一步数值分析验证。实现了用最小的结构增重代价，获得明显的加强效果。

本案例还介绍了静水压力荷载的施加方法、使用探针功能提取支座反力的功能和根据数值模拟结果，改进结构的思路等技巧。

第十章、空调响应谱分析案例。本案例以某出口空调的框架模型为例，进行响应谱分析，以简单计算结构的抗震性能。

案例中还介绍了，适用于适合观察模型内部情况的切片功能、选择被遮挡位置表面的技巧、选择过滤器的使用和方便实现数值模拟标准化，流水线化分析的，创建分析模板的方法等技巧。

第十一章、核电空调随机振动分析案例。本案例对某核电站用空调的框架模型，加载中国军用环境实验标准中，振动试验标准所规定的功率密度谱，来演示ANSYS WOKBENCH 15.0机械设模块中，随机振动分析模块的基本操作过程。

案例中还介绍了导入模型的另一种方法、抑制部分不需要参与计算的零件的方法和提取单个零件变形值的方法、压缩项目文件，以利于数据传递等技巧。

第十二章、风机桥架谐响应分析案例。本案例以某大型轴流风机桥架为模型，介绍谐响应分析的操作。案例中还介绍了插入质量点的设置，和与SoildWorks软件配合计算质量点惯性矩的技巧。并插入了使用弱弹簧和模态分析功能，检查模型尺寸与连接正确性的方法。

第十三章、网格无关解案例。有限元结果，一般是存在离散误差的，本案例以一个L形状模型进行简单的静力学分析，介绍了通过五种细化网格和一种定义结果收敛值，从而获得应力的网格无关解的方法。案例中还介绍了人体大脑的基本情况和如何能让大脑更高效工作的有关知识。

第十四章、发动机叶片周期扩展分析案例。本案例以英国劳斯莱斯公司，斯贝航空发动机，1级压气机叶片模型为例，进行静态力学分析，以简单介绍ANSYS WORKBENCH 15.0静力学分析模块的操作和使用。

本案例介绍了，适合对旋转对称部件简化分析时，使用圆周期扩展功能的操作方法和两种生成高分辨率截图的技巧。

第十五章、性能试验台子结构技术案例。以一个在建的风洞试验台模型的局部为例，介绍子结构功能的操作并对比了计算完整模型和子模型的计算时间和求解结果的对比。

第十六章、设计助手案例。介绍使用设计助手功能进行多工况结果叠加的操作技巧。DM模块生成点焊接触、添加随公式函数变化荷载的技巧。

第十七章、等强度梁优化设计分析案例。本案例使用SolidWork软件建立三维“等强度”梁模型，直接导入静力学分析模块和优化设计模块，对模型进行参数化优化设计，以获取在承受规定荷载作用下，实现最小结构重量及最小的变形量的尺寸方案。案例中还介绍了网格质量评定的方法和为了获取高质量网格而切分模型的几个基本思路等技巧。

第十八章、等强度梁形状优化分析案例。本案例以等强度梁模型为例，介绍WORKBENCH 15.0平台中形状模块的使用方法。案例中还介绍了在Solid Works软件中对模型进行分割操作的具体做法、加载倾斜方向荷载的方法和切片功能的使用等技巧。

第十九章、压力容器静力学分析案例。介绍压力行业专有的理论基础知识并结合我公司某压力容器产品模型介绍静力学分析下应力线性化评定过程。还介绍了两种提取模型任意断面结果平均值的技巧和设置材料物理属性的方法和切片功能的使用。

第二十章、压力容器弹-塑性分析案例。该案例介绍基于ASME Ⅷ-2《压力容器建造另一种规则》中，用于防止局部失效分析时采用的，“真实”应力-应变关系弹-塑性材料非线性直接法的一种简化应用。案例中还介绍了施加单值函数正弦规律变化的位移荷载等技巧。

第二十一章、钢结构立柱线性屈曲分析案例。本案例以某系列产品的钢结构立柱模型，对其进行线性屈曲分析，以计算受压时的稳定性，确定屈曲系数。案例中还介绍了输出结果动画的功能、提取单一零件结果的技巧和对模型进行压缩和隐藏的技巧等内容。

第二十二章、排气管道非线性屈曲分析案例。本案例采用电厂某辅机中，设备蒸汽分配管的简化模型，进行基于微小扰动的非线性屈曲分析，以计算在外压作用下，该结构承载力的极限值。案例中还介绍了利用FE模块和更新结果命令，提取模型变形前后重心值的技巧和利用FE模块，查看网格质量统计图的技巧等。

第二十三章、螺纹接触分析案例。本案例主要介绍ANSYS WORKBENCH 15.0中，采用简化的螺纹接触方法，分析带螺纹部件的新功能。案例中还介绍了设置环境光线效果、15.0版中部分的新功能、三种常见错误的解决方法、对模型等比例放大、解决求解结束后，CPU占用率仍然过高的问题、查找某零件包含的接触等内容。

第二十四章、热-结构耦合分析案例。本案例以文字模型为例建立三维模型，进行热-结构耦合分析，以简单介绍ANSYS WORKBENCH 15.0的耦合分析功能。

本书的第二十五章到第三十一章，是随着用户的基础理论知识与软件操作经验的逐步累积，与分析规模和分析内容的不断扩大与深入，也许现有的硬件平台不能再满足要求，需要升级硬件或购买全新计算机。正如古人云：“工欲善其事必先利其器”。为了帮助用户更好的将软件对计算性能的需求与硬件条件对接，专门编写了介绍高性能计算机硬件选配方法的内容。

这六个章节，主要介绍总价约在3000元到20万之间，用于中小规模分析用计算机的内存、CPU、硬盘、主板和GPU等硬件的运行机制和互相之间的合理搭配方法。其中也插入了一些专业硬件网站的硬件性能测试结果和笔者亲自进行的，不同计算规模和硬件条件下，ANSYS Workbench 15.0 Mechanical求解效率的性能测试数据。

在光盘中，针对用户在前处理过程中，会面临材料属性难求的问题。为了方便读者，笔者汇总了200余个牌号金属材料，不同温度下的线弹性物理属性汇总表。适合于常规的线性静力学、动力学、瞬态热分析等分析使用。

掌握任何一项高级技能的过程，都是孤独、艰辛而痛苦的。往往需要拥有一颗永不放弃的心，一个合理的学习未知领域知识的方法和超过10000小时的努力，作为幕后支撑。一个专业知识强大的专业人士的背后，必定蕴藏着强大的学习能力。

对于未知领域知识的学习，在初级阶段，在数量上的积累与翻阅各种资料，是最重要的。初级阶段，要用最快的速度，并且最大数量的翻阅全部资料。通过对量的积累，给自己找到一个方向的指引；当熟练到一定程度后，资料的质量与深度才更加重要。

在学习的早期阶段，需要熟悉与掌握软件的操作流程与步骤；中期需要广泛而深厚的基础理论知识支撑；后期需要对良好思路与技巧的锻炼以及开拓视野，站在巨人的肩膀上，俯瞰云端。这也是贯穿全书的指导思想。

学习过程中，要时刻对自己提问。我有什么资料、在哪里可以获得更多的资料、它们讲了些什么、我学到了什么、还缺乏什么、遇到问题如何去做，怎么做、先做什么，后做什么、哪些资料的哪些内容，可以解决相同或类似的问题、还可以有哪些解决方法等等。

希望读者放平心态、回归基本、坚定信念、不惧艰险、刻苦学习、不断练习、不怕失败，以在无数次失败的量变中，实现成功的质变。最终达到“资之深，则取之左右逢其源”。

本书全部由哈尔滨空调股份有限公司刘笑天编写。感谢哈尔滨空调股份有限公司前空调设计部部长刘晓部长（高级工程师）、中国机械工程学会机械工业自动化分会培训中心曹宏博副主任(博士)、长春装甲兵技术学院张洪才给予的指导和支持。此外，感谢中国仿真互动网（www.simwe.com）和广大网友。

由于本书涉猎面甚广，笔者水平有限、经验不足，本书可能存在许多缺陷和错误，恳请读者示教斧正，不胜感激。联系邮箱371968291@qq.com。读者交流QQ群，群名为“ansys工作站”，群号为：202154341。

 编  者