ANSYS Products有限元软件及其在水利水电工程中仿真应用/普通高等教育“十二五”规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

龚成勇，李琪飞 著

图书标签:

• ANSYS
• 有限元
• 水利水电
• 仿真
• 工程
• 高等教育
• 规划教材
• 数值分析
• 结构力学
• 计算流体力学

出版社： 中国水利水电出版社

ISBN：9787517026693

版次：1

商品编码：11662431

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十二五”规划教材

开本：16开

出版时间：2014-12-01

用纸：胶版纸

页数：579

字数：930000

正文语种：中文

内容简介

　　高速发展的计算机科学、先进的设计方法和精细的数值仿真为现代水利水电工程精细化设计提供了重要解决方案，为传统方法提供了有力补充。ANSYSProducts有限元软件在水利水电工程的应用和研究中所起的作用越来越重要。
　　《ANSYS Products有限元软件及其在水利水电工程中仿真应用/普通高等教育“十二五”规划教材》介绍到的专业基础包括：结构分析基础、水力学及其计算流体力学、热力学、岩土力学、水工建筑物、钢结构、渗流力学、旋转机械、工程施工、建模方法、数值计算方法与有限元仿真技术等。
　　《ANSYS Products有限元软件及其在水利水电工程中仿真应用/普通高等教育“十二五”规划教材》中主要模拟研究对象包括：水工地质及边坡工程、水利枢纽重要建筑物（重力坝、土石坝和拱坝）、水电站建筑物和机组及其输水建筑物或结构（水轮机组流道、输水结构、水工隧洞、渡槽、尾水流道）、泄水及其消能建筑物（泄水构筑物、取水结构、消力池）、水工钢结构（厂房网架、钢闸门、压力钢管）等；成果主要集中在水工水力学流场分析、结构有限元分析、热力学分析、流一固耦合有限元和热一固耦合核心问题上。
　　《ANSYS Products有限元软件及其在水利水电工程中仿真应用/普通高等教育“十二五”规划教材》可以作为水利专业的研究生和本科生教材，也适用于ANSYSProducts软件的使用者以及水利工程相关领域科研人员、设计人员和工程管理人员用作参考书，还可以作为工程技术人员的学习材料。

目录

第1章 水利水电工程模拟仿真基础
1.1 水利水电工程数学模型基础
1.2 水利水电工程模型的特点
1.3 水利水电工程建模的思维导向和原则
1.3.1 水利水电工程建模的思维导向
1.3.2 水利水电工程建模遵循的原则
1.4 建立水利水电工程模型的一般步骤和建模方法
1.4.1 建立水利水电工程模型的一般步骤
1.4.2 水利水电工程模型建模方法
1.5 水利水电工程数值模拟复杂度简介
1.6 水利水电工程几何建模的经验
1.6.1 建模过程中要养成好习惯
1.6.2 掌握几种几何建模平台
1.6.3 养成坚持不放弃的精神
1.6.4 建模实践过程中要总结建模方法
1.7 水利水电工程仿真模型选择的建议
1.8 水利水电工程仿真建模实例
1.8.1 选择建模思维导向
1.8.2 分析研究目的
1.8.3 分析模型主要因素
1.8.4 编制建模整体框架’
1.8.5 泥石流运动机理子系统研究
1.8.6 推导控制方程和定解条件
1.9 有限元方法简介
1.9.1 有限元基本理论简介
1.9.2 水利工程中的有限元分析建议
1.1 0ANSYS Products简介
1.1 0.1 经典ANSYs简介
1.1 0.2 ANSYS Workbenchl2.1 简介
1.1 0.3 ANSYS ICEM简介
1.1 0.4 ANSYS CFX简介
1.1 0.5 A.NSYs F1uent简介

第2章 水工结构中的常用结构单元模拟
2.1 水工二维结构模拟
2.1.1 梁单元BEAM3简介
2.1.2 分析实例概述
2.1.3 ANSYS的分析二维梁结构
2.2 水工三维框架梁结构仿真
2.2.1 梁单元BEAMl88简介
2.2.2 分析对象简述
2.2.3 ANSYS的分析框架梁结构
2.3 水工三维壳体结构仿真单元SHELL，63
2.3.1 壳体单元sHEu，63简介
2.3.2 分析实例概述
2.3.3 ANSYS分析壳体结构

第3章 基于AN-SYS及ANSYS Workbench平台水工钢结构仿真
3.1 水利工程中桁架模态仿真分析
3.1.1 桁架结构简介
3.1.2 模态分析基础
3.1.3 分析实例概述
3.1.4 基于ANSYs Workbench模态仿真实现过程
3.1.5 基于ANSYS平台桁架模态仿真实现过程
3.2 水工弧形闸门有限元分析
3.2.1 水库弧形闸门基础
3.2.2 分析对象简介
3.2.3 基于ANsYs Workbench平台闸门静力学分析
3.2.4 基于ANSYS和ANSYS workbench平台弧形闸门瞬态响应分析模拟
3.3 引水式水电站有压引水系统动态仿真
3.3.1 有压引水系统、调压室（井）及其压力钢管简介
3.3.2 流固耦合仿真简介
3.3.3 分析对象简介
……

第4章 水工地质及边坡工程数值模拟
第5章 水工隧洞施工及运行的ANSYS模拟
第6章 重力坝的施工及运行ANSYS模拟
第7章 基于ANSYS重力坝的弹性模拟仿真
第8章 ANSYS平台下重力坝模态响应分析及其抗震性能模拟
第9章 汛期重力坝泄水过程与结构稳定校核仿真
第10章 基于ANSYS Workbench/CFX平台渡槽结构仿真及其耦合分析
第11章 基于ANSYS CFX平台带消能池的多股消能数值模拟分析
第12章 水轮机整机全流道CFD计算仿真
第13章 基于ANSYS Fluent平台下尾水管内流场仿真分析
第14章 混凝土拱坝热固耦合仿真分析
第15章 基于ANSYS Workbench和CFX平台水电站厂房通风仿真
第16章 基于ANSYS经典平台模拟地下水渗流仿真
第17章 坝后式水电站输水系统基于双向流固耦合的分析模拟
第18章 水电站建筑结构综合仿真分析
第19章 ANSYS在水里水电工程上的二次开发及应用
参考文献

精彩书摘

　　4。多学科交渗透系统性
　　水利水电工程模型的本质就是描述水利工程本身的系统规律、状态，揭示水利工程学科发展结构、工程功能和发展规律，说明水利工程的发展趋势，模拟水利工程运行机制。由于水利水电工程涉及的学科比较多，约束的物理边界比较复杂，因此该学科在理论层面的数学规律比较多，存在很大的差异性，且又归于一个完整的系统状态，建立模型的过程就应该全面考虑，采用分解与合并两种手段，将多学科交渗透系统问题进行合理、科学的简化，创建具有目的各异、形式多样的模型。主要表现在3个方面：
　　（1）从不同的学科层面上认识问题、剖析问题以及最终解决问题，更好地揭示水利水电工程内在发展机制和变化演变规律。
　　（2）利用各种可靠的工具和方法建立各种模型，以达到研究水利水电工程本质的目的。
　　（3）水利水电工程模型综合研究的功能。如果将水利水电工程看成一个系统工程，该系统由多个复杂的子系统构成，多要素、多参数在多尺度、多时空相互作用构成的复杂功能系统，在此基础上建立的模型决定了模型的综合应用的功能。科学研究表明越是复杂的系统，越要发挥模型的优势作用，只有通过模型的合理建立、应用、修正，才能更好地理解、认识和解决好综合性的问题。实际上这个过程就是利用多学科的渗透交叉的方法去研究水利水电工程系统。
　　5．模型专用性
　　水利水电工程模型建立过程是对其抽象简化的过程，模型的基本特征是由其研究目的决定的。水利工程本身研究领域比较广泛，从材料介质上包含多种材料：从力学性能上分为线性，非线性；从材料构成上为混凝土、岩石和土体等；从化学成分上分为金属和非金属；从存在形态上分为气体、流体和固体；从研究的假定上分为连续介质和多孔介质等；研究领域包含各种力学、地质地貌学、岩土工程、流体传动、能量传动传递、水文、气候等，甚至各个学科之间作用影响、相互交叉，所以针对不同的研究目的，模型也是不同的，有自身的功能目的性。例如同是坡面降雨，若研究汇流问题，主要考虑水量而建立汇流模型；若研究降雨对坡面的打击作用，将建立雨水对土体的侵蚀作用模型。再如对水电站而言，若研究机组内水与机组之间的问题，主要建立流体流动与机组过流部件之间的作用耦合关系模型；若研究蜗壳周边的混凝土破坏问题，则主要建立的模型是动水压力作用下混凝土破坏机理模型。
　　1．3水利水电工程建模的思维导向和原则
　　随着社会的发展，解决工程问题的方法、计算机软硬件、数学方法等手段的不断革新，加之水利水电工程学科的发展应用，都会对水利水电工程模型有深远的推动作用。但是，模型的准确性和应用的成效性在一定程度上取决于建模人员对水利水电工程学科的认识深度和概括能力，而这一切均表现出建模人员的建模思维导向和原则。
　　1．3．1水利水电工程建模的思维导向
　　建模的导向归纳起来有3种，即：问题导向思维模式、模式导向思维模式和方法导向思维模式。
　　……

前言/序言

《工程仿真与设计：理论、方法与实践》 图书简介 本书是一部系统阐述工程仿真与设计理论、方法及其实践的专著，旨在为高等院校相关专业师生、工程技术人员以及对工程仿真领域感兴趣的读者提供一份全面而深入的参考。本书紧密结合现代工程设计的需求，将理论研究与实际应用相结合，着重介绍工程仿真的核心概念、关键技术、常用软件工具及其在不同工程领域的应用案例。 第一部分：工程仿真的基础理论 本部分首先对工程仿真的基本概念进行界定，阐述其在现代工程设计流程中的重要地位和作用。我们将深入探讨仿真的基本原理，包括离散化技术（如有限元法、有限差分法、边界元法等），以及这些方法如何将连续的物理问题转化为可计算的数学模型。 第一章：工程仿真概述 什么是工程仿真？仿真在工程设计中的价值与意义。 仿真与物理试验的关系，仿真如何弥补试验的不足。 仿真技术的发展历程与趋势。 工程仿真的基本流程：建模、分析、后处理与优化。 不同领域工程仿真的特点与挑战。 第二章：数值离散化方法 有限元法 (FEM)： 基本思想：将复杂几何区域划分为离散单元。 单元类型：点、线、面、体单元，形状函数。 弱形式与变分原理。 刚度矩阵、载荷向量的建立。 方程组的组建与求解。 在固体力学、热传导、流体力学等领域的应用基础。 有限差分法 (FDM)： 基本思想：用差商代替导数。 网格划分与节点。 差分格式的构造（前向、后向、中心差分）。 离散方程的建立与求解。 在偏微分方程求解中的优势与局限性。 边界元法 (BEM)： 基本思想：仅在边界上离散，减少计算维度。 积分方程的建立。 在无限域问题、声学、电磁学等领域的应用。 其他数值方法简介：如光滑粒子动力学 (SPH)、离散元法 (DEM) 等，及其适用场景。 第三章：仿真模型的建立与预处理 几何建模： CAD软件在几何建模中的作用。 从CAD模型导入与清理：网格修复、曲面拼接、删除无关特征。 参数化建模与设计变量。 材料建模： 材料属性的定义：线性弹性、非线性材料、各向异性材料。 本构关系：胡克定律、塑性、损伤、蠕变模型。 材料库的使用与自定义。 网格生成 (Meshing)： 网格的质量对仿真结果的影响。 网格划分策略：映射网格、扫掠网格、自由网格。 网格尺寸、类型（四面体、六面体、三角形、四边形）的选择。 网格细化与自适应网格。 载荷与边界条件施加： 力的施加：集中力、分布载荷、压力。 位移约束与固定边界。 温度、热流、对流边界条件。 对称性边界条件的应用。 第二部分：工程仿真分析方法与技术 本部分将深入探讨不同类型的工程仿真分析方法，包括静态分析、动态分析、非线性分析、热分析、流体分析、电磁分析等，并介绍在实际工程中常用的高级仿真技术。 第四章：结构力学仿真 静态结构分析： 应力、应变、位移的计算。 危险点识别与失效模式分析。 许用应力与安全系数。 模态分析： 固有频率与振型。 共振现象的预测与避免。 结构动力响应的初步评估。 瞬态结构分析： 随时间变化的载荷与响应。 冲击、碰撞、爆炸等动态事件的模拟。 屈曲与后屈曲分析： 结构失稳的临界载荷。 非线性几何效应的考虑。 疲劳分析： 循环载荷下的寿命预测。 S-N曲线与应力幅。 第五章：热分析 稳态热分析： 温度分布与热流密度。 热桥与散热问题。 瞬态热分析： 温度随时间的变化。 加热与冷却过程的模拟。 热应力耦合分析： 温度变化引起的结构变形与应力。 在高温设备、电子产品散热等领域的应用。 第六章：流体动力学 (CFD) 仿真 流体流动基本方程：Navier-Stokes方程，质量守恒方程。 湍流模型：RANS (Reynolds-averaged Navier-Stokes)，LES (Large Eddy Simulation)，DNS (Direct Numerical Simulation)。 流动现象分析：层流、湍流、分离流、周期性流动。 传热与传质：共轭传热、对流传热、辐射传热。 多相流与相变：液滴、气泡、多相混合物的模拟。 边界层与流动阻力：空气动力学、水动力学应用。 CFD在水利、航空航天、汽车、建筑环境等领域的应用。 第七章：非线性分析 几何非线性：大变形、材料软化/硬化引起的刚度变化。 材料非线性：塑性、损伤、超弹性、蠕变等。 接触非线性：多体接触、摩擦、间隙。 数值求解策略：增量法、Newton-Raphson法、Arc-Length法。 实际应用：塑性成形、碰撞、复杂结构承载能力分析。 第八章：电磁场仿真 电磁场基本理论：麦克斯韦方程组。 静电场与静磁场分析。 电磁波传播与辐射。 瞬态电磁场分析。 电磁兼容性 (EMC) 与电磁干扰 (EMI)。 在电机、天线、传感器、高压输电等领域的应用。 第九章：多物理场耦合仿真 耦合分析的必要性：真实工程问题往往涉及多个物理场的相互作用。 常见的耦合类型： 流固耦合 (FSI)：流体载荷对结构的影响，结构变形对流场的影响。 热固耦合：温度变化引起的结构应力。 流热耦合：流体流动与热量传递。 电磁热耦合：电磁损耗产生的热效应。 耦合策略：单向耦合、双向耦合、弱耦合、强耦合。 在航空器设计、桥梁抗风、电子设备散热、医疗器械等领域的应用。 第三部分：工程仿真软件与实践应用 本部分将介绍当前主流的工程仿真软件，并结合具体的工程案例，展示仿真技术在解决实际工程问题中的强大能力。 第十章：主流工程仿真软件介绍 通用有限元分析软件：例如，ABAQUS、ANSYS Workbench、COMSOL Multiphysics。 软件架构、功能模块、求解器类型。 用户界面与操作流程。 专业领域仿真软件： CFD软件：例如，ANSYS Fluent、OpenFOAM、STAR-CCM+。 电磁仿真软件：例如，ANSYS HFSS、CST Studio Suite。 特定工程软件：简要介绍与特定工程领域相关的仿真工具。 软件选择原则与评估标准。 第十一章：工程仿真在水利工程中的应用 大坝结构安全分析：静力分析、动力分析、地震响应模拟。 水工建筑物受力分析：闸门、溢洪道、引水隧洞等。 水流模拟与泥沙输移：河流、水库、河口湾的流态分析，冲刷与淤积预测。 水土保持与环境影响评估：水体富营养化模拟，污染物扩散分析。 水轮机与泵的流体动力学分析。 水库溃坝与洪水演进模拟。 复杂水力机械设备的流固耦合分析。 第十二章：工程仿真在水电工程中的应用 水轮发电机组结构强度与动力特性分析：叶轮、转子、定子等部件。 水轮机空化与振动分析。 发电机电磁场与热场耦合分析。 厂房结构整体动力响应分析。 尾水渠流态与消能分析。 输水系统（管道、压力钢管）的流固耦合与热应力分析。 水电站运行过程中的瞬态工况模拟。 第十三章：工程仿真在其他工程领域的应用案例 航空航天工程：气动弹性分析、结构强度与刚度、热防护系统。 汽车工程：碰撞安全分析、空气动力学优化、NVH (噪声、振动、声振粗糙度) 分析。 机械工程：零部件强度校核、疲劳寿命预测、机构运动仿真。 土木工程：桥梁、高层建筑、隧道等的结构分析与抗震设计。 生物医学工程：生物力学分析（骨骼、血管）、药物输运模拟。 电子工程：PCB板的电磁兼容性分析、散热设计。 第十四章：仿真结果的验证、确认与优化 仿真结果的验证 (Verification)：检查求解器是否正确实现数学模型。 仿真结果的确认 (Validation)：将仿真结果与物理试验数据进行对比，评估模型的准确性。 误差分析与不确定性评估：网格收敛性研究、参数敏感性分析。 仿真驱动的优化设计：参数化扫描、优化算法（如遗传算法、响应面法）的应用。 构建高效的仿真流程。 结论 本书力求为读者提供一个系统、深入的工程仿真知识体系。通过理论讲解、方法介绍和案例分析，帮助读者理解工程仿真的核心原理，掌握常用的仿真技术，并能够熟练运用仿真工具解决实际工程问题。随着科技的不断发展，工程仿真将在未来工程设计与创新中扮演越来越重要的角色。本书的出版，希望能为推动我国工程仿真技术的发展和应用贡献一份力量。

评分☆☆☆☆☆

评价四： 我对手册的物理品质印象深刻，它给我一种扎实可靠的感觉，与ANSYS软件本身严谨的设计理念相符。我特别感兴趣的是这本书如何在有限元理论的基础上，详细阐述ANSYS软件在水利水电工程中的具体应用。要知道，水利水电工程往往涉及巨大的水体、复杂的地质条件以及各种荷载的耦合作用，这些都对仿真分析提出了极高的要求。我非常期待书中能够清晰地勾勒出ANSYS在处理这些难题时的核心思路和技术路径。例如，在进行大坝安全评估时，ANSYS是如何帮助工程师理解应力分布、变形规律以及潜在的破坏模式的？在模拟水电站内部流体流动时，ANSYS又提供了哪些先进的湍流模型和网格划分技术？书中对于这些关键技术细节的阐述，将直接影响我对其专业性的判断。我希望这本书能提供切实可行的指导，让我能够将ANSYS软件的强大功能转化为解决实际工程问题的能力，从而在我的职业生涯中扮演更重要的角色。

评分☆☆☆☆☆

评价三： 拿到这本《ANSYS Products有限元软件及其在水利水电工程中仿真应用》后，我最大的感受是它的“厚重感”，不仅体现在物理上的重量，更在于其内容的深度和广度。我特别关注的是书中关于“水利水电工程”的特有应用部分。我知道ANSYS是一个非常强大的通用有限元分析软件，但将其具体应用到水利水电这一高度专业化的领域，需要有针对性的讲解和案例。我希望书中能够详细介绍ANSYS在解决水利水电工程中特有的复杂问题，比如非常规的水流耦合作用、高水头下的结构应力分析、极端气候条件下的结构耐久性评估等方面的应用。这本书作为“普通高等教育‘十二五’规划教材”，我想它必然会遵循科学的教学规律，从基础概念入手，逐步深入到复杂应用。我期待书中能够提供清晰的逻辑脉络，让初学者能够循序渐进地掌握ANSYS软件的使用，同时也让有一定基础的读者能够从中获得更深入的理解和启发。我希望通过阅读这本书，能够真正掌握用ANSYS软件来模拟和预测复杂水利水电工程项目中的各种物理现象，从而为工程设计和安全评估提供有力的技术支撑。

评分☆☆☆☆☆

评价五： 这本书的出版，对于所有希望深入了解ANSYS软件在水利水电工程领域应用的人来说，无疑是一份宝贵的资源。我迫不及待地翻阅了目录，看到了关于结构分析、流体动力学以及多物理场耦合等章节，这些都是我在工作中经常会遇到的技术难点。我尤其关注的是书中对“仿真应用”的侧重点。我想，一本优秀的教材不仅仅是罗列软件的功能，更重要的是教会读者如何运用这些功能去解决实际问题。我期待书中能够提供详实的案例分析，最好能涵盖从前处理到后处理的完整流程，让读者能够清晰地看到ANSYS软件是如何一步步构建仿真模型，并最终得出有价值的工程结论的。例如，在进行水轮发电机组的性能分析时，ANSYS是如何模拟复杂的流固耦合效应的？在评估水工建筑物的水动力载荷时，ANSYS又能提供哪些精确的计算方法？我相信，通过这本书的学习，我能够更好地理解ANSYS软件的强大之处，并将其灵活地应用于解决我所面临的实际工程挑战，从而提升工作效率和工程质量。

评分☆☆☆☆☆

评价一： 初拿到这本书，我便被其厚重的分量所吸引。翻开扉页，精炼的标题“ANSYS Products有限元软件及其在水利水电工程中仿真应用”赫然醒目，字里行间透露出专业与严谨。这本书不仅是一本教材，更像是打开了通往复杂工程世界的一扇窗。我尤其关注它在实际工程应用上的阐述，毕竟理论与实践的结合是学习的最终目的。在水利水电工程领域，ANSYS软件的应用无疑是前沿且至关重要的。从大坝的安全稳定性分析，到水轮发电机组的流体力学模拟，再到水工建筑物的水文水力计算，每一个环节都离不开强大的仿真工具。我期待这本书能够深入浅出地讲解ANSYS软件在这些关键领域的应用方法，提供清晰的操作步骤和丰富的案例分析，让我能够清晰地理解软件的工作原理，掌握实际操作技巧，并最终能够独立完成相关的工程仿真项目。虽然我还没有深入阅读，但从书籍的结构和内容提纲来看，它似乎涵盖了从基础理论到高级应用的完整脉络，这对于我这样希望系统学习有限元仿真技术的读者来说，无疑具有巨大的吸引力。我希望能从中学习到如何利用ANSYS软件解决实际工程问题，提升工程设计的效率和可靠性。

评分☆☆☆☆☆

评价二： 作为一个在水利水电领域摸爬滚打多年的工程师，我深知有限元分析在现代工程设计中的核心地位。当得知有这样一本专门针对ANSYS软件及其在水利水电工程中应用的著作出版，我感到非常兴奋。我翻阅了这本书的目录，看到了关于结构力学、流体力学、热力学等多个方面的仿真内容，这正好是我工作中经常会遇到的挑战。尤其吸引我的是，它强调的是“仿真应用”，这意味着书中不仅仅会介绍软件的功能，更会侧重于如何将这些功能有效地应用于解决实际的水利水电工程难题。我迫切地想知道书中是如何解析诸如复杂几何模型的建立、材料属性的定义、边界条件的施加、载荷的设定以及结果的后处理等关键步骤的。我更希望能看到书中提供一些具体的、具有代表性的工程案例，例如不同类型大坝的渗流分析、水电站厂房结构的动力响应分析、水流冲刷及泥沙输运模拟等。通过这些案例，我希望能更直观地学习到ANSYS软件在这些复杂工程问题中的应用策略和技巧，从而拓宽我的工程视野，提升我的专业技能。