ANSYS Products有限元軟件及其在水利水電工程中仿真應用/普通高等教育“十二五”規劃教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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龔成勇，李琪飛 著

圖書標籤:

• ANSYS
• 有限元
• 水利水電
• 仿真
• 工程
• 高等教育
• 規劃教材
• 數值分析
• 結構力學
• 計算流體力學

齣版社： 中國水利水電齣版社

ISBN：9787517026693

版次：1

商品編碼：11662431

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育“十二五”規劃教材

開本：16開

齣版時間：2014-12-01

用紙：膠版紙

頁數：579

字數：930000

正文語種：中文

內容簡介

　　高速發展的計算機科學、先進的設計方法和精細的數值仿真為現代水利水電工程精細化設計提供瞭重要解決方案，為傳統方法提供瞭有力補充。ANSYSProducts有限元軟件在水利水電工程的應用和研究中所起的作用越來越重要。
　　《ANSYS Products有限元軟件及其在水利水電工程中仿真應用/普通高等教育“十二五”規劃教材》介紹到的專業基礎包括：結構分析基礎、水力學及其計算流體力學、熱力學、岩土力學、水工建築物、鋼結構、滲流力學、鏇轉機械、工程施工、建模方法、數值計算方法與有限元仿真技術等。
　　《ANSYS Products有限元軟件及其在水利水電工程中仿真應用/普通高等教育“十二五”規劃教材》中主要模擬研究對象包括：水工地質及邊坡工程、水利樞紐重要建築物（重力壩、土石壩和拱壩）、水電站建築物和機組及其輸水建築物或結構（水輪機組流道、輸水結構、水工隧洞、渡槽、尾水流道）、泄水及其消能建築物（泄水構築物、取水結構、消力池）、水工鋼結構（廠房網架、鋼閘門、壓力鋼管）等；成果主要集中在水工水力學流場分析、結構有限元分析、熱力學分析、流一固耦閤有限元和熱一固耦閤核心問題上。
　　《ANSYS Products有限元軟件及其在水利水電工程中仿真應用/普通高等教育“十二五”規劃教材》可以作為水利專業的研究生和本科生教材，也適用於ANSYSProducts軟件的使用者以及水利工程相關領域科研人員、設計人員和工程管理人員用作參考書，還可以作為工程技術人員的學習材料。

目錄

第1章 水利水電工程模擬仿真基礎
1.1 水利水電工程數學模型基礎
1.2 水利水電工程模型的特點
1.3 水利水電工程建模的思維導嚮和原則
1.3.1 水利水電工程建模的思維導嚮
1.3.2 水利水電工程建模遵循的原則
1.4 建立水利水電工程模型的一般步驟和建模方法
1.4.1 建立水利水電工程模型的一般步驟
1.4.2 水利水電工程模型建模方法
1.5 水利水電工程數值模擬復雜度簡介
1.6 水利水電工程幾何建模的經驗
1.6.1 建模過程中要養成好習慣
1.6.2 掌握幾種幾何建模平颱
1.6.3 養成堅持不放棄的精神
1.6.4 建模實踐過程中要總結建模方法
1.7 水利水電工程仿真模型選擇的建議
1.8 水利水電工程仿真建模實例
1.8.1 選擇建模思維導嚮
1.8.2 分析研究目的
1.8.3 分析模型主要因素
1.8.4 編製建模整體框架’
1.8.5 泥石流運動機理子係統研究
1.8.6 推導控製方程和定解條件
1.9 有限元方法簡介
1.9.1 有限元基本理論簡介
1.9.2 水利工程中的有限元分析建議
1.1 0ANSYS Products簡介
1.1 0.1 經典ANSYs簡介
1.1 0.2 ANSYS Workbenchl2.1 簡介
1.1 0.3 ANSYS ICEM簡介
1.1 0.4 ANSYS CFX簡介
1.1 0.5 A.NSYs F1uent簡介

第2章 水工結構中的常用結構單元模擬
2.1 水工二維結構模擬
2.1.1 梁單元BEAM3簡介
2.1.2 分析實例概述
2.1.3 ANSYS的分析二維梁結構
2.2 水工三維框架梁結構仿真
2.2.1 梁單元BEAMl88簡介
2.2.2 分析對象簡述
2.2.3 ANSYS的分析框架梁結構
2.3 水工三維殼體結構仿真單元SHELL，63
2.3.1 殼體單元sHEu，63簡介
2.3.2 分析實例概述
2.3.3 ANSYS分析殼體結構

第3章 基於AN-SYS及ANSYS Workbench平颱水工鋼結構仿真
3.1 水利工程中桁架模態仿真分析
3.1.1 桁架結構簡介
3.1.2 模態分析基礎
3.1.3 分析實例概述
3.1.4 基於ANSYs Workbench模態仿真實現過程
3.1.5 基於ANSYS平颱桁架模態仿真實現過程
3.2 水工弧形閘門有限元分析
3.2.1 水庫弧形閘門基礎
3.2.2 分析對象簡介
3.2.3 基於ANsYs Workbench平颱閘門靜力學分析
3.2.4 基於ANSYS和ANSYS workbench平颱弧形閘門瞬態響應分析模擬
3.3 引水式水電站有壓引水係統動態仿真
3.3.1 有壓引水係統、調壓室（井）及其壓力鋼管簡介
3.3.2 流固耦閤仿真簡介
3.3.3 分析對象簡介
……

第4章 水工地質及邊坡工程數值模擬
第5章 水工隧洞施工及運行的ANSYS模擬
第6章 重力壩的施工及運行ANSYS模擬
第7章 基於ANSYS重力壩的彈性模擬仿真
第8章 ANSYS平颱下重力壩模態響應分析及其抗震性能模擬
第9章 汛期重力壩泄水過程與結構穩定校核仿真
第10章 基於ANSYS Workbench/CFX平颱渡槽結構仿真及其耦閤分析
第11章 基於ANSYS CFX平颱帶消能池的多股消能數值模擬分析
第12章 水輪機整機全流道CFD計算仿真
第13章 基於ANSYS Fluent平颱下尾水管內流場仿真分析
第14章 混凝土拱壩熱固耦閤仿真分析
第15章 基於ANSYS Workbench和CFX平颱水電站廠房通風仿真
第16章 基於ANSYS經典平颱模擬地下水滲流仿真
第17章 壩後式水電站輸水係統基於雙嚮流固耦閤的分析模擬
第18章 水電站建築結構綜閤仿真分析
第19章 ANSYS在水裏水電工程上的二次開發及應用
參考文獻

精彩書摘

　　4。多學科交滲透係統性
　　水利水電工程模型的本質就是描述水利工程本身的係統規律、狀態，揭示水利工程學科發展結構、工程功能和發展規律，說明水利工程的發展趨勢，模擬水利工程運行機製。由於水利水電工程涉及的學科比較多，約束的物理邊界比較復雜，因此該學科在理論層麵的數學規律比較多，存在很大的差異性，且又歸於一個完整的係統狀態，建立模型的過程就應該全麵考慮，采用分解與閤並兩種手段，將多學科交滲透係統問題進行閤理、科學的簡化，創建具有目的各異、形式多樣的模型。主要錶現在3個方麵：
　　（1）從不同的學科層麵上認識問題、剖析問題以及最終解決問題，更好地揭示水利水電工程內在發展機製和變化演變規律。
　　（2）利用各種可靠的工具和方法建立各種模型，以達到研究水利水電工程本質的目的。
　　（3）水利水電工程模型綜閤研究的功能。如果將水利水電工程看成一個係統工程，該係統由多個復雜的子係統構成，多要素、多參數在多尺度、多時空相互作用構成的復雜功能係統，在此基礎上建立的模型決定瞭模型的綜閤應用的功能。科學研究錶明越是復雜的係統，越要發揮模型的優勢作用，隻有通過模型的閤理建立、應用、修正，纔能更好地理解、認識和解決好綜閤性的問題。實際上這個過程就是利用多學科的滲透交叉的方法去研究水利水電工程係統。
　　5．模型專用性
　　水利水電工程模型建立過程是對其抽象簡化的過程，模型的基本特徵是由其研究目的決定的。水利工程本身研究領域比較廣泛，從材料介質上包含多種材料：從力學性能上分為綫性，非綫性；從材料構成上為混凝土、岩石和土體等；從化學成分上分為金屬和非金屬；從存在形態上分為氣體、流體和固體；從研究的假定上分為連續介質和多孔介質等；研究領域包含各種力學、地質地貌學、岩土工程、流體傳動、能量傳動傳遞、水文、氣候等，甚至各個學科之間作用影響、相互交叉，所以針對不同的研究目的，模型也是不同的，有自身的功能目的性。例如同是坡麵降雨，若研究匯流問題，主要考慮水量而建立匯流模型；若研究降雨對坡麵的打擊作用，將建立雨水對土體的侵蝕作用模型。再如對水電站而言，若研究機組內水與機組之間的問題，主要建立流體流動與機組過流部件之間的作用耦閤關係模型；若研究蝸殼周邊的混凝土破壞問題，則主要建立的模型是動水壓力作用下混凝土破壞機理模型。
　　1．3水利水電工程建模的思維導嚮和原則
　　隨著社會的發展，解決工程問題的方法、計算機軟硬件、數學方法等手段的不斷革新，加之水利水電工程學科的發展應用，都會對水利水電工程模型有深遠的推動作用。但是，模型的準確性和應用的成效性在一定程度上取決於建模人員對水利水電工程學科的認識深度和概括能力，而這一切均錶現齣建模人員的建模思維導嚮和原則。
　　1．3．1水利水電工程建模的思維導嚮
　　建模的導嚮歸納起來有3種，即：問題導嚮思維模式、模式導嚮思維模式和方法導嚮思維模式。
　　……

前言/序言

《工程仿真與設計：理論、方法與實踐》 圖書簡介 本書是一部係統闡述工程仿真與設計理論、方法及其實踐的專著，旨在為高等院校相關專業師生、工程技術人員以及對工程仿真領域感興趣的讀者提供一份全麵而深入的參考。本書緊密結閤現代工程設計的需求，將理論研究與實際應用相結閤，著重介紹工程仿真的核心概念、關鍵技術、常用軟件工具及其在不同工程領域的應用案例。 第一部分：工程仿真的基礎理論 本部分首先對工程仿真的基本概念進行界定，闡述其在現代工程設計流程中的重要地位和作用。我們將深入探討仿真的基本原理，包括離散化技術（如有限元法、有限差分法、邊界元法等），以及這些方法如何將連續的物理問題轉化為可計算的數學模型。 第一章：工程仿真概述 什麼是工程仿真？仿真在工程設計中的價值與意義。 仿真與物理試驗的關係，仿真如何彌補試驗的不足。 仿真技術的發展曆程與趨勢。 工程仿真的基本流程：建模、分析、後處理與優化。 不同領域工程仿真的特點與挑戰。 第二章：數值離散化方法 有限元法 (FEM)： 基本思想：將復雜幾何區域劃分為離散單元。 單元類型：點、綫、麵、體單元，形狀函數。 弱形式與變分原理。 剛度矩陣、載荷嚮量的建立。 方程組的組建與求解。 在固體力學、熱傳導、流體力學等領域的應用基礎。 有限差分法 (FDM)： 基本思想：用差商代替導數。 網格劃分與節點。 差分格式的構造（前嚮、後嚮、中心差分）。 離散方程的建立與求解。 在偏微分方程求解中的優勢與局限性。 邊界元法 (BEM)： 基本思想：僅在邊界上離散，減少計算維度。 積分方程的建立。 在無限域問題、聲學、電磁學等領域的應用。 其他數值方法簡介：如光滑粒子動力學 (SPH)、離散元法 (DEM) 等，及其適用場景。 第三章：仿真模型的建立與預處理 幾何建模： CAD軟件在幾何建模中的作用。 從CAD模型導入與清理：網格修復、麯麵拼接、刪除無關特徵。 參數化建模與設計變量。 材料建模： 材料屬性的定義：綫性彈性、非綫性材料、各嚮異性材料。 本構關係：鬍剋定律、塑性、損傷、蠕變模型。 材料庫的使用與自定義。 網格生成 (Meshing)： 網格的質量對仿真結果的影響。 網格劃分策略：映射網格、掃掠網格、自由網格。 網格尺寸、類型（四麵體、六麵體、三角形、四邊形）的選擇。 網格細化與自適應網格。 載荷與邊界條件施加： 力的施加：集中力、分布載荷、壓力。 位移約束與固定邊界。 溫度、熱流、對流邊界條件。 對稱性邊界條件的應用。 第二部分：工程仿真分析方法與技術 本部分將深入探討不同類型的工程仿真分析方法，包括靜態分析、動態分析、非綫性分析、熱分析、流體分析、電磁分析等，並介紹在實際工程中常用的高級仿真技術。 第四章：結構力學仿真 靜態結構分析： 應力、應變、位移的計算。 危險點識彆與失效模式分析。 許用應力與安全係數。 模態分析： 固有頻率與振型。 共振現象的預測與避免。 結構動力響應的初步評估。 瞬態結構分析： 隨時間變化的載荷與響應。 衝擊、碰撞、爆炸等動態事件的模擬。 屈麯與後屈麯分析： 結構失穩的臨界載荷。 非綫性幾何效應的考慮。 疲勞分析： 循環載荷下的壽命預測。 S-N麯綫與應力幅。 第五章：熱分析 穩態熱分析： 溫度分布與熱流密度。 熱橋與散熱問題。 瞬態熱分析： 溫度隨時間的變化。 加熱與冷卻過程的模擬。 熱應力耦閤分析： 溫度變化引起的結構變形與應力。 在高溫設備、電子産品散熱等領域的應用。 第六章：流體動力學 (CFD) 仿真 流體流動基本方程：Navier-Stokes方程，質量守恒方程。 湍流模型：RANS (Reynolds-averaged Navier-Stokes)，LES (Large Eddy Simulation)，DNS (Direct Numerical Simulation)。 流動現象分析：層流、湍流、分離流、周期性流動。 傳熱與傳質：共軛傳熱、對流傳熱、輻射傳熱。 多相流與相變：液滴、氣泡、多相混閤物的模擬。 邊界層與流動阻力：空氣動力學、水動力學應用。 CFD在水利、航空航天、汽車、建築環境等領域的應用。 第七章：非綫性分析 幾何非綫性：大變形、材料軟化/硬化引起的剛度變化。 材料非綫性：塑性、損傷、超彈性、蠕變等。 接觸非綫性：多體接觸、摩擦、間隙。 數值求解策略：增量法、Newton-Raphson法、Arc-Length法。 實際應用：塑性成形、碰撞、復雜結構承載能力分析。 第八章：電磁場仿真 電磁場基本理論：麥剋斯韋方程組。 靜電場與靜磁場分析。 電磁波傳播與輻射。 瞬態電磁場分析。 電磁兼容性 (EMC) 與電磁乾擾 (EMI)。 在電機、天綫、傳感器、高壓輸電等領域的應用。 第九章：多物理場耦閤仿真 耦閤分析的必要性：真實工程問題往往涉及多個物理場的相互作用。 常見的耦閤類型： 流固耦閤 (FSI)：流體載荷對結構的影響，結構變形對流場的影響。 熱固耦閤：溫度變化引起的結構應力。 流熱耦閤：流體流動與熱量傳遞。 電磁熱耦閤：電磁損耗産生的熱效應。 耦閤策略：單嚮耦閤、雙嚮耦閤、弱耦閤、強耦閤。 在航空器設計、橋梁抗風、電子設備散熱、醫療器械等領域的應用。 第三部分：工程仿真軟件與實踐應用 本部分將介紹當前主流的工程仿真軟件，並結閤具體的工程案例，展示仿真技術在解決實際工程問題中的強大能力。 第十章：主流工程仿真軟件介紹 通用有限元分析軟件：例如，ABAQUS、ANSYS Workbench、COMSOL Multiphysics。 軟件架構、功能模塊、求解器類型。 用戶界麵與操作流程。 專業領域仿真軟件： CFD軟件：例如，ANSYS Fluent、OpenFOAM、STAR-CCM+。 電磁仿真軟件：例如，ANSYS HFSS、CST Studio Suite。 特定工程軟件：簡要介紹與特定工程領域相關的仿真工具。 軟件選擇原則與評估標準。 第十一章：工程仿真在水利工程中的應用 大壩結構安全分析：靜力分析、動力分析、地震響應模擬。 水工建築物受力分析：閘門、溢洪道、引水隧洞等。 水流模擬與泥沙輸移：河流、水庫、河口灣的流態分析，衝刷與淤積預測。 水土保持與環境影響評估：水體富營養化模擬，汙染物擴散分析。 水輪機與泵的流體動力學分析。 水庫潰壩與洪水演進模擬。 復雜水力機械設備的流固耦閤分析。 第十二章：工程仿真在水電工程中的應用 水輪發電機組結構強度與動力特性分析：葉輪、轉子、定子等部件。 水輪機空化與振動分析。 發電機電磁場與熱場耦閤分析。 廠房結構整體動力響應分析。 尾水渠流態與消能分析。 輸水係統（管道、壓力鋼管）的流固耦閤與熱應力分析。 水電站運行過程中的瞬態工況模擬。 第十三章：工程仿真在其他工程領域的應用案例 航空航天工程：氣動彈性分析、結構強度與剛度、熱防護係統。 汽車工程：碰撞安全分析、空氣動力學優化、NVH (噪聲、振動、聲振粗糙度) 分析。 機械工程：零部件強度校核、疲勞壽命預測、機構運動仿真。 土木工程：橋梁、高層建築、隧道等的結構分析與抗震設計。 生物醫學工程：生物力學分析（骨骼、血管）、藥物輸運模擬。 電子工程：PCB闆的電磁兼容性分析、散熱設計。 第十四章：仿真結果的驗證、確認與優化 仿真結果的驗證 (Verification)：檢查求解器是否正確實現數學模型。 仿真結果的確認 (Validation)：將仿真結果與物理試驗數據進行對比，評估模型的準確性。 誤差分析與不確定性評估：網格收斂性研究、參數敏感性分析。 仿真驅動的優化設計：參數化掃描、優化算法（如遺傳算法、響應麵法）的應用。 構建高效的仿真流程。 結論 本書力求為讀者提供一個係統、深入的工程仿真知識體係。通過理論講解、方法介紹和案例分析，幫助讀者理解工程仿真的核心原理，掌握常用的仿真技術，並能夠熟練運用仿真工具解決實際工程問題。隨著科技的不斷發展，工程仿真將在未來工程設計與創新中扮演越來越重要的角色。本書的齣版，希望能為推動我國工程仿真技術的發展和應用貢獻一份力量。

評分☆☆☆☆☆

評價四： 我對手冊的物理品質印象深刻，它給我一種紮實可靠的感覺，與ANSYS軟件本身嚴謹的設計理念相符。我特彆感興趣的是這本書如何在有限元理論的基礎上，詳細闡述ANSYS軟件在水利水電工程中的具體應用。要知道，水利水電工程往往涉及巨大的水體、復雜的地質條件以及各種荷載的耦閤作用，這些都對仿真分析提齣瞭極高的要求。我非常期待書中能夠清晰地勾勒齣ANSYS在處理這些難題時的核心思路和技術路徑。例如，在進行大壩安全評估時，ANSYS是如何幫助工程師理解應力分布、變形規律以及潛在的破壞模式的？在模擬水電站內部流體流動時，ANSYS又提供瞭哪些先進的湍流模型和網格劃分技術？書中對於這些關鍵技術細節的闡述，將直接影響我對其專業性的判斷。我希望這本書能提供切實可行的指導，讓我能夠將ANSYS軟件的強大功能轉化為解決實際工程問題的能力，從而在我的職業生涯中扮演更重要的角色。

評分☆☆☆☆☆

評價五： 這本書的齣版，對於所有希望深入瞭解ANSYS軟件在水利水電工程領域應用的人來說，無疑是一份寶貴的資源。我迫不及待地翻閱瞭目錄，看到瞭關於結構分析、流體動力學以及多物理場耦閤等章節，這些都是我在工作中經常會遇到的技術難點。我尤其關注的是書中對“仿真應用”的側重點。我想，一本優秀的教材不僅僅是羅列軟件的功能，更重要的是教會讀者如何運用這些功能去解決實際問題。我期待書中能夠提供詳實的案例分析，最好能涵蓋從前處理到後處理的完整流程，讓讀者能夠清晰地看到ANSYS軟件是如何一步步構建仿真模型，並最終得齣有價值的工程結論的。例如，在進行水輪發電機組的性能分析時，ANSYS是如何模擬復雜的流固耦閤效應的？在評估水工建築物的水動力載荷時，ANSYS又能提供哪些精確的計算方法？我相信，通過這本書的學習，我能夠更好地理解ANSYS軟件的強大之處，並將其靈活地應用於解決我所麵臨的實際工程挑戰，從而提升工作效率和工程質量。

評分☆☆☆☆☆

評價一： 初拿到這本書，我便被其厚重的分量所吸引。翻開扉頁，精煉的標題“ANSYS Products有限元軟件及其在水利水電工程中仿真應用”赫然醒目，字裏行間透露齣專業與嚴謹。這本書不僅是一本教材，更像是打開瞭通往復雜工程世界的一扇窗。我尤其關注它在實際工程應用上的闡述，畢竟理論與實踐的結閤是學習的最終目的。在水利水電工程領域，ANSYS軟件的應用無疑是前沿且至關重要的。從大壩的安全穩定性分析，到水輪發電機組的流體力學模擬，再到水工建築物的水文水力計算，每一個環節都離不開強大的仿真工具。我期待這本書能夠深入淺齣地講解ANSYS軟件在這些關鍵領域的應用方法，提供清晰的操作步驟和豐富的案例分析，讓我能夠清晰地理解軟件的工作原理，掌握實際操作技巧，並最終能夠獨立完成相關的工程仿真項目。雖然我還沒有深入閱讀，但從書籍的結構和內容提綱來看，它似乎涵蓋瞭從基礎理論到高級應用的完整脈絡，這對於我這樣希望係統學習有限元仿真技術的讀者來說，無疑具有巨大的吸引力。我希望能從中學習到如何利用ANSYS軟件解決實際工程問題，提升工程設計的效率和可靠性。

評分☆☆☆☆☆

評價三： 拿到這本《ANSYS Products有限元軟件及其在水利水電工程中仿真應用》後，我最大的感受是它的“厚重感”，不僅體現在物理上的重量，更在於其內容的深度和廣度。我特彆關注的是書中關於“水利水電工程”的特有應用部分。我知道ANSYS是一個非常強大的通用有限元分析軟件，但將其具體應用到水利水電這一高度專業化的領域，需要有針對性的講解和案例。我希望書中能夠詳細介紹ANSYS在解決水利水電工程中特有的復雜問題，比如非常規的水流耦閤作用、高水頭下的結構應力分析、極端氣候條件下的結構耐久性評估等方麵的應用。這本書作為“普通高等教育‘十二五’規劃教材”，我想它必然會遵循科學的教學規律，從基礎概念入手，逐步深入到復雜應用。我期待書中能夠提供清晰的邏輯脈絡，讓初學者能夠循序漸進地掌握ANSYS軟件的使用，同時也讓有一定基礎的讀者能夠從中獲得更深入的理解和啓發。我希望通過閱讀這本書，能夠真正掌握用ANSYS軟件來模擬和預測復雜水利水電工程項目中的各種物理現象，從而為工程設計和安全評估提供有力的技術支撐。

評分☆☆☆☆☆

評價二： 作為一個在水利水電領域摸爬滾打多年的工程師，我深知有限元分析在現代工程設計中的核心地位。當得知有這樣一本專門針對ANSYS軟件及其在水利水電工程中應用的著作齣版，我感到非常興奮。我翻閱瞭這本書的目錄，看到瞭關於結構力學、流體力學、熱力學等多個方麵的仿真內容，這正好是我工作中經常會遇到的挑戰。尤其吸引我的是，它強調的是“仿真應用”，這意味著書中不僅僅會介紹軟件的功能，更會側重於如何將這些功能有效地應用於解決實際的水利水電工程難題。我迫切地想知道書中是如何解析諸如復雜幾何模型的建立、材料屬性的定義、邊界條件的施加、載荷的設定以及結果的後處理等關鍵步驟的。我更希望能看到書中提供一些具體的、具有代錶性的工程案例，例如不同類型大壩的滲流分析、水電站廠房結構的動力響應分析、水流衝刷及泥沙輸運模擬等。通過這些案例，我希望能更直觀地學習到ANSYS軟件在這些復雜工程問題中的應用策略和技巧，從而拓寬我的工程視野，提升我的專業技能。