本书以汽车关键零部件为核心元素，系统介绍了ANSYS软件在结构静力学、动力学、热力学及多物理场耦合分析中的应用。全书内容涵盖ANSYS基本操作、几何建模、网格划分、加载与求解、后处理及优化设计等核心模块，并结合连杆、活塞、车架、悬挂系统、排气门等典型汽车零部件，通过一步步(step-by-step)的实例详解，引导读者掌握从模型导入到结果评估的完整分析流程。
本书注重工程实践，强调软件操作与理论知识的结合，适合汽车行业工程技术人员以及高等院校车辆工程、机械设计等相关专业的学生使用。

第一章 基本操作001
1.1 启动与退出 001
1.1.1 ANSYS 软件的启动 001
1.1.2 ANSYS 软件的退出 003
1.2 主菜单 004
1.2.1 优选框 005
1.2.2 前处理 005
1.2.3 求解器 005
1.2.4 后处理 006
1.3 功能菜单 007
1.3.1 功能菜单样式 007
1.3.2 输入窗口 007
1.4 坐标系 007
1.4.1 总体坐标系 008
1.4.2 局部坐标系 008
1.4.3 工作平面坐标系 008
1.4.4 节点坐标系 009
1.5 工作平面 009
1.5.1 显示和关闭 009
1.5.2 参数设置 009
1.5.3 工作平面的操作 011
1.6 图形窗口的操作 012
1.6.1 平移 012
1.6.2 旋转 012
1.6.3 缩放 013
1.6.4 快捷键 013
1.6.5 其他操作 013

第二章 模型建立016
2.1 利用ANSYS 与CAD 软件接口建模 016
2.1.1 CATIA 接口 016
2.1.2 Creo 接口 016
2.1.3 UG 接口 017
2.1.4 IGES 接口 017
2.1.5 Parasolid 接口 017
实例：CATIA 实体模型的导入 017
2.2 自下向上建模 020
实例：连杆的建模 021
2.3 自上向下建模 035
实例：半轴的建模 035
2.4 利用单元和节点直接建模 039
实例：汽车悬挂系统建模 039

第三章 网格划分053
3.1 单元类型与属性 053
3.2 网格划分及尺寸控制 057
3.3 智能网格划分 058
实例：活塞的网格划分 059
3.4 映射网格划分 059
实例：映射网格划分 060
3.5 网格拖拉生成网格 063
实例：连杆的网格拖拉 064
3.6 扫掠生成网格 066
实例：连杆的扫掠网格划分 067

第四章 加载与求解069
4.1 载荷 069
4.2 载荷加载 070
4.2.1 自由度的约束 070
4.2.2 对称与反对称约束 070
4.2.3 集中载荷 070
4.2.4 表面载荷 070
4.2.5 体载荷 071
4.2.6 惯性载荷 071
4.3 分析类型及求解器的选择 071
4.4 静力学分析 073
4.4.1 实例：车架的静力分析 073
4.4.2 定义工作目录和工作文件名 075
4.4.3 定义单元类型和材料属性 075
4.4.4 建模 078
4.4.5 网格划分 079
4.4.6 施加约束与载荷 080
4.4.7 求解 082
4.5 模态分析 086
实例：汽车悬挂系统的振动模态分析 086
4.6 瞬态动力学分析 090
4.6.1 定义工作目录和工作文件名 090
4.6.2 定义单元类型和材料属性 091
4.6.3 建模 092
4.6.4 网格划分 093
4.6.5 施加约束与载荷 096
4.6.6 求解 102
4.7 谐响应分析 105
4.7.1 定义工作目录和工作文件名 105
4.7.2 建模 106
4.7.3 定义材料属性 106
4.7.4 划分网格并缩小实体 106
4.7.5 谐响应分析 108
4.7.6 谐响应分析过程命令流 112
4.8 热机耦合分析 113
4.8.1 排气门温度场分析 113
4.8.2 排气门热应力及热变形分析 134
4.8.3 排气门机械应力分析 144
4.8.4 排气门热机耦合分析 165

第五章 后处理179
5.1 通用后处理器 179
5.1.1 读入结果文件 179
5.1.2 分析结果的绘图显示 181
5.1.3 分析结果的列表显示 183
5.1.4 单元表 184
5.1.5 生成结果动画 186
5.2 时间历程后处理器 187
实例：凸轮从动件计算结果的时间历程后处理 189

第六章 优化设计191
6.1 基本概念 191
6.2 优化设计步骤与分析 192
6.2.1 优化设计步骤 192
6.2.2 优化分析阶段 193
6.2.3 结果的输出阶段 195
6.3 优化设计实例 195
6.3.1 实例简述 195
6.3.2 定义工作目录和工作文件名 196
6.3.3 建模 197
6.3.4 定义单元类型和材料属性 214
6.3.5 划分网格并缩小实体 215
6.3.6 施加约束与载荷 216
6.3.7 求解 217
6.3.8 优化设计 218

参考文献 224

随着计算机技术与数值仿真方法的快速发展，有限元分析已成为现代汽车产品研发中不可或缺的一环。ANSYS作为全球领先的工程仿真软件，在结构强度、振动特性、热机耦合等方面具有强大的分析能力，广泛应用于汽车零部件的设计与性能验证。
为帮助读者系统掌握ANSYS在汽车零部件分析中的实战技能，本书从工程实际出发，结合多年教学与项目经验编写而成。全书共分为六章：第一章介绍ANSYS基本操作与界面；第二章讲解多种建模方法，包括CAD接口与自建模型；第三章深入探讨网格划分策略与技巧；第四章以静力学、模态分析、瞬态动力学、谐响应分析及热机耦合分析为重点，通过典型实例展示分析过程；第五章介绍通用后处理器与时间历程后处理器的使用方法；第六章则以优化设计为核心，讲解如何通过参数化方法提升零部件性能。
本书在编写中力求语言简明、步骤清晰、案例典型，每个实例均包含完整的操作流程与关键命令说明，便于读者动手实践与举一反三。同时，书中融入了编者在汽车零部件仿真方面的部分经验与技巧，希望能对读者的学习与工作有所启发。
本书的编写分工如下：第一章、第三章由李学功老师编写；第二章由苌转老师编写；第五章、第六章由孙红运老师编写；第四章由刘征、张宏远、王素梅、张晓龙老师编写。
在教材编写过程中，张昕、戴超、张亮、王敏、朱新征等老师提出了宝贵意见，谨此一并致谢。
由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者和专家批评指正。

编者
2025年秋