有限元法基礎(chǔ)及ANSYS應(yīng)用

內(nèi)容概要

本書(shū)內(nèi)容包括兩部分：一是有限元法的基礎(chǔ)理論，包括彈性力學(xué)平面問(wèn)題的有限元法、空間問(wèn)題與軸對(duì)稱問(wèn)題的有限元法、等參數(shù)單元、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的有限元法；二是ANSYS9.0軟件的基本功能和工程應(yīng)用，包括幾何建模技術(shù)、網(wǎng)格劃分與有限元建模技術(shù)、施加載荷與求解過(guò)程、結(jié)果后處理技術(shù)等。為了兼顧缺乏彈性力學(xué)知識(shí)的讀者，在第1章對(duì)有限元法中涉及的彈性力學(xué)基本知識(shí)作了簡(jiǎn)要介紹。    本書(shū)是有限元法的入門(mén)教材，簡(jiǎn)明易學(xué)，適合作為機(jī)械工程、土木建筑、材料冶金、航空航天、水利等工科專業(yè)研究生及本科生的教材，也可作為工程技術(shù)人員和教師的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

序前言第1章  緒論  1.1  有限元法概述    1.1.1  有限元法的發(fā)展及基本思想    1.1.2  有限元法的基本步驟  1.2  有限元法的工程應(yīng)用  1.3  彈性力學(xué)基本知識(shí)    1.3.1  關(guān)于外力、應(yīng)力、應(yīng)變與位移的定義    1.3.2  彈性力學(xué)的基本方程    1.3.3  變分原理介紹    1.3.4  虛位移原理    1.3.5  平面問(wèn)題  習(xí)題第2章  平面問(wèn)題的有限元法  2.1  結(jié)構(gòu)的離散化  2.2  單元分析    2.2.1  位移模式    2.2.2  單元應(yīng)變    2.2.3  單元應(yīng)力    2.2.4  單元平衡方程    2.2.5  單元?jiǎng)偠染仃? 2.3  整體分析  2.4  等效節(jié)點(diǎn)力計(jì)算    2.4.1  單元自重    2.4.2  均布面力    2.4.3  線性分布面力  2.5  約束條件的處理  2.6  計(jì)算結(jié)果的整理  2.7  矩形單元    2.7.1  位移模式    2.7.2  單元應(yīng)變    2.7.3  單元應(yīng)力    2.7.4  單元?jiǎng)偠染仃?   2.7.5  單元等效節(jié)點(diǎn)力    2.7.6  整體平衡方程    2.7.7  矩形單元與三角形單元比較    2.7.8  解答的收斂性  2.8  解題步驟與例題  習(xí)題第3章  空間問(wèn)題和軸對(duì)稱問(wèn)題有限元法  3.1  采用四面體單元解一般空間問(wèn)題    3.1.1  單元的位移函數(shù)    3.1.2  單元的應(yīng)變與應(yīng)力    3.1.3  剛度矩陣    3.1.4  等效節(jié)點(diǎn)力計(jì)算  3.2  軸對(duì)稱問(wèn)題的有限元法    3.2.1  概述    3.2.2  三角形截面環(huán)單元    3.2.3  單元?jiǎng)偠染仃?   3.2.4  等效節(jié)點(diǎn)力計(jì)算  習(xí)題第4章  等參數(shù)單元  4.1  等參數(shù)單元概念  4.2  平面8節(jié)點(diǎn)等參單元    4.2.1  單元位移模式    4.2.2  單元應(yīng)變矩陣    4.2.3  單元應(yīng)力矩陣    4.2.4  單元?jiǎng)偠染仃?   4.2.5  單元等效節(jié)點(diǎn)力列陣  4.3  空間20節(jié)點(diǎn)等參單元    4.3.1  單元位移模式    4.3.2  單元應(yīng)變矩陣    4.3.3  單元應(yīng)力矩陣    4.3.4  單元?jiǎng)偠染仃?   4.3.5  單元等效節(jié)點(diǎn)力列陣  4.4  高斯求積法  習(xí)題第5章  動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的有限元法簡(jiǎn)述  5.1  動(dòng)力學(xué)方程、質(zhì)量矩陣及阻尼矩陣  5.2  特征值問(wèn)題  5.3  動(dòng)力響應(yīng)和逐步積分法    5.3.1  動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題    5.3.2  逐步積分法    5.3.3  結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析算例  習(xí)題第6章  ANSYS程序概述  6.1  ANSYS啟動(dòng)、退出與GUI環(huán)境    6.1.1  ANSYS啟動(dòng)    6.1.2  ANSYS交互運(yùn)行界面環(huán)境組成    6.1.3  退出ANSYS程序  6.2  ANSYS常用菜單與對(duì)話框操作    6.2.1  主菜單用法    6.2.2  工具菜單用法    6.2.3  繪圖菜單用法    6.2.4  輸入窗口交互操作    6.2.5  快捷功能圖標(biāo)按鈕用法    6.2.6  工具條按鈕用法    6.2.7  可見(jiàn)/隱藏圖標(biāo)用法    6.2.8  對(duì)話框執(zhí)行按鈕用法    6.2.9  平移、縮放和旋轉(zhuǎn)圖形變換對(duì)話框用法    6.2.10  圖形拾取用法  6.3  ANSYS文件操作    6.3.1  新分析相關(guān)文件及其操作    6.3.2  ANSYS文件重命名、拷貝與刪除    6.3.  3導(dǎo)入與導(dǎo)出幾何文件第7章  ANSYS標(biāo)準(zhǔn)有限元分析過(guò)程  7.1  ANSYS有限元求解的基本步驟  7.2  執(zhí)行ANSYS分析的開(kāi)始準(zhǔn)備工作    7.2.1  清空數(shù)據(jù)庫(kù)并開(kāi)始一個(gè)新分析    7.2.2  指定新的工作文件名    7.2.3  指定新標(biāo)題    7.2.4  指定新的工作目錄  7.3  ANSYS標(biāo)準(zhǔn)求解過(guò)程實(shí)例第8章  ANSYS基本分析過(guò)程技術(shù)  8.1  創(chuàng)建幾何模型    8.1.1  ANSYS幾何實(shí)體建模技術(shù)簡(jiǎn)介    8.1.2  ANSYS幾何建模菜單系統(tǒng)簡(jiǎn)介    8.1.3  ANSYS的坐標(biāo)系及其操作    8.1.4  關(guān)鍵點(diǎn)與硬點(diǎn)及其創(chuàng)建方法    8.1.5  線的類型與創(chuàng)建方法    8.1.6  延伸線    8.1.7  面的類型與創(chuàng)建方法    8.1.8  體的類型與創(chuàng)建方法    8.1.9  布爾運(yùn)算    8.1.10  拖拉    8.1.11  比例縮放    8.1.12  移動(dòng)    8.1.13  拷貝    8.1.14  鏡面映射    8.1.15  刪除幾何實(shí)體    8.1.16  合并重合幾何實(shí)體  8.2  創(chuàng)建有限元模型與網(wǎng)格劃分技術(shù)    8.2.1  創(chuàng)建有限元模型兩種方法    8.2.2  ANSYS單元庫(kù)    8.2.3  單元類型（單元表）的定義、設(shè)置、編輯和刪除    8.2.4  單元實(shí)常數(shù)的定義、編輯和刪除    8.2.5  使用網(wǎng)格劃分工具M(jìn)eshTool劃分有限元網(wǎng)格模型    8.2.6  清除幾何模型上的網(wǎng)格  8.3  施加載荷與求解過(guò)程    8.3.1  單載荷步求解過(guò)程    8.3.2  選擇分析類型    8.3.3  時(shí)間、載荷步與載荷子步    8.3.4  定義載荷的基本操作方法    8.3.5  施加結(jié)構(gòu)載荷  8.4  結(jié)果后處理過(guò)程    8.4.1  后處理器環(huán)境、結(jié)果文件與結(jié)果數(shù)據(jù)    8.4.2  通用后處理器（POST1）    8.4.3  等值圖顯示結(jié)果    8.4.4  抓取結(jié)果顯示圖片    8.4.5  動(dòng)畫(huà)顯示結(jié)果第9章  創(chuàng)建幾何模型實(shí)例  9.1  創(chuàng)建圓弧線、直線、切線、法線和交線的實(shí)例    9.1.1  菜單建模過(guò)程    9.1.2  點(diǎn)評(píng)  9.2  WP變換/旋轉(zhuǎn)拷貝/互分實(shí)例：具有橫隔板的薄壁箱型梁柱模型    9.2.1  菜單建模過(guò)程    9.2.2  點(diǎn)評(píng)  9.3  從底向上實(shí)體建模/樣條曲線和拖拉實(shí)例：機(jī)翼實(shí)體模型    9.3.1  菜單建模過(guò)程    9.3.2  點(diǎn)評(píng)  9.4  自頂向下建模/布爾運(yùn)算實(shí)例：六角圓頭螺桿實(shí)體模型    9.4.1  菜單建模過(guò)程    9.4.2  點(diǎn)評(píng)  9.5  局部CS/旋轉(zhuǎn)拖拉/布爾運(yùn)算實(shí)例：橢圓封頭的油罐體模型    9.5.1  菜單建模過(guò)程    9.5.2  點(diǎn)評(píng)  9.6  倒角/旋轉(zhuǎn)體/局部坐標(biāo)系/旋轉(zhuǎn)拷貝/合并實(shí)例：皮帶輪    9.6.1  菜單建模過(guò)程    9.6.2  點(diǎn)評(píng)  習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第1章　緒論1.1　有限元法概述1.1.1　有限元法的發(fā)展及基本思想隨著現(xiàn)代工業(yè)、生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，不斷要求設(shè)計(jì)高質(zhì)量、高水平的大型、復(fù)雜和精密的機(jī)械及工程結(jié)構(gòu)。為此目的，人們必須預(yù)先通過(guò)有效的計(jì)算手段，確切地預(yù)測(cè)即將誕生的機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)，在未來(lái)工作時(shí)所發(fā)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移。但是傳統(tǒng)的一些方法往往難以完成對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題的有效分析。彈性力學(xué)的經(jīng)典理論，由于求解偏微分方程邊值問(wèn)題的困難，只能解決結(jié)構(gòu)形狀和承受載荷較簡(jiǎn)單的問(wèn)題，對(duì)于幾何形狀復(fù)雜、不規(guī)則邊界、有裂縫或厚度突變，以及幾何非線性、材料非線性等問(wèn)題往往遇到很多麻煩，試圖按經(jīng)典的彈性力學(xué)方法獲得解析解是十分困難的，甚至是不可能的。因此，需要尋求一種簡(jiǎn)單而又精確的數(shù)值分析方法。有限元法正是適應(yīng)這種要求而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的一種十分有效的數(shù)值計(jì)算方法。這個(gè)方法起源于20世紀(jì)50年代中期航空工程中飛機(jī)結(jié)構(gòu)的矩陣分析。1960年美國(guó)的克勞夫（Clough）采用此方法進(jìn)行飛機(jī)結(jié)構(gòu)分析時(shí)，首次將這種方法起名為“有限單元法”（finite element method），簡(jiǎn)稱“有限元法”。 有限單元法的基本思想，是在力學(xué)模型上將一個(gè)原來(lái)連續(xù)的物體離散成為有限個(gè)具有一定大小的單元，這些單元僅在有限個(gè)節(jié)點(diǎn)上相連接，并在節(jié)點(diǎn)上引進(jìn)等效力以代替實(shí)際作用于單元上的外力。對(duì)于每個(gè)單元，根據(jù)分塊近似的思想，選擇一種簡(jiǎn)單的函數(shù)來(lái)表示單元內(nèi)位移的分布規(guī)律，并按彈性理論中的能量原理（或用變分原理）建立單元節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系。最后，把所有單元的這種關(guān)系式集合起來(lái)，就得到一組以節(jié)點(diǎn)位移為未知量的代數(shù)方程組，解這些方程組就可以求出物體上有限個(gè)離散節(jié)點(diǎn)上的位移。

編輯推薦

《有限元法基礎(chǔ)及ANSYS應(yīng)用》將有限元理論與ANSYS軟件有機(jī)結(jié)合在一起，構(gòu)造新的教材體系，突出知識(shí)結(jié)構(gòu)的完整性。為了適應(yīng)學(xué)時(shí)少內(nèi)容多的授課要求，在編寫(xiě)過(guò)程中，注意盡量避開(kāi)深?yuàn)W的數(shù)學(xué)理論，從簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的物理模型入手，力求做到深入淺出、概念清晰、循序漸進(jìn)，便于初學(xué)者理解掌握。在兼顧基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)實(shí)用性和可操作性?！队邢拊ɑA(chǔ)及ANSYS應(yīng)用》還全面系統(tǒng)地介紹了ANSYS9.0軟件的基本功能和工程應(yīng)用，包括幾何建模技術(shù)、網(wǎng)格劃分與有限元建模技術(shù)、施加載荷與求解過(guò)程、結(jié)果后處理技術(shù)等?！队邢拊ɑA(chǔ)及ANSYS應(yīng)用》堅(jiān)持理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的原則，將有限元理論與ANSYS操作揉合在一起，以期有助于促進(jìn)有限元理論與ANSYS的學(xué)習(xí)、應(yīng)用、推廣與普及。 全書(shū)共分9章，第1章介紹了有限元法的基本思想和基本理論；第2章主要講述了彈性力學(xué)平面問(wèn)題的有限元法；第3章介紹了空間問(wèn)題和軸對(duì)稱問(wèn)題的有限元法；第4章講述了等參數(shù)單元的有限元法；第5章介紹了結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的有限元法；第6章介紹了ANSYS的基本知識(shí)與基本操作；第7章介紹了ANSYS標(biāo)準(zhǔn)有限元分析過(guò)程；第8章簡(jiǎn)要介紹了ANSYS基本分析過(guò)程技術(shù)；第9章通過(guò)幾何模型實(shí)例強(qiáng)化各種建模技巧。

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