工程有限元方法

前言

　　當(dāng)代科技的發(fā)展日新月異，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字化分析的發(fā)展更是深刻地改變著當(dāng)今世界，使得一些以前不可能做或不敢做的事情變成可能。通過(guò)數(shù)字化的手段可以獲得復(fù)雜結(jié)構(gòu)在復(fù)雜載荷環(huán)境下的真實(shí)信息，如2004年法國(guó)戴高樂(lè)機(jī)場(chǎng)航站樓垮塌事故的分析，2007年我國(guó)新一代北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)核心部件漂移室的數(shù)字化設(shè)計(jì)等一系列重大的工程和結(jié)構(gòu)，2008年我國(guó)南方雪災(zāi)時(shí)大型輸電塔垮塌的極限載荷分析，2008年杭州地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)垮塌事故的分析，2008年北京奧運(yùn)會(huì)鳥(niǎo)巢場(chǎng)館支撐結(jié)構(gòu)的減重分析都需要進(jìn)行多次的計(jì)算和分析。有限元方法在其中的數(shù)字化分析中起到了非常重要的作用?！　∮邢拊椒ㄒ殉蔀榉浅Ｆ占暗臄?shù)字化分析方法，國(guó)際上已發(fā)布了眾多的有限元分析軟件，因此，甚至可以說(shuō)只要你能夠進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和畫(huà)圖，就可以進(jìn)行有限元分析。因?yàn)樵谝粋€(gè)自動(dòng)化程度很高的軟件平臺(tái)基礎(chǔ)上，有限元分析完全可以由計(jì)算機(jī)來(lái)自動(dòng)完成?！　〉牵袃蓚€(gè)最重要的問(wèn)題需要回答：其一，你所獲得的計(jì)算結(jié)果可靠嗎？在沒(méi)有試驗(yàn)結(jié)果或標(biāo)準(zhǔn)答案的情況下，你如何判斷結(jié)果的正確性？其二，在獲得計(jì)算結(jié)果后，你如何使用所獲得的信息對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改和優(yōu)化。這兩個(gè)問(wèn)題要求學(xué)生除具有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和深入的專(zhuān)業(yè)知識(shí)外，還應(yīng)具備應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，這就要求學(xué)生具備“一個(gè)基礎(chǔ)、兩種能力”。“一個(gè)基礎(chǔ)”就是以有限元方法基本原理為基礎(chǔ)，讓學(xué)生掌握?qǐng)?jiān)實(shí)的有限元方法的數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)，了解該領(lǐng)域知識(shí)所形成的過(guò)程，為今后進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和知識(shí)創(chuàng)新打下基礎(chǔ)；而“兩種能力”就是進(jìn)行有限元分析的建模能力，以及針對(duì)實(shí)際問(wèn)題的專(zhuān)題分析能力，以培養(yǎng)學(xué)生參與實(shí)踐的綜合素質(zhì)，使之成為學(xué)生親身體驗(yàn)的實(shí)踐環(huán)節(jié)?！　≌浅鲇谶@樣的考慮，我們?cè)O(shè)計(jì)并編寫(xiě)了本書(shū)，并定位為針對(duì)高年級(jí)本科生和應(yīng)用型研究生，培養(yǎng)具有扎實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)、寬泛專(zhuān)業(yè)背景、較強(qiáng)實(shí)踐能力的人才，為開(kāi)展有限元方法的應(yīng)用型及研究型課程教學(xué)提供新的素材。　　本書(shū)力求反映出一種新的教學(xué)理念，由以前以教師傳播知識(shí)為主要特征的傳授型教學(xué)模式，向以培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知能力和實(shí)踐能力為主要特征的應(yīng)用型及研究型教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，并以教材為載體，營(yíng)造出研究型課程教學(xué)的環(huán)境，圍繞這一思路進(jìn)行本書(shū)的體系設(shè)計(jì)。

內(nèi)容概要

本書(shū)針對(duì)有限元方法的基本原理與專(zhuān)題應(yīng)用這兩方面進(jìn)行編寫(xiě)，分為兩部分，共8章。第一部分為有限元方法的基本原理，包括第1～4章，內(nèi)容有引論，桿、梁結(jié)構(gòu)分析的有限元方法，連續(xù)變形體的力學(xué)描述，連續(xù)變形體分析的有限元方法；第二部分為有限元方法的專(zhuān)題應(yīng)用，包括第5～8章，內(nèi)容有靜力結(jié)構(gòu)的分析、傳熱問(wèn)題的分析、彈塑性問(wèn)題的分析、振動(dòng)問(wèn)題的分析。第一部分強(qiáng)調(diào)有限元方法的工程概念與理解，從桿、梁結(jié)構(gòu)人手，基于剛度分析的直接方法引入有限元方法的基本原理，并擴(kuò)展到連續(xù)體結(jié)構(gòu)的分析，讀者僅具有材料力學(xué)及矩陣方面的基本知識(shí)就可以閱讀；而在第二部分，則強(qiáng)調(diào)有限元方法在工程中的應(yīng)用，提供了基于ANSYS軟件平臺(tái)的建模算例，可以使讀者在“學(xué)中用、用中學(xué)”的交互方式中掌握有限元方法。全書(shū)提供了多樣化的例題以及具有一定深度及廣度的ANSYS算例，以便于讀者研習(xí)。

作者簡(jiǎn)介

曾攀 男，1963年生，海南省?？谑腥?。1988年在清華大學(xué)獲博士學(xué)位，1988～1992年先后在大連理工大學(xué)和西南交通大學(xué)從事兩站博士后研究(領(lǐng)域?yàn)橛?jì)算力學(xué))，為國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者(1998)、長(zhǎng)江學(xué)者(2000)、德國(guó)“洪堡”學(xué)者(1994～1995)、“新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程”國(guó)

書(shū)籍目錄

前言第一部分  有限元方法的基本原理　第1章  引論    1．1 概況    1．2 各類(lèi)力學(xué)課程的分類(lèi)與特征    1．3 有限元方法的歷史    1．4 有限元分析軟件    1．5 本章要點(diǎn)　第2章  桿、梁結(jié)構(gòu)分析的有限元方法    2．1 簡(jiǎn)單彈簧系統(tǒng)的力學(xué)分析過(guò)程    2．2 桿結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析過(guò)程    2．3 桿單元及坐標(biāo)變換    2．4 梁?jiǎn)卧白鴺?biāo)變換    2．5 邊界條件的處理    2．6 有限元分析的基本步驟及表達(dá)式    2．7 典型例題    2．8 本章要點(diǎn)    習(xí)題　第3章  連續(xù)變形體的力學(xué)描述    3．1 一般變形體的描述及變量定義    3．2 平面問(wèn)題的基本力學(xué)方程    3．3 空間問(wèn)題的基本力學(xué)方程    3．4 彈性問(wèn)題中的能量表示    3．5 虛位移、虛應(yīng)變與虛功原理    3．6 材料破壞的力學(xué)準(zhǔn)則    3．7 典型例題    3．8 本章要點(diǎn)    習(xí)題　第4章  連續(xù)變形體分析的有限元方法    4．1 平面問(wèn)題的單元構(gòu)造    4．2 軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題及其單元構(gòu)造    4．3 空間問(wèn)題的單元構(gòu)造    4．4 單元分布力的處理    4．5 參數(shù)單元的一般原理和數(shù)值積分    4．6 關(guān)于有限元方法的收斂性    4．7 典型例題    4．8 本章要點(diǎn)    習(xí)題第二部分  有限元方法的專(zhuān)題應(yīng)用　第5章  靜力結(jié)構(gòu)的分析    5．1 桿、梁結(jié)構(gòu)的ANSYS分析算例    5．2 連續(xù)體結(jié)構(gòu)的ANSYS分析算例    5．3 本章要點(diǎn)    習(xí)題　第6章  傳熱問(wèn)題的分析    6．1 傳熱分析的基本方程    6．2 穩(wěn)態(tài)傳熱與瞬態(tài)傳熱分析的有限元列式    6．3 熱應(yīng)力分析的有限元列式    6．4 典型例題    6．5 傳熱及熱應(yīng)力問(wèn)題的ANSYS分析算例    6．6 本章要點(diǎn)    習(xí)題　第7章  彈塑性問(wèn)題的分析    7．1 彈塑性分析的基本方程及有限元列式    7．2 典型例題    7．3 彈塑性問(wèn)題的ANSYS分析算例    7．4 本章要點(diǎn)    習(xí)題　第8章  振動(dòng)問(wèn)題的分析    8．1 振動(dòng)分析的基本方程及有限元列式    8．2 典型例題    8．3 振動(dòng)問(wèn)題的ANSYS分析算例    8．4 本章要點(diǎn)    習(xí)題附錄A ANSYS軟件的基本操作附錄B 常用的材料常數(shù)及單位換算表參考文獻(xiàn)中文索引英文索引命令流編程索引表

編輯推薦

　　普通高等教育機(jī)械類(lèi)國(guó)家級(jí)特色專(zhuān)業(yè)系列規(guī)劃教材，北京市高等教育精品教材立項(xiàng)項(xiàng)目　　2009年北京高等教育精品教材建設(shè)立項(xiàng)項(xiàng)目（重大支持項(xiàng)目）　　基本原理、建模方法與專(zhuān)題應(yīng)用并重，對(duì)讀者的前置基礎(chǔ)要求較低　　提供多樣化的例題及ANSYS算例，便于讀者自學(xué)和復(fù)習(xí)　　涉及精力結(jié)構(gòu)、傳熱問(wèn)題、彈塑性問(wèn)題、振動(dòng)問(wèn)題等多個(gè)領(lǐng)域　　為“學(xué)中用、用中學(xué)”的參與式，實(shí)踐性教學(xué)方式提供素材

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