實(shí)用有限元分析技術(shù)

前言

有限元法是求解工程與科學(xué)問(wèn)題的一種非常有效的數(shù)值分析方法，而ANSYS是一個(gè)優(yōu)秀的有限元分析軟件，在求解力、熱、電、磁等科學(xué)問(wèn)題以及機(jī)械、動(dòng)力、土木、船舶、汽車(chē)、航空、材料、電子等工程問(wèn)題中都得到了非常廣泛的應(yīng)用。本書(shū)是作者多年來(lái)從事有限元法教學(xué)以及ANSYS軟件培訓(xùn)工作的理論概括、技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。本書(shū)的素材來(lái)源于作者先后在武漢理工大學(xué)開(kāi)設(shè)的“船舶結(jié)構(gòu)有限元分析”等本科生和研究生課程的講義，以及在校內(nèi)外多次為研究生和工程技術(shù)人員進(jìn)行有限元法及ANSYS軟件的教學(xué)和培訓(xùn)的講稿。本書(shū)結(jié)構(gòu)分析部分主要基于楊永謙教授和肖金生教授多年來(lái)的科研和教學(xué)工作的積累。本書(shū)不僅僅是介紹有限元法基本理論和基本算法的理論性基礎(chǔ)教材，也不僅僅是介紹ANSYS軟件的各項(xiàng)功能及操作步驟的指南性用戶手冊(cè)，而是一本以有限元法為手段，以ANSYS軟件為工具，指導(dǎo)如何利用數(shù)值分析方法求解復(fù)雜的工程實(shí)際問(wèn)題的書(shū)籍。本書(shū)不詳細(xì)介紹工程問(wèn)題的系統(tǒng)理論以及有限元法的具體算法，也沒(méi)有羅列ANSYS軟件全部功能和詳細(xì)步驟，而只介紹讀者在著手解決工程實(shí)際問(wèn)題時(shí)所必須掌握的基本方法和應(yīng)用技巧。因此，本書(shū)不同于有限元法的理論書(shū)籍，也不同于ANSYS軟件的使用指南，而是一本以ANSYS軟件為教學(xué)平臺(tái)的有限元專(zhuān)題應(yīng)用以及使用技巧的書(shū)籍。全書(shū)共5篇計(jì)20章，內(nèi)容豐富，實(shí)用性強(qiáng)。第1篇為有限元模型專(zhuān)題，第2篇為結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析專(zhuān)題，第3篇為結(jié)構(gòu)非線性有限元分析專(zhuān)題，第4篇為船體結(jié)構(gòu)有限元分析專(zhuān)題，第5篇為流固耦合振動(dòng)分析專(zhuān)題。本書(shū)某些專(zhuān)題中應(yīng)用的實(shí)例使用ANSYS早期版本，且沒(méi)有在ANSYS10.0和11.0版本上驗(yàn)證，但并不影響讀者參考這些實(shí)例來(lái)解決自己所遇到的工程問(wèn)題。其中一些程序必須注意的是：用GUI操作得到的點(diǎn)、線、面命令，在不同機(jī)器和不同ANSYS版本上可能不一致，因此不能通用，特此說(shuō)明。本書(shū)編著工作由楊永謙和肖金生負(fù)責(zé)，參加本書(shū)編著工作的有楊永謙、肖金生、劉杰、趙在理、錢(qián)偉、尹奇志和楊天麒。劉海強(qiáng)、江愛(ài)林、張小軍、劉坤、蔡永華、彭政、童亮、夏勝雄和徐林志等為本書(shū)的完成也付出了辛勤的勞動(dòng)，在此表示感謝。由于作者水平有限，書(shū)中缺點(diǎn)和錯(cuò)誤在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

有限元法是求解工程與科學(xué)問(wèn)題的一種非常有效的數(shù)值分析方法，而ANSYS是一個(gè)優(yōu)秀的有限元分析軟件，在求解力、熱、電、磁等科學(xué)問(wèn)題以及機(jī)械、動(dòng)力、土木、船舶、汽車(chē)、航空、材料、電子等工程問(wèn)題中都得到了非常廣泛的應(yīng)用。    本書(shū)是作者多年來(lái)從事有限元法教學(xué)以及ANSYS軟件培訓(xùn)工作的理論概括、技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。全書(shū)共5篇計(jì)20章，內(nèi)容豐富，實(shí)用性強(qiáng)。第1篇為有限元模型專(zhuān)題，第2篇為結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析專(zhuān)題，第3篇為結(jié)構(gòu)非線性有限元分析專(zhuān)題，第4篇為船體結(jié)構(gòu)有限元分析專(zhuān)題，第5篇為流固耦合振動(dòng)分析專(zhuān)題。附錄中還總結(jié)了ANSYS相關(guān)的34個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。    本書(shū)適合于使用ANSYS進(jìn)行工程求解的工程技術(shù)人員及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的師生，也可作為ANSYS軟件的教學(xué)和培訓(xùn)的教材。

書(shū)籍目錄

前言緒論1第1篇  有限元模型專(zhuān)題  第1章  有限元模型化問(wèn)題    1.1  網(wǎng)格與收斂    1.2  完全積分、體積鎖定、剪切鎖定    1.3  一致縮減積分與沙漏模式    1.4  建模的一般原則  第2章  網(wǎng)格誤差估計(jì)與局部網(wǎng)格細(xì)化    2.1  網(wǎng)格誤差估計(jì)    2.2  局部網(wǎng)格細(xì)化第2篇  結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析專(zhuān)題  第3章  模態(tài)分析    3.1  模態(tài)分析的一般描述    3.2  模態(tài)分析步驟    3.3  有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析    3.4  計(jì)算實(shí)例：Tacoma吊橋模態(tài)分析  第4章  諧響應(yīng)分析    4.1  諧響應(yīng)分析的一般描述    4.2  模態(tài)疊加法的基本原理    4.3  諧響應(yīng)分析步驟與計(jì)算實(shí)例    4.4  有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析步驟    4.5  計(jì)算實(shí)例：Tacoma吊橋風(fēng)振破壞分析  第5章  瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析    5.1  瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的一般描述    5.2  瞬態(tài)分析積分時(shí)間步長(zhǎng)選取準(zhǔn)則    5.3  初始條件    5.4  完整法瞬態(tài)分析    5.5  模態(tài)疊加法瞬態(tài)分析步驟與計(jì)算實(shí)例第3篇  結(jié)構(gòu)非線性有限元分析專(zhuān)題  第6章  非線性分析的基本過(guò)程    6.1  非線性問(wèn)題的種類(lèi)    6.2  非線性求解Newton?Raphson法    6.3  收斂性    6.4  載荷步、子步、平衡迭代步、時(shí)間的意義    6.5  非線性求解自動(dòng)控制及非線性求解步驟    6.6  非線性計(jì)算實(shí)例    6.7  高級(jí)求解控制  第7章  應(yīng)力剛化與旋轉(zhuǎn)軟化    7.1  應(yīng)力剛化    7.2  旋轉(zhuǎn)軟化  第8章  幾何非線性    8.1  幾何非線性的特征    8.2  大應(yīng)變與應(yīng)力張量    8.3  ANSYS程序中應(yīng)變與應(yīng)力的度量    8.4  離散的非線性有限元形式與一致剛度矩陣    8.5  大變形（大撓度、大轉(zhuǎn)動(dòng)、小應(yīng)變）    8.6  大應(yīng)變、大變形分析實(shí)例  第9章  屈曲分析    9.1  屈曲分析的基本概念    9.2  特征值屈曲分析與計(jì)算實(shí)例    9.3  非線性屈曲分析、弧長(zhǎng)法與計(jì)算實(shí)例    9.4  后屈曲分析實(shí)例  第10章  材料非線性    10.1  彈塑性分析    10.2  塑性選項(xiàng)及塑性材料特性的輸入    10.3  彈塑性有限元求解原理    10.4  彈塑性分析步驟與計(jì)算實(shí)例    10.5  超彈性材料    10.6  超彈性分析步驟與計(jì)算實(shí)例第4篇  船體結(jié)構(gòu)有限元分析專(zhuān)題  第11章  船體有限元分析概述  第12章  板梁組合結(jié)構(gòu)計(jì)算    12.1  梁模型    12.2  交叉梁系（板架）計(jì)算    12.3  板梁組合結(jié)構(gòu)計(jì)算示例  第13章  艙段有限元分析    13.1  《CCS散貨船、油船直接計(jì)算指南》的有關(guān)規(guī)定    13.2  《CCS集裝箱船艙段直接計(jì)算指南》的有關(guān)規(guī)定    13.3  《IACS散貨船結(jié)構(gòu)共同規(guī)范直接強(qiáng)度分析》的有關(guān)規(guī)定    13.4  施加舷外水壓力的方法    13.5  計(jì)算剖面形心    13.6  大開(kāi)口船舶艙段計(jì)算示例  第14章  全船有限元分析    14.1  全船有限元分析的目的    14.2  有限元計(jì)算模型    14.3  首、尾端建模方法    14.4  平衡調(diào)整    14.5  計(jì)算實(shí)例  第15章  局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析    15.1  實(shí)肋板上有開(kāi)孔的應(yīng)力分析示    15.2  數(shù)據(jù)文件及計(jì)算結(jié)果  第16章  自由體結(jié)構(gòu)的慣性釋放計(jì)算    16.1  慣性釋放概述    16.2  慣性釋放計(jì)算實(shí)例    16.3  慣性釋放在船體結(jié)構(gòu)計(jì)算中的應(yīng)用  第17章  有限元二次解析——子模型分析    17.1  子模型分析步驟    17.2  計(jì)算實(shí)例第5篇  流固耦合振動(dòng)分析專(zhuān)題  第18章  耦合場(chǎng)分析概述    18.1  耦合場(chǎng)分析的定義    18.2  耦合場(chǎng)分析方法  第19章  流固耦合振動(dòng)理論模型    19.1  流固耦合概述    19.2  流固耦合方程  第20章  流固耦合振動(dòng)應(yīng)用實(shí)例    20.1  流固耦合問(wèn)題分析步驟    20.2  水下鋼環(huán)自然頻率計(jì)算實(shí)例附錄Ⅰ  單位制附錄Ⅱ  ANSYS問(wèn)題集錦參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：在機(jī)械、土木、船舶、車(chē)輛、航天、航空、能源、化工、材料、電力、電子學(xué)工程領(lǐng)域中，通常存在著熱、力、電、磁等物理過(guò)程以及化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，形成各種各樣的工程問(wèn)題。工程問(wèn)題中的物理化學(xué)過(guò)程，通常遵循一定的定律和原理，例如，物質(zhì)不滅定律或質(zhì)量守恒原理、牛頓第二定律或動(dòng)量守恒原理、熱力學(xué)第一定律或能量守恒原理?；谶@些定律和原理，可以導(dǎo)出相應(yīng)的工程問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。這些數(shù)學(xué)模型，一般是常有邊界條件和初始條件的微分方程組。邊界條件和初始條件合稱為定解條件。微分方程組及其定解條件是工程問(wèn)題的微分方程表述，或稱為微分方程問(wèn)題。這里微分方程可能是常微分方程，也可以是偏微分方程。微分方程或是微分方程組只有在非常簡(jiǎn)單的求解區(qū)域、物性參數(shù)、邊界條件和初始條件下，才能獲得解析解。有些工程問(wèn)題所遵循的定律或原理以變分原理形式存在，例如，虛功原理或最小位能原理。即這些工程問(wèn)題存在變分原理表述，或稱為變分原理問(wèn)題。

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《實(shí)用有限元分析技術(shù):ANSYS專(zhuān)題與技巧》針對(duì)工程實(shí)際中的若干重要專(zhuān)題，總結(jié)作者們多年從事有限元分析的經(jīng)驗(yàn)，基于ANSYA有限元分析平臺(tái)，從理論、方法到技巧全方位地向讀者介紹實(shí)用有限元分析技術(shù)，以適應(yīng)讀者應(yīng)用ANAYA解決工程實(shí)際問(wèn)題的高級(jí)需求。第1篇有限元模型專(zhuān)題；第2篇結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析專(zhuān)題；第3篇結(jié)構(gòu)非線性有限元分析專(zhuān)題；第4篇船體結(jié)構(gòu)有限元分析專(zhuān)題；第5篇流固耦合振動(dòng)分析專(zhuān)題。

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