機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析

前言

有限元法（FEM），作為一種通用的數(shù)值計(jì)算方法，從20世紀(jì)50年代發(fā)展至今，以其理論基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)際的數(shù)值計(jì)算。其應(yīng)用范圍已從最初的固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域擴(kuò)展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電磁學(xué)、聲學(xué)等領(lǐng)域，從簡(jiǎn)單的靜力分析發(fā)展到動(dòng)態(tài)分析、非線性分析、多物理場(chǎng)耦合分析等復(fù)雜運(yùn)算。尤其是隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的快速發(fā)展和各種成熟的有限元分析軟件產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用，有限元法連同計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）已成為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的核心，被公認(rèn)為是提高產(chǎn)品及工程設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率的最有效工具。目前，已被普遍列為工科院校機(jī)械工程、工程力學(xué)、土木工程等眾多專(zhuān)業(yè)的本科選修課程。本書(shū)涉獵的范圍為機(jī)械結(jié)構(gòu)靜力的有限元分析。有限元分析課程是本科、專(zhuān)科生在學(xué)完材料力學(xué)和畢業(yè)設(shè)計(jì)之前開(kāi)設(shè)的課程，應(yīng)保證學(xué)生學(xué)完該課程后能夠?qū)Σ牧狭W(xué)理論有更加深入的理解和在畢業(yè)設(shè)計(jì)中能運(yùn)用有限元分析，因此所用教材要滿足知識(shí)面寬廣、實(shí)用和適合實(shí)戰(zhàn)等要求。作者多年從事有限元分析課程的教學(xué)工作，對(duì)教材的選擇一直比較困惑：有的教材全篇都是有限元理論，內(nèi)容枯燥，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)也很難滿足學(xué)生上機(jī)需要；有的教材是ANSYS實(shí)例教程，能滿足學(xué)生上機(jī)需要，但沒(méi)有有限元理論做鋪墊，成了空中樓閣，必然造成知識(shí)結(jié)構(gòu)上的先天不足，也很難達(dá)到良好的教學(xué)效果。作者根據(jù)日常應(yīng)用ANSYS的工程實(shí)踐和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，參閱了大量論文、專(zhuān)著以及相關(guān)的網(wǎng)頁(yè)資料，把MA'I’LAB編制簡(jiǎn)單的m文件處理矩陣和圖形可視化的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于有限元基本理論和桁架，利用方便交互操作的ANSYS直觀易讀的主菜單進(jìn)行了圖示化操作等，并介紹了ANSYS’Workbench的工程應(yīng)用，完成了全書(shū)的編撰，書(shū)中有很多內(nèi)容都是原創(chuàng)。

內(nèi)容概要

　　《機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析：ANSYS與ANSYS Workbench工程應(yīng)用》系統(tǒng)、全面地介紹了有限元法的基本概念、基礎(chǔ)理論、基于ANSYS的有限元建模方法及其工程應(yīng)用，使理論和實(shí)踐應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，讓讀者不僅對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析有較為全面的了解，更重要的是學(xué)會(huì)如何使用有限元法應(yīng)用于畢業(yè)設(shè)計(jì)和解決實(shí)際工程問(wèn)題。《機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析：ANSYS與ANSYS Workbench工程應(yīng)用》能使本科生充分鞏固材料力學(xué)理論、掌握有限元分析的原理和滿足本科生上機(jī)需要，通過(guò)《機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析：ANSYS與ANSYS Workbench工程應(yīng)用》的學(xué)習(xí)可以為畢業(yè)設(shè)計(jì)和以后工作提供幫助?！　NSYS是《機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析：ANSYS與ANSYS Workbench工程應(yīng)用》不可分割的一部分，全書(shū)按點(diǎn)（關(guān)鍵點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)）、線（桁架、梁?jiǎn)卧⒚妫ㄆ矫鎲卧?、體（三維實(shí)體）內(nèi)容展開(kāi)，共分9章，第1章緒論、第2章ANSYS基本操作、第3章桁架、第4章梁的理論與實(shí)例、第5章平面問(wèn)題和軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題的有限元法、第6章薄板彎曲問(wèn)題的有限元法、第7章空間軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題、第8章三維實(shí)體和第9章ANSYS WORKBENCH簡(jiǎn)介應(yīng)用?！　　稒C(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析：ANSYS與ANSYS Workbench工程應(yīng)用》面向高等院校機(jī)械工程的本科生和有限元分析的初學(xué)者，對(duì)于未接觸過(guò)有限元的工程師來(lái)說(shuō)，《機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析：ANSYS與ANSYS Workbench工程應(yīng)用》亦可作為深入理解有限元基本概念的入門(mén)教材。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論1.1 有限元法國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況1.2 基于MATLAB的有限元法基本理論1.2.1 變分法1.2.2 Rayleigh-Ritz方法1.2.3 加權(quán)余量法1.2.4 函數(shù)降階與試探函數(shù)1.3 有限元的特點(diǎn)1.4 有限元法的應(yīng)用1.4.1 有限元法的應(yīng)用范圍1.4.2 有限元法在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用思考題第2章 ANSYS基本操作2.1 ADSYS12.0基本介紹2.1.1 ANSYS12.0運(yùn)行環(huán)境的配置2.1.2 ANSYS12.0界面介紹2.1.3 ANSYS文件類(lèi)型2.1.4 ANSYS工作方式2.1.5 ANSYS的基本分析步驟2.2 建立模型2.2.1 指定工作目錄、作業(yè)名和分析標(biāo)題2.2.2 定義圖形界面過(guò)濾參數(shù)2.2.3 ANSYS的單位制2.2.4 定義單元類(lèi)型2.2.5 定義單元實(shí)常數(shù)2.2.6 定義材料屬性2.2.7 創(chuàng)建幾何模型2.2.8 對(duì)實(shí)體模型劃分網(wǎng)格2.3 加載和求解2.3.1 加載2.3.2 求解2.4 后處理2.4.1 讀入結(jié)果數(shù)據(jù)2.4.2 使用單元表2.4.3 使用POSTl查看計(jì)算結(jié)果思考題第3章 桁架3.1 一維桁架3.1.1 一維桁架傳統(tǒng)法求解理論3.1.2 一維桁架傳統(tǒng)法求解方法3.1.3 基于ANSYS的有限元分析過(guò)程3.2 二維桁架3.2.1 二維桁架基礎(chǔ)理論3.2.2 二維桁架工程實(shí)例傳統(tǒng)解法3.2.3 傳統(tǒng)解題方法3.2.4 基于MATLAB的求解方法3.2.4 基于ANSYS的求解方法3.3 空間桁架3.3.1 引言3.3.2 三維桁架分析理論基礎(chǔ)3.3.3 編程思路3.3.4 程序?qū)崿F(xiàn)3.3.5 結(jié)論3.3.6 基于ANSYS的有限元分析方法思考題第4章 梁理論與實(shí)例4.1 梁理論4.2 ANSYS梁?jiǎn)卧?.3 位移函數(shù)推導(dǎo)梁?jiǎn)卧挠邢拊袷?.4 梁結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析實(shí)例4.4.1 均布載荷力下梁的撓度分析4.4.2 橋式起重機(jī)大梁受到均布載荷和集中力作用下的分析4.4.3 懸臂梁優(yōu)化算例思考題第5章 平面問(wèn)題和軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題的有限元法5.1 平面問(wèn)題基本知識(shí)5.1.1 平面應(yīng)力問(wèn)題5.1.2 平面應(yīng)變問(wèn)題5.1.3 平面問(wèn)題基本方程5.1.4 平面問(wèn)題的三角形單元求解5.2 軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)惠基本知識(shí)5.2.1 軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題的定義5.2.2 基本變量和基本方程5.3 板分析實(shí)例5.3.1 問(wèn)題的描述5.3.2 ANSYS操作步驟5.4 軸對(duì)稱(chēng)圓筒分析實(shí)例5.4.1 問(wèn)題描述5.4.2 ANSYS操作步驟思考題第6章 薄板彎曲問(wèn)題的有限元法6.1 薄板彎曲的基本方程6.1.1 定義及假設(shè)6.1.2 薄板彎曲的基本方程6.2 矩形薄板單元分析6.2.1 矩形薄板單元的位移函數(shù)6.2.2 矩形薄板單元的剛度矩陣6.2.3 矩形薄板單元的載荷移置6.2.4 計(jì)算例題6.3 三角形薄板單元分析6.3.1 三角形薄板單元的位移函數(shù)6.3.2 三角形薄板的單元?jiǎng)偠染仃?.3.3 三角形薄板單元的載荷移置6.4 ANSTS求解板殼問(wèn)題6.4.1 殼單元的定義與使用6.4.2 帶有加強(qiáng)筋平板的靜力分析思考題第7章 空間軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題7.1 離散化7.2 單元的應(yīng)變和應(yīng)力7.2.1 單元位移函數(shù)7.2.2 幾何方程7.2.3 應(yīng)力方程7.3 單元?jiǎng)偠染仃嚭偷刃Ч?jié)點(diǎn)載荷7.3.1 單元?jiǎng)偠染仃?.3.2 等效節(jié)點(diǎn)載荷第8章 三維實(shí)體8.1 三維實(shí)體模型的定義8.2 四節(jié)點(diǎn)四面體單元8.3 基于四節(jié)點(diǎn)四面體單元的三維固體力學(xué)問(wèn)題的有限元分析8.4 ANSYs中的三維單元示例8.4.1 熱力學(xué)一實(shí)體單元8.4.2 結(jié)構(gòu)一實(shí)體單元8.5 三維實(shí)體楚模8.5.1 模型生成8.5.2 實(shí)體造型8.6 ANSYS與其他三維楚模軟件的接口8.6.1 用IGES文件進(jìn)行工作8.6.2 GES輸入過(guò)程8.6.3 ANSYS和Pro／E接口方法8.6.4 ANSYS和Catia接口方法8.7 對(duì)實(shí)體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格的方法8.7.1 如何對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分8.7.2 定義單元類(lèi)型8.7.3 網(wǎng)格劃分控制8.8 工程實(shí)例——輪子的受力分析8.8.1 問(wèn)題的描述8.8.2 GUI操作方式8.8.3 命令流方式思考題第9章 ANSYS Workberich簡(jiǎn)介及應(yīng)用9.1 參數(shù)化建模模塊DM9.1.1 DM模塊啟動(dòng)9.1.2 DM中建立螺旋彈簧模型9.1.3 簡(jiǎn)單幾何體特征創(chuàng)建9.2 分析工具模塊Dosign　Space9.2.1 DS模塊啟動(dòng)9.2.2 螺旋彈簧的靜力分析9.2.3 螺旋彈簧的模態(tài)分析9.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊DX9.3.1 DX模塊啟動(dòng)9.3.2 螺旋彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：載荷子步為載荷步中的時(shí)間點(diǎn)，是對(duì)載荷步的進(jìn)一步細(xì)化。如在非線性靜力或穩(wěn)態(tài)分析中使用載荷子步逐漸施加載荷可以獲得較精確的解。在瞬態(tài)分析中，用載荷子步來(lái)滿足瞬態(tài)時(shí)間積分法則。3）時(shí)間的作用在所有靜態(tài)和瞬態(tài)分析中，ANsYS使用時(shí)間做為跟蹤參數(shù)，而不論分析是否依賴(lài)于時(shí)間。其好處是：在所有情況下可以使用一個(gè)不變的“計(jì)數(shù)器”或“跟蹤器”，不需要依賴(lài)于具體的分析的術(shù)語(yǔ)。此外，時(shí)間總是單調(diào)增加的，且自然界中大多數(shù)事情的發(fā)生都經(jīng)歷一段時(shí)間，而不論該時(shí)間是多么短暫。在瞬態(tài)分析或與速率相關(guān)的靜態(tài)分析（蠕變或黏塑性）中，時(shí)間是指具體的、代表實(shí)際的、按年月順序的時(shí)間，用秒表示。在指定載荷歷程時(shí)，在每個(gè)載荷步的結(jié)束點(diǎn)賦時(shí)間值。然而，在不依賴(lài)于速率的分析中，時(shí)間僅僅稱(chēng)為一個(gè)識(shí)別載荷步和載荷子步的計(jì)數(shù)器，而不再表示具體的時(shí)間值。

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