有限元方法（第5版）第3卷流體動力學

譯者前言Ⅰ

前言Ⅲ

1引文及流體動力學方程

1.1本書所涉及流體力學問題的概述與分類

1.2流體力學控制方程

1.3不可壓縮（或近似不可壓縮）流動

1.4本章小結

參考文獻

2對流主導問題： 對流擴散方程的有限單元近似

2.1引言

2.2一維定常問題

2.3二維（或三維）定常問題

2.4定常問題——結論

2.5瞬態(tài)介紹

2.6基于特征線的方法

2.7標量變量的TaylorGalerkin方法

2.8定常條件

2.9非線性波和激波

2.10向量變量

2.11總結和結論

參考文獻

3可壓縮和不可壓縮流動的一般方法——特征分裂方法

3.1前言

3.2特征分裂方法（CBS）

3.3顯式、半隱式和近似隱式格式

3.4“避免”BabuskaBrezzi（BB）約束

3.5單步格式

3.6邊界條件

3.7無粘問題的兩步和單步算法

3.8結論

參考文獻

4不可壓縮層流——牛頓和非牛頓流體

4.1引言和基本方程

4.2無粘不可壓縮流動（有勢流）

4.3不可壓縮流動和近似不可壓縮流動的CBS算法

4.4邊界出口條件

4.5自適應網(wǎng)格加密

4.6為瞬時問題生成的自適應網(wǎng)格

4.7穩(wěn)定對流項的重要性

4.8蠕流——混合和罰函數(shù)

4.9非牛頓流體——金屬與聚合體成形

4.10求解瞬態(tài)金屬成形問題的直接位移法

4.11總結

參考文獻

5自由表面，浮力和不可壓縮湍流

5.1前言

5.2自由表面流動

5.3浮力驅動的流動

5.4湍流

參考文獻

6可壓縮高速氣體流動

6.1引言

6.2控制方程

6.3邊界條件——亞音速和超音速流動

6.4數(shù)值近似和CBS算法

6.5激波捕捉

6.6Euler方程的一些簡單例子

6.7自適應加密和Euler問題中的激波捕捉

6.8定常中的三維非粘性示例

6.9二維和三維的瞬時問題

6.10二維粘性問題

6.11三維粘性問題

6.12邊界層——無粘Euler解的耦合

6.13總結

參考文獻

7淺水流問題

7.1引言

7.2淺水流方程的基礎

7.3數(shù)值近似

7.4應用實例

7.5干燥區(qū)域

7.6淺水輸運

參考文獻

8波

8.1引言與方程

8.2閉區(qū)域內的波——有限元模擬

8.3模擬表面波的難點

8.4底部摩擦和其他影響

8.5短波問題

8.6無界區(qū)域內的波（外表面波動問題）

8.7無界問題

8.8邊界阻尼

8.9與到外問題求解的連接

8.10無限元

8.11映射周期無限元

8.12Burnett和Holford橢圓形無限元

8.13波包無限元

8.14無限元的精度

8.15瞬態(tài)問題

8.16表面波的三維效應

參考文獻

9用計算機實現(xiàn)CBS算法

9.1引言

9.2數(shù)據(jù)輸入模塊

9.3求解模塊

9.4輸出模塊

9.5CBS流動程序可能的擴展

參考文獻

附錄ANavierStokes方程的非守恒形式

附錄B求解對流擴散方程的非連續(xù)Galerkin方法

附錄C基于邊界的有限元公式

附錄D多重網(wǎng)格

附錄E邊界層無粘流耦合

索引

《有限元方法》一書涵蓋了有限元的基本方法，以及這一方法在固體和結構力學、流體動力學問題中的應用。第1卷完整地介紹了有限元方法的基礎知識，適于本科生、研究生以及專業(yè)工程師學習。第2卷集中介紹了有限元方法在非線性固體和結構力學中的應用，適合這一領域內的研究生和專業(yè)工程師閱讀。本書為其第3卷，面向有一定流體力學基礎的讀者，集中介紹有限元方法在流動數(shù)值模擬中的應用。盡管本卷是與第1卷配套出版的，但對于通過其他途徑學習有限元方法的讀者，也適于單獨閱讀。

內容包括：

特征分裂方法，這是一種統(tǒng)一算法，應用于亞音速、超音速和高超音速流動；

特征Galerkin方法的最新研究進展；

處理超音速和高超音速問題的最新方法；

解決自由表面問題中的最新進展；

研究周期短波問題的新方法；

工程中的有限元方法（第3版）

作者：曾攀

ISBN：9787302131724

定價：45元

印次：1-1

裝幀：平裝

印刷日期：2006-11-7

該書是近年來在國際上有限元分析教學方面具有較大影響的大學教程之一，由著名的PrenticeHall公司出版第3版。該書的一個顯著特點是：在介紹有限元方法基本原理的同時，提供相應的工程背景和建模技巧，書中所給出的實例和習題幾乎都對應有或涉及到實際工程背景，使讀者在學習過程中就體會和了解實際問題的有限元建模過程。全書共分12章，第1章和第2章為基礎知識，包括力學分析基礎和矩陣代數(shù)；第3章和第4章為一維問題的有限元方法，包括桿單元和桁架單元；第5章至第7章為二維連續(xù)體問題的有限元方法，包括常應變三角形單元(CST)、軸對稱單元和等參元；第8章為三維的梁單元和框架單元；第9章為三維連續(xù)體問題的有限元方法；第10章為標量場問題的有限元方法，涉及傳熱、扭轉、流體流動、滲透、電磁場、管道流動、聲學等問題；第11章為動力學問題的有限元方法；第12章為有限元分析的前后處理。

該書特別考慮了課程教學的特點，注重方法原理的論述與實用例題的展示，提供了250多個圖示和大量的實例，本書所附光盤還提供了所有的計算機程序源代碼。

該書可作為機械、力學、土木、水利、航空航天等專業(yè)的高年級本科生、研究生的教材或教學參考書，也可供工程技術人員、科研工作者使用；若該書與原英文教材結合起來使用，可成為學習專業(yè)英語和開展雙語教學的成套教材。

目錄

第1章基本概念1

1.1引言1

1.2歷史背景1

1.3本書概要2

1.4應力與平衡方程2

1.5邊界條件4

1.6應變位移關系5

1.7應力-應變關系5

1.8溫度效應8

1.9勢能與平衡方程，RayleighRitz法8

1.10Galerkin方法12

1.11圣維南原理14

1.12von Mises應力15

1.13計算機程序15

1.14小結16

有限元發(fā)展過程的參考文獻16

習題16

第2章矩陣代數(shù)與高斯消元法20

2.1矩陣代數(shù)20

2.2高斯消元法27

2.3方程求解的共軛梯度法37

習題39

程序清單40

第3章一維問題43

3.1概述43

3.2建立有限元模型44

3.3坐標和形狀函數(shù)46

3.4勢能方法49

3.5Galerkin方法52

3.6整體剛度矩陣和載荷列陣的組裝54

3.7K的性質57

3.8有限元方程，邊界條件的處理58

3.9二次形狀函數(shù)71

3.10溫度效應78

習題81

程序清單88

第4章桁架93

4.1引言93

4.2平面桁架問題94

4.3三維桁架問題104

4.4基于帶狀法和特征頂線法對整體剛度矩陣進行組裝106

習題109

程序清單114

第5章三角形常應變單元與二維問題求解117

5.1引言117

5.2有限元模型118

5.3常應變三角形單元（CST）119

5.4建立模型和邊界條件136

5.5正交各向異性材料138

習題145

程序清單152

第6章軸對稱問題156

6.1引言156

6.2軸對稱列式156

6.3有限元建模：軸對稱三角形單元158

6.4建模和邊界條件處理168

習題174

程序清單179

第7章二維等參元與數(shù)值積分182

7.1引言182

7.2四節(jié)點四邊形單元182

7.3數(shù)值積分188

7.4高階單元193

7.5軸對稱問題的四節(jié)點四邊形單元198

7.6四邊形單元的共軛梯度法199

習題202

程序清單204

第8章梁和框架結構208

8.1引言208

8.2有限元列式210

8.3載荷列陣213

8.4邊界條件的處理214

8.5剪切力和彎矩215

8.6具有彈性支承的梁217

8.7平面框架218

8.8三維框架223

8.9討論226

習題229

程序清單235

第9章應力分析中的三維問題242

9.1引言242

9.2有限元分析列式243

9.3應力的計算247

9.4網(wǎng)格劃分247

9.5六面體單元和高階單元251

9.6問題的建模252

9.7有限元矩陣的波前法254

習題259

程序清單261

第10章標量場問題270

10.1引言270

10.2穩(wěn)態(tài)傳熱問題272

10.3扭轉292

10.4位勢流、滲流、電磁場以及管道中的流動問題297

10.5小結307

習題309

程序清單316

第11章動力學分析322

11.1引言322

11.2基本公式322

11.3單元質量矩陣325

11.4特征值與特征向量的求解329

11.5與有限元程序的接口及確定軸旋轉臨界速度的程序343

11.6GUYAN縮減344

11.7剛體模態(tài)347

11.8小結349

習題351

程序清單355

第12章前處理與后處理362

12.1引言362

12.2網(wǎng)格的生成362

12.3后處理369

12.4小結373

習題374

程序清單376

附錄AdA=detJdξdη的證明388

附錄B光盤內容391

附錄C一些材料的典型物理屬性395

附錄D中華人民共和國部分法定計量單位及其與非法定計量單位的換算關系式396

部分習題答案398

索引400

參考文獻411 2100433B

第12篇 軸

第1章 概述

1 軸的分類

2 軸的設計特點和步驟

3 軸的常用材料

第2章 軸的結構設計

1 軸上零件的定位和固定

2 提高軸疲勞強度的結構措施

3 軸伸和軸頸的結構尺寸

4 軸的結構工藝性

第3章 軸的強度計算

1 按轉矩估算軸徑

2 按當量彎矩近似計算軸的強度

3 軸的強度計算實例

第4章 軸的剛度校核

1 軸的彎曲剛度校核

2 軸的扭轉剛度校核

3 軸的剛度計算實例

第5章 軸的臨界轉速

1 不帶圓盤的均質軸的臨界轉速

2 帶圓盤的軸的臨界轉速

3 光軸的一階臨界轉速計算

4 軸的臨界轉速計算示例

第6章 鋼絲軟軸

1 軟軸的結構型式和規(guī)格

2 軟軸的選擇和使用

第7章 低速曲軸

1 曲軸的結構設計

2 曲軸的受力分析與計算

參考文獻

第13篇 滑動軸承

第1章 滑動軸承的應用

1 滑動軸承的類型

2 滑動軸承的基本形式

3 常用軸瓦材料及其性能

4 標準軸套與軸瓦

5 滑動軸承的結構要素

6 滑動軸承的潤滑

7 滑動軸承的速度與載荷

8 滑動軸承設計資料

第2章 無潤滑滑動軸承

1 無潤滑軸承的結構和材料

2 參數(shù)的選擇

3 性能計算

第3章 固體潤滑滑動軸承

1 覆膜軸承

2 燒結軸承

3 浸漬復合軸承

4 鑲嵌軸承

第4章 含油軸承

1 粉末冶金含油軸承

2 鑄銅合計含油軸承

3 成長鑄鐵含油軸承

4 聚合物含油軸承

5 青銅石墨含油軸承

第5章 脂、滴油、油繩或油墊潤滑滑動軸承

1 軸承的性能

2 主要參數(shù)選取

3 適宜的工況參數(shù)

4 潤滑劑及其粘度的選擇

第6章 液體動壓徑向滑動軸承

1 壓力供油徑向圓形軸承

2 多楔徑向軸承

第7章 可傾瓦塊滑動軸承

1 可傾瓦塊徑向軸承

2 可傾瓦塊止推軸承

第8章 液體動壓止推軸承

1 潤滑方式與潤滑油溫度

2 參數(shù)選擇

3 平面瓦塊止推軸承

4 斜-平面瓦塊止推軸承

5 階梯面瓦塊止推軸承

第9章 液體靜壓軸承

1 設計基礎

2 止推軸承

3 徑向軸承

4 徑向止推軸承

5 動靜壓混合軸承

第10章 氣體軸承

1 氣體靜壓軸承

2 氣體動壓軸承

3 氣體動靜壓混合軸承

4 氣體軸承材料與精度

第11章 其他軸承

1 箔軸承

2 靜壓軸承

3 磁力軸承

4 寶石軸承

第12章 滑動軸承座

1 整體有襯正滑動軸承座

2 對開式二螺柱正滑動軸承座

3 對開式四螺柱正滑動軸承座

4 對開式四螺柱斜滑動軸承座

第14篇 滾動軸承

第1章 滾動軸承的分類、結構與代號

1 通用軸承的分類

2 專用軸承的分類、結構與代號

3 關節(jié)軸承的分類、結構與代號

4 直線運動滾動支撐的分類、結構與代號

第2章 滾動軸承的特性與選用

1 常用滾動軸承的特性

2 滾動軸承的選用

第3章 滾動軸承計算

1 滾動軸承的失效形式

2 通用軸承計算

3 關節(jié)軸承的計算

4 直線運動滾動支承計算

第4章 滾動軸承的組合設計

1 軸承配置

2 支承結構的基本形式

3 軸向緊固

4 滾動軸承的配合（摘自GB/T 307.1—2005，GB/T 307.4—2002，GB/T 275—1993）

5 軸承的預緊

6 軸承的密封

7 軸承的潤滑

8 軸承的安裝于拆卸

9 滾動軸承組合典型結構

第5章 滾動軸承支承設計實例

1 立柱式懸臂起重機支承設計

2 圓錐圓柱齒輪減速器支承設計

第6章 常用滾動軸承的基本尺寸與數(shù)據(jù)

1 深溝球軸承

2 調心球軸承

3 角接觸球軸承

4 圓柱滾子軸承

5 調心滾子軸承

6 圓錐滾子軸承

7 推力滾子軸承

8 推力滾子軸承

9 滾針軸承

10 帶座外球面球軸承

11 滾動軸承附件及滾動軸承座

12 回轉支承

13 關節(jié)軸承

14 直線運動滾動支承

附錄

1 國外著名軸承公司通用軸承代號

2 國內外通用軸承代號對照

3 國內外鋼球公差等級對照

4 國內外常用軸承鋼材牌號對照

5 國內外常用軸承油品牌號對照

6 各國滾動軸承代號對照

參考文獻

第15篇 聯(lián)軸器、離合器與制動器

第1章 聯(lián)軸器

1 常用聯(lián)軸器的類型性能、特點及應用

2 機械式聯(lián)軸器的選擇

3 聯(lián)軸器的軸孔型式與鍵槽型式及尺寸

4 固定式剛性聯(lián)軸器

5 可移式剛性聯(lián)軸器

6 萬向聯(lián)軸器

7 彈性聯(lián)軸器

第2章 離合器

1 常用離合器的類型、性能、特點與應用

2 離合器的選用與計算

3 嵌合式離合器

4 摩擦離合器

5 電磁離合器

6 磁粉離合器

7 離心離合器

8 超越離合器

9 安全離合器

10 氣壓離合器和液壓離合器

第3章 制動器

1 制動器的功能、分類、特點與應用

2 制動器的選擇與設計

3 外抱塊式制動器

4 內張?zhí)闶街苿悠?

5 帶式制動器

6 盤式制動器

7 其他制動器和輔助裝置

8 制動器的驅動裝置

9 停止器

參考文獻

第16篇 彈簧

第1章 螺旋彈簧

1 圓柱螺旋彈簧的型式、代號及參數(shù)系列

2 彈簧材料和許用應力

3 壓縮、拉伸彈簧的設計

4 扭轉彈簧的設計

5 圓柱螺旋彈簧技術要求

6 設計計算例題

7 矩形截面圓柱螺旋壓縮彈簧

8 圓錐螺旋壓縮彈簧的設計計算

第2章 蝶形彈簧

1 蝶形彈簧的結構和尺寸系列

2 蝶形彈簧的設計計算

3 蝶形彈簧的許用應力和疲勞極限

4 蝶形彈簧的技術要求

5 計算例題

6 蝶形彈簧工作圖

第3章 開槽蝶形彈簧

1 開槽蝶形彈簧的特性曲線

2 開槽蝶形彈簧設計參數(shù)的選擇

3 開槽蝶形彈簧的設計計算

4 設計計算例題

第4章 片彈簧和線彈簧

1 片彈簧的結構與特點

2 片彈簧的設計計算

3 片彈簧的應力分析

4 片彈簧的材料和許用應力

5 線彈簧

6 設計計算問題

7 片彈簧技術要求

第5章 環(huán)形彈簧

1 環(huán)形彈簧的結構、特點和應用

2 環(huán)形彈簧的設計計算

3 環(huán)形彈簧的材料和許用應力

4 環(huán)形彈簧的技術要求

第6章 平面渦卷彈簧

1 非接觸型平面渦卷彈簧的設計計算

2 接觸型平面渦卷彈簧

3 彈簧的材料和許用應力

4 設計計算例題

第7章 扭桿彈簧

1 扭桿彈簧的結構和特點

2 扭桿彈簧的設計計算

3 扭桿端部結構和有效工作長度

4 扭桿彈簧的材料和許用應力

5 扭桿彈簧的技術要求

6 計算例題

第8章 空氣彈簧

1 空氣彈簧的結構和特性

2 空氣彈簧的剛度計算

3 空氣彈簧的強度計算

第9章 橡膠彈簧

1 橡膠彈簧的特點

2 橡膠材料的靜彈性特性

3 橡膠材料的動彈性特性

4 橡膠彈簧的設計計算

5 橡膠彈簧的材料和許用應力

6 設計計算問題

參考文獻

第17篇 起重機運輸機械零部件和操作件

第1章 起重機零部件

1 起重機分級

2 鋼絲繩

3 繩具

4 卷筒

5 滑輪和滑輪組

6 起重鏈和鏈輪

7 吊鉤

8 車輪和軌道

9 緩沖器

10 棘輪逆止器

第2章 運輸機械零部件

1 普通帶式輸送機及其主要組成部分

2 氣墊帶式輸送機

3 輸送鏈和鏈輪

4 逆止器

第3章 操作件

1 手柄

2 手輪

3 把手

4 操作件技術要求

參考文獻

第18篇 機架與箱體

第1章 機架設計概論

1 機架設計一般要求

2 機架的常用材料及熱處理

3 機架的截面形狀、肋的布置及壁板上的孔

4 鑄造機架

5 焊接機架

6 機架的連接結構設計

7 非金屬機架

第2章 機架的設計與計算

1 框架式及梁柱式機架的設計與常規(guī)計算

2 箱體的設計與計算

參考文獻

第19篇 管道與管道附件

第1章 管道與管道附件的定義和分類

1 管道與管道附件的定義

2 管道的分類與分級

第2章 管道設計

1 管道與管道附件圖示符號

2 管道設計內容及程序

3 管道工程標準化

4 管道布置

第3章 管道計算

1 管道設計條件和設計基準

2 管徑及管道壁厚度計算

3 管道壁厚計算

4 管道阻力損失計算

5 管道的膨脹和補償

6 管道支承

第4章 管道絕熱與防腐

1 管道絕熱

2 管道防腐

3 管道識別色

第5章 管道材料

1 管道

2 管件

3 法蘭和墊片

4 閥門

參考文獻

第20篇 潤滑

第1章 潤滑油

1 潤滑油的主要質量指標

2 潤滑油的組成

3 潤滑油品的選用

第2章 潤滑脂

1 潤滑脂的主要質量指標

2 潤滑脂的選用

3 鈣基潤滑脂

4 鈉基潤滑脂

5 鋰基潤滑脂

6 復合鋰基潤滑脂

7 脲基潤滑脂

8 高堿值復合磺酸鈣基脂

9 高溫潤滑脂

10 部分國內外潤滑脂牌號對照

第3章 固體潤滑劑

1 固體潤滑劑應具備的基本性能

2 常用的固體潤滑劑

3 固體潤滑劑的選用

第4章 潤滑方法和潤滑裝置

1 潤滑方法及潤滑裝置的分類及選用

2 潤滑件

3 稀油集中潤滑系統(tǒng)的設計

4 稀油集中潤滑系統(tǒng)的主要設備

5 干油集中潤滑系統(tǒng)的設計

6 干油集中潤滑系統(tǒng)的主要設備

7 油霧潤滑

8 油氣潤滑

第5章 潤滑維護

1 維修體制的發(fā)展

2 油品清潔度

3 油液清潔度的凈化處理

4 液壓潤滑系統(tǒng)的過濾

參考文獻

第21篇 密封

第1章 概述

1 密封的分類、特點及應用

2 常用密封材料

第2章 墊片密封

1 常用墊片類型及應用

2 高壓設備密封

3 超高壓設備密封

4 真空靜密封

5 高溫、低溫條件下的密封

第3章 膠密封

1 密封膠的類型、特點及應用

2 聚硫橡膠密封

3 硅橡膠密封

4 非硫化型密封膠

5 液態(tài)密封膠

6 厭氧膠

7 熱熔型密封膠

8 密封膠的應用

第4章 填料密封

1 軟填料密封

2 硬填料密封

3 成形填料密封

4 油封與防塵密封

5 真空動密封

第5章 機械密封

1 機械密封的分類及應用范圍

2 機械密封結構的選用

3 常用機械密封材料

4 機械密封的設計和計算

5 機械密封的輔助系統(tǒng)

6 特殊工況下的機械密封

7 機械密封于其他密封的組合密封

8 機械密封的尺寸系列

9 機械密封的有關標準

第6章 非接觸式密封

1 迷宮密封

2 浮環(huán)密封

3 螺旋密封

4 離心密封

5 磁流體密封

參考文獻2100433B