有限元理論及ANSYS應(yīng)用

圖書(shū)目錄

第1章 有限單元法基本概念 1

1.1 引言 1

1.2 有限單元法基本概念 2

1.2.1 結(jié)構(gòu)離散化 2

1.2.2 單元?jiǎng)偠染仃?2

1.2.3 結(jié)構(gòu)總體剛度方程 5

第2章 平面問(wèn)題的有限單元法 7

2.1 平面問(wèn)題概述 7

2.1.1 平面應(yīng)力問(wèn)題 7

2.1.2 平面應(yīng)變問(wèn)題 8

2.2 結(jié)構(gòu)離散化 9

2.3 位移函數(shù) 10

2.3.1 位移函數(shù)的一般形式 10

2.3.2 3節(jié)點(diǎn)三角形單元的位移函數(shù) 11

2.3.3 形函數(shù)的性質(zhì) 12

2.3.4 位移函數(shù)與解的收斂性 13

2.4 單元?jiǎng)偠染仃?14

2.4.1 3節(jié)點(diǎn)三角形單元的單元?jiǎng)偠染仃?14

2.4.2 單元?jiǎng)偠染仃嚨男再|(zhì) 16

2.5 載荷移置與等效節(jié)點(diǎn)載荷 17

2.6 結(jié)構(gòu)總體剛度方程 18

2.6.1 結(jié)構(gòu)總體剛度方程的建立 19

2.6.2 形成結(jié)構(gòu)總體剛度矩陣的方法 21

2.6.3 結(jié)構(gòu)總體剛度矩陣的性質(zhì) 22

2.7 位移邊界條件的處理 23

2.7.1 降階法 24

2.7.2 對(duì)角元置1法 24

2.7.3 對(duì)角元乘大數(shù)法 25

2.8 應(yīng)力計(jì)算及導(dǎo)出結(jié)果的計(jì)算 26

2.8.1 單元應(yīng)力及應(yīng)變的計(jì)算 26

2.8.2 主應(yīng)力和主方向 26

2.8.3 節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力 27

2.9 解題示例 27

2.10 6節(jié)點(diǎn)三角形單元 31

2.10.1 面積坐標(biāo) 31

2.10.2 位移函數(shù) 32

2.10.3 單元應(yīng)變 33

2.10.4 單元應(yīng)力 33

2.10.5 單元?jiǎng)偠染仃?33

第3章 基于最小勢(shì)能原理的有限單元法 37

3.1 最小勢(shì)能原理 37

3.2 基于最小勢(shì)能原理的有限單元法 38

3.3 對(duì)有限單元法收斂和精度的分析 39

3.3.1 相容性要求 39

3.3.2 完備性要求 40

3.3.3 收斂和精度 40

第4章 三維問(wèn)題的有限單元法 42

4.1 三維應(yīng)力狀態(tài) 42

4.2 三維問(wèn)題的四面體單元 43

4.2.1 位移函數(shù) 43

4.2.2 單元?jiǎng)偠染仃?44

4.2.3 載荷移置與等效節(jié)點(diǎn)載荷 44

4.3 軸對(duì)稱問(wèn)題及其有限單元法 45

4.3.1 軸對(duì)稱問(wèn)題 45

4.3.2 軸對(duì)稱問(wèn)題的有限單元法 46

第5章 梁?jiǎn)卧?48

5.1 直梁平面彎曲問(wèn)題及梁?jiǎn)卧?48

5.1.1 直梁平面彎曲問(wèn)題 48

5.1.2 直梁平面彎曲問(wèn)題的有限單元法 48

5.2 鐵木辛科梁?jiǎn)卧?52

第6章 等參數(shù)單元 55

6.1 4節(jié)點(diǎn)矩形單元 55

6.2 平面4節(jié)點(diǎn)等參數(shù)單元 56

6.2.1 坐標(biāo)變換和等參數(shù)單元 56

6.2.2 單元?jiǎng)偠染仃嚨挠?jì)算 58

6.2.3 其他的參數(shù)單元 60

6.3 高斯積分法 60

6.4 剪切閉鎖、體積閉鎖、沙漏等概念簡(jiǎn)介 62

6.4.1 剪切閉鎖 62

6.4.2 體積閉鎖 62

6.4.3 沙漏 63

第7章 板殼單元 67

7.1 板彎曲的有限單元法 67

7.1.1 克?；舴?Kirchhoff)薄板理論 67

7.1.2 基于薄板理論的非協(xié)調(diào)板單元 69

7.1.3 考慮橫向剪切影響的平板彎曲單元 71

7.2 薄殼結(jié)構(gòu)的有限單元法 73

第8章 有限元方程解法 75

8.1 概述 75

8.2 總體剛度矩陣的一維變帶寬存儲(chǔ) 75

8.3 直接法 76

8.3.1 高斯消元法 76

8.3.2 LU分解法 76

8.3.3 波前法 77

8.4 迭代法 79

8.4.1 雅可比迭代法和賽德?tīng)柕?79

8.4.2 共軛梯度法 80

第9章 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 83

9.1 結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程 83

9.2 結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型 84

9.2.1 概述 84

9.2.2 基本QR法 85

9.2.3 蘭索斯法 85

9.3 結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的求解方法 86

9.3.1 直接積分法 87

9.3.2 振型疊加法 88

第10章 ANSYS的基本使用方法 90

10.1 實(shí)例E10-1——平面桁架的受力分析 90

10.1.1 問(wèn)題描述及解析解 90

10.1.2 分析步驟 90

10.1.3 命令流 94

10.2 ANSYS的主要功能 95

10.3 ANSYS的特點(diǎn) 96

10.4 ANSYS產(chǎn)品簡(jiǎn)介 96

10.5 處理器 97

10.6 ANSYS軟件的使用 97

10.6.1 ANSYS軟件解決問(wèn)題的步驟 97

10.6.2 命令輸入方法 98

10.7 圖形用戶界面 99

10.7.1 圖形用戶界面（GUI） 99

10.7.2 對(duì)話框及其組成控件 100

10.7.3 ANSYS的菜單系統(tǒng) 102

練習(xí)題 105

第11章 實(shí)體建模技術(shù) 106

11.1 概述 106

11.2 基本建模技術(shù) 106

11.2.1 關(guān)鍵點(diǎn)的創(chuàng)建 106

11.2.2 線的創(chuàng)建 107

11.2.3 面的創(chuàng)建 115

11.2.4 體的創(chuàng)建 118

11.3 工作平面 119

11.3.1 工作平面的設(shè)置 120

11.3.2 工作平面的偏移和旋轉(zhuǎn) 120

11.4 高級(jí)建模技術(shù) 124

11.4.1 布爾運(yùn)算 124

11.4.2 擠出 129

11.4.3 有關(guān)實(shí)體建模的其他操作 130

練習(xí)題 138

第12章 有限元模型的創(chuàng)建 140

12.1 幾何模型的單元?jiǎng)澐?144

12.1.1 單元?jiǎng)澐值牟襟E 144

12.1.2 單元類型 144

12.1.3 定義實(shí)常數(shù) 145

12.1.4 材料屬性 145

12.1.5 截面 147

12.1.6 分配單元屬性 150

12.1.7 單元形狀及劃分方法選擇 151

12.1.8 單元尺寸控制 151

12.1.9 劃分單元命令 154

12.1.10 MeshTool對(duì)話框 154

12.1.11 單元形狀檢查 154

12.1.12 修改網(wǎng)格 156

12.2 常用ANSYS單元類型 158

12.2.1 概述 158

12.2.2 LINK11 162

12.2.3 LINK180 163

12.2.4 BEAM188 165

12.2.5 BEAM189 174

12.2.6 PLANE182 176

12.2.7 PLANE183 179

12.2.8 SOLID185 184

12.2.9 SOLID186 187

12.2.10 SHELL181 191

12.3 ANSYS結(jié)構(gòu)分析常用材料模型 201

12.3.1 常用材料模型的分類 201

12.3.2 常用材料模型的創(chuàng)建 202

12.4 直接生成有限元模型 203

12.4.1 節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建和操作 203

12.4.2 單元的創(chuàng)建和操作 204

12.5 創(chuàng)建有限元模型的高級(jí)技術(shù) 205

12.5.1 自適應(yīng)單元?jiǎng)澐?205

12.5.2 子模型技術(shù) 207

第13章 加載和求解 210

13.1 載荷和載荷步 210

13.1.1 載荷的類型 210

13.1.2 載荷步、子步和平衡迭代 211

13.1.3 載荷步選項(xiàng) 211

13.2 DOF約束 216

13.2.1 施加DOF約束 217

13.2.2 約束操作 218

13.2.3 對(duì)稱和反對(duì)稱約束 218

13.2.4 約束沖突 220

13.3 集中載荷 220

13.4 表面載荷 221

13.4.1 施加表面載荷 221

13.4.2 表面載荷操作 224

13.4.3 壓力梯度及加載 224

13.4.4 函數(shù)加載 225

13.4.5 表面效應(yīng)單元 228

13.5 體載荷 229

13.5.1 施加體載荷 229

13.5.2 操作體載荷 230

13.5.3 慣性載荷 230

13.6 特殊載荷 230

13.6.1 耦合場(chǎng)載荷 230

13.6.2 初始狀態(tài) 231

13.6.3 預(yù)緊力載荷 233

13.7 求解器 236

13.7.1 概述 236

13.7.2 求解器類型 238

13.8 分析類型 239

13.9 多載荷步求解 239

13.9.1 用多個(gè)SOLVE命令直接求解 239

13.9.2 用載荷步文件求解 240

13.9.3 用載荷數(shù)組參數(shù)求解 241

第14章 結(jié)果后處理 242

14.1 概述 242

14.1.1 結(jié)果文件 242

14.1.2 基本解和導(dǎo)出解 242

14.2 通用后處理器 243

14.2.1 讀取結(jié)果數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù) 243

14.2.2 結(jié)果坐標(biāo)系 244

14.2.3 單元表 245

14.2.4 結(jié)果圖形顯示 250

14.2.5 路徑圖 258

14.2.6 列表操作 260

14.2.7 結(jié)果查詢 263

14.2.8 載荷工況 264

14.2.9 誤差估計(jì) 266

14.3 時(shí)間歷程后處理器 267

14.3.1 概述 267

14.3.2 用變量查看結(jié)果 268

14.4 動(dòng)畫(huà)技術(shù) 273

第15章 其他輔助功能 275

15.1 文件和文件管理 275

15.1.1 概述 275

15.1.2 文件操作 275

15.2 實(shí)體選擇、組件和部件 277

15.2.1 實(shí)體選擇 278

15.2.2 組件和部件 284

15.3 坐標(biāo)系 284

15.3.1 坐標(biāo)系和工作平面概述 284

15.3.2 有關(guān)坐標(biāo)系的操作 287

第16章 結(jié)構(gòu)線性靜力學(xué)分析 297

16.1 概述 297

16.2 桁架結(jié)構(gòu) 298

16.3 梁結(jié)構(gòu) 300

16.4 板殼結(jié)構(gòu) 309

16.5 平面結(jié)構(gòu) 311

16.6 空間結(jié)構(gòu) 317

第17章 ANSYS結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 328

17.1 概述 328

17.2 模態(tài)分析 328

17.2.1 模態(tài)分析的求解方法 328

17.2.2 模態(tài)分析步驟 329

17.2.3 模態(tài)分析選項(xiàng) 330

17.3 諧響應(yīng)分析 341

17.3.1 諧響應(yīng)分析概述 341

17.3.2 諧響應(yīng)分析的步驟 342

17.3.3 諧響應(yīng)分析操作 344

17.4 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 353

17.4.1 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析方法 353

17.4.2 完全法瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的步驟 354

17.4.3 模態(tài)疊加法瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的步驟 355

17.4.4 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析操作 356

17.4.5 積分時(shí)間步長(zhǎng)的確定 359

17.5 譜分析 374

17.5.1 概述 374

17.5.2 單點(diǎn)響應(yīng)譜分析步驟 375

附錄 385

參考文獻(xiàn) 388 2100433B

本書(shū)主要內(nèi)容包括：以材料（結(jié)構(gòu)）力學(xué)為基礎(chǔ)的離散結(jié)構(gòu)ANSYS有限元理論，以彈性力學(xué)為基礎(chǔ)的連續(xù)體結(jié)構(gòu)ANSYS有限元理論，ANSYS軟件在材料（結(jié)構(gòu)）力學(xué)、彈性力學(xué)基本理論中的應(yīng)用分析，以及機(jī)械、土木、化工等工程應(yīng)用領(lǐng)域的上機(jī)實(shí)驗(yàn)。本書(shū)在內(nèi)容安排上，力求做到在學(xué)生已有的基礎(chǔ)力學(xué)課程和相關(guān)專業(yè)課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，深入淺出、循序漸進(jìn)、理論聯(lián)系實(shí)際，逐步起到培養(yǎng)學(xué)生掌握有限元基本原理和應(yīng)用ANSYS軟件的入門作用。 本書(shū)適合于高等院校和高職院校工科類專業(yè)20～60學(xué)時(shí)理論與上機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也可作為相關(guān)工程技術(shù)人員的參考用書(shū)。

前言

第1章緒論

1.1工程問(wèn)題求解概述

1.2有限元方法的發(fā)展

1.3有限元軟件介紹與工程應(yīng)用

1.4學(xué)習(xí)有限元的目的

第2章ANSYS有限元理論基礎(chǔ)

2.1材料力學(xué)與彈性力學(xué)理論概述

2.2一維桿結(jié)構(gòu)解析法與有限元法

2.3彈性力學(xué)基本方程與有限單元法分析過(guò)程

2.4三角形單元

2.5矩形單元

2.66結(jié)點(diǎn)三角形單元

2.7平面等參單元

2.8空間體單元

2.9空間等參單元

第3章ANSYS基本介紹與操作

3.1ANSYS簡(jiǎn)介及產(chǎn)品

3.2ANSYS軟件的安裝與啟動(dòng)

3.3菜單介紹

3.4鼠標(biāo)功能操作

3.5ANSYS通用操作

3.6ANSYS的單位制

3.7ANSYS的坐標(biāo)系及切換

3.8ANSYS幾何建?；静僮?

3.9材料參數(shù)設(shè)置與網(wǎng)格劃分

3.10GUI方式劃分網(wǎng)格

3.11施加加載

3.12求解

3.13通用后處理器

第4章ANSYS基礎(chǔ)應(yīng)用實(shí)例分析

4.1ANSYS實(shí)例應(yīng)用概述

4.2ANSYS分析流程

4.3ANSYS結(jié)構(gòu)分析概述

4.4拉壓桿結(jié)構(gòu)

4.5彎曲梁結(jié)構(gòu)

4.6扭轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)

4.7二維與三維實(shí)體結(jié)構(gòu)分析

4.8壓桿屈曲分析

4.9簡(jiǎn)單振動(dòng)模態(tài)分析

附錄

實(shí)驗(yàn)一桁架結(jié)構(gòu)的靜力分析

實(shí)驗(yàn)二二維平面結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析

實(shí)驗(yàn)三梁殼組合結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析

實(shí)驗(yàn)四減速機(jī)軸的扭轉(zhuǎn)分析

實(shí)驗(yàn)五輪盤模態(tài)分析

參考文獻(xiàn) 2100433B

《有限元分析及ANSYS 18.0工程應(yīng)用》介紹了有限元法理論及ANSYS 軟件在有限元分析中的應(yīng)用。全書(shū)主要內(nèi)容包括： 有限元法與ANSYS簡(jiǎn)介、有限元法理論、ANSYS幾何建模、ANSYS網(wǎng)格劃分、ANSYS加載及求解、ANSYS結(jié)果后處理、結(jié)構(gòu)靜力分析、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、非線性分析、接觸分析和熱分析等內(nèi)容。 《有限元分析及ANSYS 18.0工程應(yīng)用》可作為工程力學(xué)專業(yè)和機(jī)械工程專業(yè)本科生的專業(yè)課教材， 可作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、機(jī)械電子工程等專業(yè)高年級(jí)本科生、研究生教材， 也可作為高等職業(yè)學(xué)校、高等?？茖W(xué)校、成人高等學(xué)校的機(jī)電一體化、數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用、機(jī)械制造及自動(dòng)化等專業(yè)的教材， 還可作為相關(guān)工程技術(shù)人員的參考資料或培訓(xùn)教材。