本書在總結(jié)作者多年教學(xué)和工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從使學(xué)習(xí)者快速入門并能夠解決實(shí)際問題的角度出發(fā)，介紹了有限單元法的基礎(chǔ)理論、ANSYS軟件的使用方法及其在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例等。本書的中心是ANSYS軟件應(yīng)用，其他內(nèi)容圍繞該中心展開，目的是引領(lǐng)讀者從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，由淺入深，逐漸掌握ANSYS軟件和有限單元法理論。力求使讀者能夠在較短時(shí)間內(nèi)，既知其然，又知其所以然，真正掌握ANSYS軟件和有限元分析方法，并能將其靈活應(yīng)用于實(shí)際問題中。全書包括80多個(gè)ANSYS軟件應(yīng)用實(shí)例，每種分析類型都配備了入門實(shí)例和高級(jí)實(shí)例，并盡量涵蓋其在實(shí)際中的主要應(yīng)用。每個(gè)實(shí)例都提供了操作命令流，為方便讀者學(xué)習(xí)，入門實(shí)例還介紹了GUI操作方法。本書可以作為高等院校機(jī)械、建筑、力學(xué)類專業(yè)本科生和研究生的教科書，也可以作為工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)有限單元法和ANSYS軟件的參考書。
高耀東，內(nèi)蒙古科技大學(xué)教授，碩士研究生導(dǎo)師 。精通有限元分析及ANSYS仿真，主持和參與過多項(xiàng)科研項(xiàng)目，具備豐富的實(shí)踐和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。編著的圖書以理論嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)例豐富、指導(dǎo)性強(qiáng)而深受讀者歡迎。
目 錄
第1章 有限單元法基本概念 1
1.1 引言 1
1.2 有限單元法的基本原理 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 平面問題的有限單元法 7
2.1 平面問題概述 7
2.1.1 平面應(yīng)力問題 7
2.1.2 平面應(yīng)變問題 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 對角元置1法 24
2.7.3 對角元乘大數(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 最小勢能原理和有限單元法 37
3.1 最小勢能原理 37
3.2 基于最小勢能原理的有限單元法 38
3.3 對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 三維問題的有限單元法 42
4.1 三維應(yīng)力狀態(tài) 42
4.2 三維問題的四面體單元 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 軸對稱問題及其有限單元法 45
4.3.1 軸對稱問題 45
4.3.2 軸對稱問題的有限單元法 46
第5章 梁單元 48
5.1 直梁平面彎曲問題及梁單元 48
5.1.1 直梁平面彎曲問題 48
5.1.2 直梁平面彎曲問題的有限單元法 48
5.2 鐵摩辛柯梁單元 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 克希霍夫（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爾迭代法 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 對稱和反對稱約束 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 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)分析步驟 354
17.4.3 模態(tài)疊加法瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析步驟 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
第18章 非線性分析 385
18.1 非線性分析的基本概念 385
18.1.1 概述 385
18.1.2 非線性有限元方程的求解方法 386
18.1.3 非線性分析的特性 387
18.2 非線性分析的基本過程 388
18.2.1 非線性分析的步驟 388
18.2.2 非線性分析的操作 389
18.3 幾何非線性分析 392
18.3.1 幾何非線性概述 392
18.3.2 應(yīng)力和應(yīng)變 392
18.3.3 幾何非線性分析的注意事項(xiàng) 393
18.3.4 屈曲分析 394
18.4 材料非線性分析 399
18.4.1 材料非線性概述 399
18.4.2 塑性力學(xué)的基本法則 400
18.4.3 輸入材料數(shù)據(jù) 401
18.5 狀態(tài)非線性分析 405
18.5.1 接觸概述 405
18.5.2 接觸問題的基本知識(shí) 406
18.5.3 面-面接觸 408
18.6 單元生死技術(shù) 425
18.6.1 概述 425
18.6.2 單元生死的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用 426
18.6.3 使用ANSYS結(jié)果控制單元生死 427
18.6.4 單元生死有關(guān)操作 427
第19章 耦合場分析 441
19.1 耦合場分析概述 441
19.1.1 耦合場分析的定義 441
19.1.2 耦合場分析的類型 441
19.2 熱應(yīng)力計(jì)算 443
19.2.1 ANSYS熱分析簡介 443
19.2.2 穩(wěn)態(tài)熱分析步驟 445
19.2.3 瞬態(tài)熱分析步驟 446
19.2.4 熱應(yīng)力計(jì)算方法 448
19.3 流固耦合分析 455
19.3.1 ANSYS流體動(dòng)力學(xué)分析簡介 455
19.3.2 ANSYS流固耦合分析 461
第20章 參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL及優(yōu)化設(shè)計(jì) 468
20.1 參量及操作 468
20.1.1 參量的定義和賦值 468
20.1.2 數(shù)組參量 469
20.1.3 表格型數(shù)組的定義和應(yīng)用 473
20.2 ANSYS內(nèi)部函數(shù)和獲取函數(shù) 475
20.2.1 內(nèi)部函數(shù) 475
20.2.2 獲取函數(shù) 476
20.3 分支、循環(huán)和重復(fù)功能 478
20.3.1 分支 478
20.3.2 循環(huán) 479
20.3.3 重復(fù)功能 479
20.4 宏 484
20.4.1 宏的創(chuàng)建 484
20.4.2 宏的運(yùn)行 486
20.4.3 宏的參量 486
20.5 定制用戶化界面 487
20.5.1 創(chuàng)建及編輯縮寫 487
20.5.2 提示用戶輸入單個(gè)參量值 487
20.5.3 用MULTIPRO命令創(chuàng)建一個(gè)對話框 488
20.5.4 消息對話框 489
20.6 優(yōu)化設(shè)計(jì) 489
附錄 496
參考文獻(xiàn) 499
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