有限元分析

內(nèi)容概要

　　本書(shū)是以ansys
13．0為平臺(tái)撰寫(xiě)的一部從入門(mén)到精通的實(shí)用自學(xué)與提高教程，全面介紹了有限元分析的理論基礎(chǔ)、有限元分析流程、實(shí)體建模、網(wǎng)格劃分、耦合和約束方程、加載、求解、后處理技術(shù)、設(shè)計(jì)ansys分析方案、結(jié)構(gòu)線(xiàn)性靜力分析、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析、譜分析、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、斷裂力學(xué)分析、邊坡穩(wěn)定性分析、界面開(kāi)裂與失效模擬、襯墊連接模擬、齒輪分析、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析、焊接工程問(wèn)題分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、拓?fù)鋬?yōu)化、疲勞分析、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分和可靠性分析等內(nèi)容。圍繞ansys軟件的功能講解，書(shū)中給出了大量具有工程背景的實(shí)例，并在配套光盤(pán)中提供了22個(gè)實(shí)例的視頻教程和ansys實(shí)例文件。
　　本書(shū)不僅適合作為高等學(xué)校理工類(lèi)高年級(jí)本科生或研究生學(xué)習(xí)ansys13．0有限元分析軟件的教材，也可供從事結(jié)構(gòu)分析的工程技術(shù)人員參考使用，書(shū)中提供的大量實(shí)例還可供高級(jí)用戶(hù)參考。

書(shū)籍目錄

出版說(shuō)明
前言
第1章　緒論
　1.1有限單元法概述
　1.2 ansys基本原理
　1.3 ansys 13.0簡(jiǎn)介與基本使用
第2章　坐標(biāo)系和工作平面
　2.1坐標(biāo)系
　2.2工作平面
第3章　建立模型
　3.1建立實(shí)體模型的方法
　3.2自下向上建模
　3.3自上向下建模
　3.4布爾運(yùn)算
　3.5其他建立實(shí)體模型的方法
　3.6有限元模型
　3.7從cad中導(dǎo)入模型
　3.8參數(shù)化建模
第4章　網(wǎng)格劃分
　4.1網(wǎng)格劃分概述
　4.2定義單元屬性
　4.3網(wǎng)格劃分工具
　4.4單元尺寸控制
　4.5網(wǎng)格劃分器
　4.6網(wǎng)格劃分方法
　4.7修改網(wǎng)格
第5章　耦合和約束方程
　5.1耦合的概念
　5.2定義耦合自由度
　5.3約束方程的定義
　5.4定義約束方程
第6章　加載
　6.1載荷的概念
　6.2載荷步、子步和平衡迭代
　6.3時(shí)間的作用
　6.4階躍載荷和斜坡載荷
　6.5施加載荷的方法
　6.6設(shè)置載荷步選項(xiàng)
　6.7創(chuàng)建多載荷步文件
　6.8定義接頭固定處預(yù)拉伸
第7章　求解
　7.1選擇求解器
　7.2求解器的類(lèi)型
　7.3在某些類(lèi)型結(jié)構(gòu)分析時(shí)使用特殊求解工具
　7.4獲得解答
　7.5求解多載荷步
　7.6奇異解
第8章　后處理技術(shù)
　8.1后處理的基本概念
　8.2結(jié)果文件
　8.3后處理可用的數(shù)據(jù)類(lèi)型
　8.4通用后處理器post1
　8.5時(shí)間歷程后處理器(post26)
第9章　設(shè)計(jì)ansys分析方案
　9.1設(shè)計(jì)分析方案的重要性
　9.2確定分析目標(biāo)
　9.3確定模型類(lèi)型
　9.4確定模型單元
　9.5不同單元之間的連接
　9.6分析中使用對(duì)稱(chēng)性
　9.7確定模型細(xì)節(jié)
　9.8確定模型的網(wǎng)格密度
第10章　結(jié)構(gòu)線(xiàn)性靜力分析
　10.1靜力分析概述
　10.2靜力分析的求解步驟
　10.3實(shí)例：階梯軸施加扭矩和彎矩
第11章　模態(tài)分析
　11.1模態(tài)分析的定義及應(yīng)用
　11.2模態(tài)分析的方法
　11.3矩陣縮減技術(shù)和自主度的選擇準(zhǔn)則
　11.4模態(tài)分析過(guò)程
　11.5擴(kuò)展模態(tài)
　11.6觀察結(jié)果
　11.7有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析
　11.8大變形預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析
　11.9實(shí)例：印刷機(jī)滾筒的模態(tài)分析
第12章　諧響應(yīng)分析
　12.1諧響應(yīng)分析的定
　12.2三種求解方法
　12.3完全法諧響應(yīng)分析
　12.4縮減法諧響應(yīng)分
　12.5模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析
　12.6有預(yù)應(yīng)力的完全法諧響應(yīng)分析
　12.7實(shí)例：汽車(chē)懸架系統(tǒng)的諧響應(yīng)分析
第13章　譜分析
　13.1譜分析的定義
　13.2譜的基本概念
　13.3單點(diǎn)響應(yīng)譜(sprs)分析步驟
　13.4隨機(jī)振動(dòng)(psd)分析步驟
　13.5隨機(jī)振動(dòng)分析結(jié)果的應(yīng)用
　13.6ddam(動(dòng)力設(shè)計(jì)分析方法)譜分析
　13.7多點(diǎn)響應(yīng)譜(mprs)分析
　13.8實(shí)例：鋼架結(jié)構(gòu)廠房的隨機(jī)振動(dòng)分析
第14章　瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
　14.1瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的概念
　14.2瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析前的準(zhǔn)備工作
　14.3瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的理論基礎(chǔ)
　14.4三種求解方法
　14.5完全法瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
　14.6模態(tài)疊加法瞬態(tài)動(dòng)力分析
　14.7縮減法瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析過(guò)程
　14.8有預(yù)應(yīng)力瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
　14.9瞬態(tài)分析的關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)
　14.10實(shí)例：路面沖擊載荷作用下汽車(chē)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
第15章　非線(xiàn)性分析
　15.1概述
　15.2結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性分析
　15.3幾何非線(xiàn)性
　15.4屈曲分析
　15.5材料非線(xiàn)性分析
　15.6實(shí)例：支撐架特征值厄分析
　15.7實(shí)例：復(fù)合地基沉降的彈塑性分析
第16章　接觸分析
　16.1概述
　16.2接觸分類(lèi)
　16.3 ansys接觸分析功能
　16.4面，面的接觸分析
　16.5實(shí)例：薄鋼板沖壓分析
第17章　復(fù)合材料
　17.1復(fù)合材料的相關(guān)概念
　17.2建立復(fù)合材料模型
　17.3實(shí)例：復(fù)合材料傳動(dòng)軸的失效分析
第18章　斷裂力學(xué)分析
　18.1斷裂分析基礎(chǔ)
　18.2斷裂力學(xué)模型的建立
　18.3 ansys斷裂力學(xué)參數(shù)數(shù)值計(jì)算
　18.4實(shí)例：彈塑性焊接接頭的j積分計(jì)算
第19章　熱分析
　19.1熱分析概述
　19.2基礎(chǔ)知識(shí)
　19.3穩(wěn)態(tài)熱分析
　19.4瞬態(tài)熱分析
　19.5表面效應(yīng)單元
　19.6熱應(yīng)力分析
　19.7實(shí)例：多芯片組件熱分析
第20章　邊坡穩(wěn)定性分析
　20.2穩(wěn)定安全系數(shù)的計(jì)算
　20.3實(shí)例：確定邊坡安全系數(shù)
第21章　界面開(kāi)裂與失效模擬
　21.1界面開(kāi)裂的分析
　21.2模擬開(kāi)裂的界面單元
　21.3定義材料屬性
　21.4網(wǎng)格劃分和定義邊界條件
　21.5求解過(guò)程和結(jié)果的輸出
　21.6觀察結(jié)果
　21.7實(shí)例：功能梯度材料界面開(kāi)裂分析
第22章　襯墊連接模擬
　22.1引言
　22.2執(zhí)行單元組件分析
　22.3襯墊單元的構(gòu)造
　22.4界面單元的家族
　22.5材料性質(zhì)的定義
　22.6劃分界面單元
　22.7求解過(guò)程和結(jié)果的輸出
　22.8觀察結(jié)果
　22.9實(shí)例：螺栓預(yù)緊法蘭盤(pán)補(bǔ)墊分析
第23章　齒輪分析
　23.1概述
　23.2齒輪模型的術(shù)語(yǔ)
　23.3漸開(kāi)線(xiàn)直齒齒輪模型的建立
　23.4實(shí)例：多齒輪動(dòng)態(tài)接觸分析
第24章　轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析
　24.1概述
　24.2轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析工具
　24.3建立轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模型
　24.4施加載荷和約束
　24.5求解轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題
　24.6轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的后處理
　24.7實(shí)例：轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算
第25章　焊接工程問(wèn)題分析
　25.1焊接工程的意義
　25.2焊接過(guò)程有限元分析的特點(diǎn)
　25.3焊接過(guò)程有限元模型的簡(jiǎn)化
　25.4焊接溫度場(chǎng)的分析理論
　25.5焊接應(yīng)力和變形的分析理論
　25.6計(jì)算模型
　25.7 ansys焊接模擬過(guò)程
　25.8實(shí)例：三維平板堆焊焊接的殘余應(yīng)力分析
第26章　優(yōu)化設(shè)計(jì)
　26.1優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念
　26.2優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟
　26.3優(yōu)化技術(shù)
　26.4選擇優(yōu)化變量注意事項(xiàng)
　26.5實(shí)例：高速轉(zhuǎn)盤(pán)的動(dòng)：力學(xué)優(yōu)化
第27章　拓判、優(yōu)化
　27.1拓?fù)鋬?yōu)化的基本概念
　27.2拓?fù)鋬?yōu)化的步驟
　27.3實(shí)例：自行車(chē)車(chē)架的拓?fù)鋬?yōu)化
第28章　疲勞分析
　28.1疲勞的基本概念
　28.2疲勞分析的步驟
　28.3實(shí)例：壓力容器的疲勞分析
第29章　自適應(yīng)網(wǎng)格劃分
　29.1網(wǎng)格自適應(yīng)劃分的概念
　29.2自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的先決條件
　29.3自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的基本過(guò)程
　29.4修改基本過(guò)程
　29.5自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的注
　29.6實(shí)例：應(yīng)力集中模型計(jì)算
第30章　可靠性分析
　30.1基于有限元的概率設(shè)
　30.2可靠性分析術(shù)語(yǔ)
　30.3隨機(jī)輸入?yún)?shù)類(lèi)型
　30.4概率設(shè)計(jì)方法
　30.5實(shí)例：路基可靠性分
附錄
　附錄a獲取函數(shù)
　附錄b ansys有限元網(wǎng)豐基本原則
　附錄c有限元收斂速度和估計(jì)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：插圖：通常解析方法較簡(jiǎn)單，意義明確，容易計(jì)算，但由于其假設(shè)太多，難以提供在焊接熱影響區(qū)的精確計(jì)算結(jié)果，而且考慮不到電弧力對(duì)熔池的沖擊作用。采用有限元和有限差分法，應(yīng)用高斯分布的表面熱源分布函數(shù)計(jì)算，可以引入材料性能的非線(xiàn)性，可進(jìn)一步提高高溫區(qū)的準(zhǔn)確性，但仍未考慮電弧挺度對(duì)熔池的影響。從球狀：橢球到雙橢球熱源模型，每一種方案都比前一種更準(zhǔn)確，但也伴隨著計(jì)算量的增加，使這些熱源分布函數(shù)更利于應(yīng)用有限元法或差分法在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行計(jì)算，而且實(shí)踐也證明能得出較滿(mǎn)意的模擬結(jié)果。對(duì)于通常的焊接方法如手工電弧焊、鎢極氫弧焊，采用高斯分布的函數(shù)就可以得到較滿(mǎn)意的結(jié)果。對(duì)于電弧沖力效應(yīng)較大的焊接方法，如熔化極氫弧焊和激光焊，常采用雙橢球形分布函數(shù)。為求準(zhǔn)確，還可將熱源分成兩部分，采用高斯分布的熱源函數(shù)作為表面熱源，焊件熔池部分采用雙橢球形熱源分布函數(shù)作為內(nèi)熱源。在計(jì)算時(shí)，由于焊縫的對(duì)稱(chēng)性，一般只考慮計(jì)算一半?yún)^(qū)域，除上表面外，其他表面設(shè)為絕熱邊界，輻射和對(duì)流可直接計(jì)算，也可通過(guò)改變材料物理性能如表面的熱傳導(dǎo)系數(shù)等間接運(yùn)算。金屬材料的物理性能參數(shù)如比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、彈性模量、屈服應(yīng)力等一般都隨溫度的變化而變化，是非線(xiàn)性的。當(dāng)溫度范圍變化不大時(shí)，可采用材料物理性能參數(shù)的平均值進(jìn)行計(jì)算。但在焊接過(guò)程中，焊件溫度變化十分劇烈，如果不考慮材料的物理性能參數(shù)隨時(shí)間的變化，那么計(jì)算結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生很大的偏差。所以在焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的模擬計(jì)算中必須要給定材料的各項(xiàng)物理性能參數(shù)隨溫度的變化值。但是，許多材料的物理性能參數(shù)在高溫特別是接近熔化狀態(tài)時(shí)還是空白，某些材料僅有室溫?cái)?shù)據(jù)，而高溫性能參數(shù)對(duì)焊接過(guò)程和計(jì)算過(guò)程均有較大影響，這會(huì)給模擬計(jì)算帶來(lái)很大的困難。當(dāng)然，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和線(xiàn)性插值的方法可以獲得高溫時(shí)的一些數(shù)據(jù)，但有時(shí)處理不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算不收斂或結(jié)果不準(zhǔn)確。例如，焊接時(shí)熔池金屬處于熔化狀態(tài)，其屈服極限和彈性模量是沒(méi)有實(shí)際物理意義的，但焊接過(guò)程的數(shù)值模擬計(jì)算是基于彈塑性理論的，這些參數(shù)必須為非零值，若參數(shù)取得過(guò)小會(huì)導(dǎo)致計(jì)算收斂困難，并且即使收斂也會(huì)使計(jì)算時(shí)間大幅度增加，參數(shù)取得偏大又會(huì)影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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