本书介绍有限元法的基本原理、ANSYS软件的功能及操作、应用实例,坚持理论与实践的结合,强调实用性和可操作性。全书分为三部分,*部分由第1~4章组成,介绍有限元法的基本原理和分析过程;第二部分由第5~9章组成,介绍ANSYS软件的功能及操作;第三部分由第10~13章组成,介绍有限元分析的工程应用实例。本书内容包括:有限元法的基本理论,平面问题的有限元法,空间问题和轴对称问题的有限元法,等参数单元,ANSYS软件的实体建模技术,网格划分技术,施加载荷与求解,结果后处理技术及分析实例。为了兼顾缺乏弹性力学知识的读者,在第1章对有限元法中涉及的弹性力学基本知识作了简要介绍。

目 录 第1章 有限元法简介(1) 1.1 有限元法的产生(1) 1.1.1 有限元法的发展过程(1) 1.1.2 有限元法的基本思想(2) 1.1.3 有限元法的分类(3) 1.2 有限元法的基本步骤、误差和特点(3) 1.2.1 有限元法基本步骤(3) 1.2.2 有限元解的误差及产生原因(5) 1.2.3 有限元法的特点(5) 1.3 有限元法的应用(6) 1.3.1 有限元法的应用领域(6) 1.3.2 有限元法在工程中的应用(7) 1.3.3 有限元法在产品开发中的作用(8) 1.4 弹性力学基本知识(9) 1.4.1 弹性力学的基本假设(9) 1.4.2 弹性力学的基本变量(9) 1.4.3 弹性力学的基本方程(13) 1.4.4 弹性问题的能量原理(15) 1.4.5 弹性力学的平面问题(17) 习题(21) 第2章 平面问题的有限元法(22) 2.1 结构的离散化(22) 2.2 单元分析(23) 2.2.1 位移函数(24) 2.2.2 单元应变(27) 2.2.3 单元应力(28) 2.2.4 单元刚度矩阵(29) 2.3 单元等效节点力(31) 2.4 整体分析(33) 2.5 有限元法解题过程与算例(38) 2.6 边界条件的处理(45) 2.7 计算结果的整理(46) 2.8 矩形单元(46) 2.8.1 位移函数(47) 2.8.2 单元应变(48) 2.8.3 单元应力(49) 2.8.4 单元刚度矩阵(49) 2.8.5 单元等效节点力(49) 2.8.6 整体平衡方程(50) 2.8.7 矩形单元与三角形单元的比较(50) 2.8.8 解的收敛性(50) 习题(50) 第3章 空间问题和轴对称问题有限元法(54) 3.1 空间问题的特点(54) 3.2 采用四面体单元解一般空间问题(54) 3.2.1 结构离散化(54) 3.2.2 单元位移函数(54) 3.2.3 单元的应变与应力(56) 3.2.4 单元刚度矩阵(57) 3.2.5 单元等效节点力(58) 3.3 轴对称问题的有限元法(59) 3.3.1 轴对称问题的定义(59) 3.3.2 基本变量和基本方程(59) 3.3.3 轴对称问题的网格划分(60) 3.3.4 轴对称问题的单元分析(61) 习题(66) 第4章 等参数单元与数值积分(50) 4.1 等参数单元的基本概念(68) 4.2 平面八节点四边形等参数单元(70) 4.2.1 单元位移函数(71) 4.2.2 单元应变(73) 4.2.3 单元应力(74) 4.2.4 单元刚度矩阵(75) 4.3 空间二十节点六面体等参数单元(76) 4.3.1 单元位移函数(76) 4.3.2 单元应变(77) 4.3.3 单元应力(79) 4.3.4 单元刚度矩阵(80) 4.3.5 单元等效节点力(81) 4.4 高斯求积法(82) 习题(85) 第5章 ANSYS基本操作(87) 5.1 ANSYS概述(87) 5.1.1 ANSYS简介(87) 5.1.2 ANSYS的启动、退出与交互界面环境(88) 5.2 ANSYS常用菜单与对话框操作(89) 5.2.1 主菜单(89) 5.2.2 工具菜单(91) 5.2.3 命令输入窗口(96) 5.2.4 快捷功能按钮(97) 5.2.5 工具条按钮(97) 5.2.6 (可见/隐藏)按钮(97) 5.2.7 “OK”与“Apply”(对话框执行)按钮(97) 5.2.8 Pan Zoom Rotate(图形变换)对话框(98) 5.2.9 “拾取”对话框(100) 5.3 ANSYS的坐标系(101) 5.3.1 总体坐标系(101) 5.3.2 局部坐标系(102) 5.3.3 工作平面(104) 5.3.4 激活坐标系(107) 5.4 ANSYS有限元分析过程及实例入门(108) 5.4.1 ANSYS主菜单系统(108) 5.4.2 ANSYS有限元分析的标准步骤(108) 5.4.3 ANSYS分析任务与分析目标(109) 5.4.4 ANSYS分析实例(109) 习题(120) 第6章 实体建模(121) 6.1 实体建模概述(121) 6.1.1 实体建模的方法(121) 6.1.2 实体建模菜单系统(122) 6.2 创建基本几何对象(122) 6.2.1 关键点的创建(123) 6.2.2 线的创建(125) 6.2.3 面的创建(127) 6.2.4 体的创建(132) 6.3 布尔运算(136) 6.4 拖拉(140) 6.5 编辑功能(141) 6.5.1 缩放(141) 6.5.2 移动(142) 6.5.3 复制(142) 6.5.4 镜像(143) 6.5.5 编辑操作综合训练(144) 6.6 删除几何对象(146) 6.7 合并重合几何对象(146) 6.8 轴承座实体建模(147) 习题(154) 第7章 网格划分与创建有限元模型(157) 7.1 创建有限元模型概述(157) 7.1.1 创建有限元模型的方法(157) 7.1.2 创建有限元模型的基本过程(157) 7.2 定义单元属性(158) 7.2.1 定义单元类型(158) 7.2.2 定义实常数(160) 7.2.3 定义材料属性(162) 7.3 直接法创建有限元模型实例(165) 7.4 网格划分控制(168) 7.4.1 网格划分工具(168) 7.4.2 设置单元属性(169) 7.4.3 网格密度控制(169) 7.4.4 单元尺寸控制(172) 7.4.5 单元形状控制(173) 7.4.6 网格划分器选择(175) 7.4.7 网格加密操作(175) 7.4.8 清除实体模型上的网格(176) 习题(177) 第8章 施加载荷与求解(178) 8.1 施加载荷与求解概述(178) 8.1.1 选择分析类型(178) 8.1.2 设置分析类型选项(179) 8.1.3 载荷及其分类(180) 8.1.4 载荷步与载荷子步(180) 8.1.5 设置载荷步选项(181) 8.1.6 求解控制(182) 8.1.7 多载荷步求解(183) 8.1.8 载荷施加的途径(184) 8.1.9 载荷的显示(184) 8.2 载荷的施加(185) 8.2.1 施加自由度约束(185) 8.2.2 施加集中载荷(189) 8.2.3 施加表面载荷(191) 8.2.4 施加体载荷(195) 8.2.5 施加惯性载荷(196) 8.2.6 施加特殊载荷(197) 8.3 求解(198) 8.3.1 模型检查(198) 8.3.2 选择合适的求解器(198) 8.3.3 执行求解(199) 8.3.4 中断和重新启动(200) 习题(201) 第9章 后处理(202) 9.1 后处理概述(202) 9.1.1 后处理(202) 9.1.2 后处理器(202) 9.1.3 结果文件(202) 9.1.4 结果数据(203) 9.2 通用后处理技术(203) 9.2.1 通用后处理的一般步骤及菜单系统(203) 9.2.2 选择结果文件与结果数据(203) 9.2.3 查看结果文件包含的结果序列(204) 9.2.4 读入用于后处理的结果序列(204) 9.2.5 结果输出方式控制(205) 9.2.6 图形显示结果(206) 9.2.7 列表显示结果信息(209) 9.2.8 查询节点及单元结果(210) 9.2.9 抓取结果显示图片(211) 9.2.10 动画显示结果(211) 9.3 时间历程后处理技术(212) 9.3.1 定义和存储变量(213) 9.3.2 变量的操作(216) 9.3.3 查看变量(220) 习题(224) 第10章 结构线性静力分析(226) 10.1 结构静力分析简介(226) 10.2 钢支架的平面问题分析(226) 10.3 联轴器的三维结构分析(233) 10.4 转轮的轴对称结构分析(241) 10.5 轮子的周期对称结构分析(250) 习题(254) 第11章 结构动力学分析(256) 11.1 ANSYS动力学分析简介(256) 11.1.1 动力学分析的概念(256) 11.1.2 动力学分析的类型(256) 11.1.3 动力学分析的基本步骤(257) 11.2 飞机机翼的模态分析(262) 11.3 弹簧质量系统的谐响应分析(268) 11.4 钢梁的瞬态动力学分析(275) 习题(285) 第12章 非线性结构分析(287) 12.1 非线性分析概述(287) 12.1.1 非线性分析的定义(287) 12.1.2 非线性分析的步骤(288) 12.2 几何非线性分析(288) 12.2.1 几何非线性基础(288) 12.2.2 悬臂梁的几何非线性分析(288) 12.3 弹塑性分析(293) 12.3.1 弹塑性分析基础(293) 12.3.2 冲孔过程分析(294) 12.4 接触分析(298) 12.4.1 接触分析基础(298) 12.4.2 销与销孔接触分析(299) 12.4.3 铝材挤压成型接触分析(308) 习题(312) 第13章 热分析(314) 13.1 热分析概述(314) 13.1.1 热分析的目的(314) 13.1.2 热传递的方式(314) 13.1.3 热分析单元(315) 13.1.4 ANSYS热分析的载荷(315) 13.1.5 ANSYS热分析的基本过程(316) 13.2 供热管道稳态热分析(316) 13.3 淬火过程瞬态热分析(318) 13.4 铸造过程瞬态热分析(321) 13.4.1 相变问题应用(321) 13.4.2 铸造过程模拟仿真(321) 13.5 包含焊缝的金属板热膨胀分析(324) 习题(331) 附录 ANSYS程序中常用量和单位(333) 参考文献(334)