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內(nèi)容簡介

　　本書以結構分析有限元為主要內(nèi)容，圍繞桿、梁、彈性力學平面問題和空間問題、平板彎曲問題，系統(tǒng)地介紹了有限元位移法的基本思想和編程實現(xiàn)步驟，并在計算機代數(shù)系統(tǒng)MAPLE環(huán)境下編制了二維、三維桿單元程序，二維、三維梁單元程序，彈性力學平面問題和空間問題程序，平板彎曲有限元程序等。在給出理論分析結果和自編有限元程序計算結果的同時，還給出了ANSYS程序的求解結果，以及這三種結果的比較。本書注重從簡單問題入手，利用手工計算理解有限元基本思想，編程實現(xiàn)體會實現(xiàn)過程，ANSYS驗證說明自編程序的有效性。采用計算機代數(shù)系統(tǒng)編程環(huán)境大大簡化了代碼編制，使讀者能夠?qū)⒏嗟淖⒁饬性趯崿F(xiàn)程序編制的具體步驟上。ANSYS驗證也是讀者掌握商用有限元程序的捷徑。本書的使用能夠使讀者在較短的時間內(nèi)，理解有限元基本思想和實現(xiàn)過程，同時學會使用計算機代數(shù)系統(tǒng)和ANSYS軟件。本書適合大學本科二年級以上的學生和研究生使用，也可供從事結構分析和設計的其他人員參考。隨著計算機技術的日益普及，計算機技術在提高社會生產(chǎn)力方面發(fā)揮了越來越重要的作用，特別是CAD／CAE／CAM在工業(yè)界日益成熟和普及，極大地提高了工業(yè)設計和生產(chǎn)效率，越來越多的人逐漸熟悉這些強有力的工具，并對這些技術給工業(yè)界的推動作用逐漸認可。越來越多從事設計到生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的工程技術人員和在校學生逐步成為這一新技術的主要用戶群體。有限元分析技術已經(jīng)發(fā)展成為計算機輔助分析CAE的核心。用CAE方法可以減少或避免物理測試過程，通過計算機模擬最惡劣載荷工況下零件或結構的工作情況，準確地計算其應力應變。使產(chǎn)品在設計階段就能夠?qū)Ω黜椥阅苓M行評估，及早發(fā)現(xiàn)設計上存在的問題，從而大大縮短設計開發(fā)周期。特別是有限元分析及優(yōu)化技術，能夠改進結構設計，使其在滿足強度和剛度的情況下具有最合理的方案。應用于新產(chǎn)品開發(fā)和老產(chǎn)品改造方面，能夠提供對強度、應力分布狀況的優(yōu)化，從而在設計上提供理論指導。作為目前國內(nèi)最流行的ANSYS軟件，在工程計算、教學實踐和科學研究方面已經(jīng)積累了大量的應用實例。不少學校購買了ANSYS軟件，并開展了一系列學習和推廣ANSYS應用的熱潮。如何讓初學者能快速全面地掌握有限元基本思想和ANSYS的使用要領，完成最一般的工程結構分析。本書以結構分析有限元為主要內(nèi)容，圍繞平面桿、空間桿、平面梁、空間梁、彈性力學平面問題和空間問題、平板彎曲問題系統(tǒng)地介紹了有限元位移法的基本思想和編程實現(xiàn)步驟，從簡單問題入手，用手工計算的方式展示實現(xiàn)步驟和墓本思想。并在計算機代數(shù)系統(tǒng)MAPLE環(huán)境下編制了二維、三維桿單元程序，二維、三維梁單元程序，彈性力學平面和空間問題程序，平板彎曲有限元程序等。在給出理論分析結果、有限元手工計算結果、自編有限元程序計算結果的同時，還利用APDL編程語言給出了ANSYS程序的求解步驟和計算結果，并對不同方法的結果進行了比較分析。本書的第1章簡單介紹了計算機代數(shù)系統(tǒng)MAPLE和ANSYS系統(tǒng)的入門知識。從第2章開始按照桿、梁、實體和板殼結構的次序，從二維問題到三維問題、從簡到繁，介紹了基本理論、實現(xiàn)過程、MAPLE程序和算例，以及ANSYS驗證等內(nèi)容。書末給出了ANSYS中最常使用的結構單元特性介紹。和一般有限元書籍不同的是，本書在講解基本理論的同時，注重有限元基本思想的描述和程序?qū)崿F(xiàn)過程的講解，所用的源程序都是作者按照基本思想編制調(diào)試，并經(jīng)過算例驗證過的。從內(nèi)容選材上覆蓋了主要的結構分析單元類型，在實現(xiàn)手段上，避開了高級語言編程。特別是理論分析和ANSYS計算相結合，計算結果的分析比較加強了讀者對自編程序的有效性的認識。同時，也使讀者在不知不覺間學會了用MAPLE編程和用ANSYS進行一般結構的力學分析。元特性有初步的認識。相信讀者在讀完本書，并結合所附光盤源程序和算例的演練后，基本掌握MAPLE編程和ANSYS分析。本書在編寫過程中得到了仿真互動網(wǎng)站和許多有限元愛好者的幫助和支持。同時，我們也非常感謝蘭州理工大學的同事和家人對本工作的支持和理解。本書的部分資料來源于ANSYS驗證算例和參考文獻，特向他們表示感謝。同時，也感謝機械工業(yè)出版社北京時代金科科技有限公司對作者的信任和責任編輯為本書的出版所付出的辛勤工作！全書由邢靜忠和王永崗（中國農(nóng)業(yè)大學）編著，陳曉霞、黃達文、宋慧芳、董永香、騰兆春、張敏、徐燕等參與了部分編寫工作。鑒于時間倉促和作者的認識局限，書中錯誤難免，歡迎讀者批評指正。書中源程序，可從以下網(wǎng)站下載：http：／／www.cmpbook.com／download／15532.Rar或：http：／／hsingi2h.welan.cOm

作者簡介

暫缺《有限元基礎與ANSYS入門》作者簡介

圖書目錄

前言
第1章 MAPLE和ANSYS使用簡介
1.1 什么是MAPLE
1.2 MAPLE的結構
1.2.1 算術
1.2.2 變量和多項式
1.2.3 方程
1.3 向量和矩陣
1.3.1 定義向量
1.3.2 向量運算
1.3.3 定義矩陣
1.3.4 矩陣運算
1.4 解線性方程組
1.4.1 消元法
1.4.2 逆矩陣法
1.4.3 linsolve命令
1.5 簡單程序設計
1.5.1 選擇結構
1.5.2 循環(huán)結構
1.5.3 跳出循環(huán)和終止執(zhí)行
1.6 ANSYS 7.0環(huán)境簡介
1.6.1 ANSYS 7.0的啟動
1.6.2 ANSYS 7.0的用戶界面
1.6.3 ANSYS 7.0的求解過程
1.7 分析過程最常用的命令
1.7.1 起始層命令
1.7.2 前處理命令
1.7.3 求解命令
1.7.4 一般后處理命令
1.8 結構分析問題
1.8.1 桿系問題
1.8.2 梁系問題
1,8.3 平面問題
1.8.4 板殼問題
第2章桿系結構有限元
2.1 剛度的概念
2.2 坐標轉(zhuǎn)換的概念
2.3 局部坐標系下的單元剛度矩陣
2.4 整體坐標系下的單元剛度矩陣
2.5 形成總體剛度矩陣
2.6 形成載荷
2.7 添加約束
2.8 求解方程
2.9 計算桿件內(nèi)力
2.10 計算結果驗證
2.11 平面桁架有限元程序
2.12 ANSYS程序計算結果
2.13 平面屋架靜力分析
2.14 三維桿系的有限元程序
2.14.1 三維桿系的單元剛度矩陣
2.14.2 三維桿系有限元程序
2.15 用ANSYS計算三維桁架系統(tǒng)
2.16 空間桁架系統(tǒng)計算結果對比
第3章梁系結構的有限元法
3.1 平面剛架
3.1.1 局部坐標系下梁單元的剛度矩陣
3.1.2 坐標轉(zhuǎn)換矩陣
3.1.3 整體坐標系下的單元剛度矩陣
3.1.4 單元剛度矩陣特點
3.1.5 整體剛度矩陣
3.1.6 節(jié)點載荷和位移約束
3.1.7 求解線性代數(shù)方程組
3.1.8 非節(jié)點載荷的固端內(nèi)力計算
3.1.9 單元內(nèi)力計算
3.2 平面剛架有限元程序
3.3 計算包含非節(jié)點載荷情況
3.4 用ANSYS程序驗算自編程序結果
3.4.1 只有節(jié)點力作用情況
3.4.2 包含非節(jié)點載荷情況
3.5 結果比較
3.6 用MAPLE程序完成7層框架結構計算
3.6.1 MAPLE程序計算多層平面框架
3.6.2 用ANSYS計算多層平面框架
3.7 空間剛架有限元程序
3.7.1 局部坐標系下單元剛度矩陣
3.7.2 坐標轉(zhuǎn)換矩陣
3.8 非節(jié)點載荷的固端反力計算
3.9 空間剛架有限元程序
3.10 算例驗證
3.10.1 模型基本參數(shù)
3.10.2 模型前處理
3.10.3 求解和后處理
3.10.4 通過單元表處理單元內(nèi)力結果
3.10.5 獲得空間剛架的內(nèi)力圖
3.10.6 分析比較計算結果
3.11 測試斜彎曲情況
3.11.1 MAPLE程序計算
3.11.2 理論計算
3.11.3 ANSYS計算
習題
第4章彈性力學平面問題
4.1 彈性力學基本方程
4.1.1 平衡方程
4.1.2 幾何方程應變一位移關系
4.1.3 物理方程應力一應變關系
4.2 最小勢能原理
4.2.1 應變能的概念及其表達式
4.2.2 最小勢能原理
4.3 平面應力問題和平面應變問題
4.3.1 平面應力問題
4.3.2 平面應變問題
4.4 平面問題的3節(jié)點三角形單元
4.4.1 單元位移模式及形函數(shù)
4.4.2 應變矩陣和應力矩陣
4.5 平面問題有限元方程的建立
4.6 單元剛度矩陣
4.7 單元等效節(jié)點載荷列陣
4.7.1 分布體積力
4.7.2 分布面積力
4.7.3 集中力
4.7.4 溫變載荷
4.8 結構總體剛度矩陣和節(jié)點載荷列陣的集成
4.8.1 結構總體剛度矩陣的集成
4.8.2 節(jié)點載荷列陣的集成
4.8.3 結構總體剛度矩陣的性質(zhì)及特點
4.9 邊界條件的引入
4.10 平衡方程的求解
4.11 應力計算
4.12 求解思想與編程實現(xiàn)
4.12.1 手工演算
4.12.2 MAPLE編程
4.12.3 ANSYS模擬驗證
4.13 例題1——集中拉力下的三角片
4.13.1 MAPLE編程
4.13.2 ANSYS模擬
4.14 例題2——均布載荷下的簡支梁
4.14.1 MAPLE編程
4.14.2 ANSYS模擬驗證
習題
第5章彈性力學空間問題
5.1 引言
5.2 常應變四面體單元
5.2.1 單元位移模式和形函數(shù)
5.2.2 應變矩陣和應力矩陣
5.2.3 有限元方程的建立
5.2.4 單元等效節(jié)點載荷
5.3 空間8節(jié)點六面體單元
5.3.1 單元位移模式和形函數(shù)
5.3.2 應變矩陣和應力矩陣
5.3.3 單元剛度矩陣和載荷列陣
5.4 算例與編程實現(xiàn)——集中載荷作用下的立方體
5.4.1 MAPLE編程
5.4.2 ANSYS模擬
5.5 算例與編程實現(xiàn)——純彎曲懸臂梁
5.5.1 MAPLE編程
5.5.2 用ANSYS模擬純彎曲懸臂梁
第6章薄板彎曲問題的有限元法
6.1 薄板彎曲的基本概念和假設
6.2 薄板彎曲的基本方程
6.2.1 幾何方程
6.2.2 物理方程
6.2.3 最小勢能原理
6.2.4 邊界條件
6.3 薄板矩形單元的位移法
6.3.1 單元位移模式和形函數(shù)
6.3.2 廣義應變矩陣和廣義內(nèi)力矩陣
6.3.3 單元剛度矩陣
6.3.4 非節(jié)點載荷的等效節(jié)點載荷列陣
6.4 算例與編程——四邊支承的正方形薄板
6.4.1 四邊固支的正方形薄板
6.4.2 四邊簡支的正方形薄板
6.4.3 MAPLE編程完成薄板計算程序
6.4.4 ANSYS模擬完成正方形薄板計算
6.5 算例與編程——集中載荷作用下的懸臂矩形板
6.5.1 MAPLE編程完成懸臂矩形板分析
6.5.2 用ANSYS完成懸臂矩形板分析
習題
附錄常用結構單元參考
參考文獻