有限元理論及ANSYS應(yīng)用

目 錄第1章 有限單元法基本概念 11.1 引言 11.2 有限單元法基本概念 21.2.1 結(jié)構(gòu)離散化 21.2.2 單元?jiǎng)偠染仃?21.2.3 結(jié)構(gòu)總體剛度方程 5第2章 平面問題的有限單元法 72.1 平面問題概述 72.1.1 平面應(yīng)力問題 72.1.2 平面應(yīng)變問題 82.2 結(jié)構(gòu)離散化 92.3 位移函數(shù) 102.3.1 位移函數(shù)的一般形式 102.3.2 3節(jié)點(diǎn)三角形單元的位移函數(shù) 112.3.3 形函數(shù)的性質(zhì) 122.3.4 位移函數(shù)與解的收斂性 132.4 單元?jiǎng)偠染仃?142.4.1 3節(jié)點(diǎn)三角形單元的單元?jiǎng)偠染仃?142.4.2 單元?jiǎng)偠染仃嚨男再|(zhì) 162.5 載荷移置與等效節(jié)點(diǎn)載荷 172.6 結(jié)構(gòu)總體剛度方程 182.6.1 結(jié)構(gòu)總體剛度方程的建立 192.6.2 形成結(jié)構(gòu)總體剛度矩陣的方法 212.6.3 結(jié)構(gòu)總體剛度矩陣的性質(zhì) 222.7 位移邊界條件的處理 232.7.1 降階法 242.7.2 對(duì)角元置1法 242.7.3 對(duì)角元乘大數(shù)法 252.8 應(yīng)力計(jì)算及導(dǎo)出結(jié)果的計(jì)算 262.8.1 單元應(yīng)力及應(yīng)變的計(jì)算 262.8.2 主應(yīng)力和主方向 262.8.3 節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力 272.9 解題示例 272.10 6節(jié)點(diǎn)三角形單元 312.10.1 面積坐標(biāo) 312.10.2 位移函數(shù) 322.10.3 單元應(yīng)變 332.10.4 單元應(yīng)力 332.10.5 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 373.1 最小勢(shì)能原理 373.2 基于最小勢(shì)能原理的有限單元法 383.3 對(duì)有限單元法收斂和精度的分析 393.3.1 相容性要求 393.3.2 完備性要求 403.3.3 收斂和精度 40第4章 三維問題的有限單元法 424.1 三維應(yīng)力狀態(tài) 424.2 三維問題的四面體單元 434.2.1 位移函數(shù) 434.2.2 單元?jiǎng)偠染仃?444.2.3 載荷移置與等效節(jié)點(diǎn)載荷 444.3 軸對(duì)稱問題及其有限單元法 454.3.1 軸對(duì)稱問題 454.3.2 軸對(duì)稱問題的有限單元法 46第5章 梁?jiǎn)卧?485.1 直梁平面彎曲問題及梁?jiǎn)卧?485.1.1 直梁平面彎曲問題 485.1.2 直梁平面彎曲問題的有限單元法 485.2 鐵木辛科梁?jiǎn)卧?52第6章 等參數(shù)單元 556.1 4節(jié)點(diǎn)矩形單元 556.2 平面4節(jié)點(diǎn)等參數(shù)單元 566.2.1 坐標(biāo)變換和等參數(shù)單元 566.2.2 單元?jiǎng)偠染仃嚨挠?jì)算 586.2.3 其他的參數(shù)單元 606.3 高斯積分法 606.4 剪切閉鎖、體積閉鎖、沙漏等概念簡(jiǎn)介 626.4.1 剪切閉鎖 626.4.2 體積閉鎖 626.4.3 沙漏 63第7章 板殼單元 677.1 板彎曲的有限單元法 677.1.1 克希霍夫(Kirchhoff)薄板理論 677.1.2 基于薄板理論的非協(xié)調(diào)板單元 697.1.3 考慮橫向剪切影響的平板彎曲單元 717.2 薄殼結(jié)構(gòu)的有限單元法 73第8章 有限元方程解法 758.1 概述 758.2 總體剛度矩陣的一維變帶寬存儲(chǔ) 758.3 直接法 768.3.1 高斯消元法 768.3.2 LU分解法 768.3.3 波前法 778.4 迭代法 798.4.1 雅可比迭代法和賽德爾迭代法 798.4.2 共軛梯度法 80第9章 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 839.1 結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程 839.2 結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型 849.2.1 概述 849.2.2 基本QR法 859.2.3 蘭索斯法 859.3 結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的求解方法 869.3.1 直接積分法 879.3.2 振型疊加法 88第10章 ANSYS的基本使用方法 9010.1 實(shí)例E10-1——平面桁架的受力分析 9010.1.1 問題描述及解析解 9010.1.2 分析步驟 9010.1.3 命令流 9410.2 ANSYS的主要功能 9510.3 ANSYS的特點(diǎn) 9610.4 ANSYS產(chǎn)品簡(jiǎn)介 9610.5 處理器 9710.6 ANSYS軟件的使用 9710.6.1 ANSYS軟件解決問題的步驟 9710.6.2 命令輸入方法 9810.7 圖形用戶界面 9910.7.1 圖形用戶界面（GUI） 9910.7.2 對(duì)話框及其組成控件 10010.7.3 ANSYS的菜單系統(tǒng) 102練習(xí)題 105第11章 實(shí)體建模技術(shù) 10611.1 概述 10611.2 基本建模技術(shù) 10611.2.1 關(guān)鍵點(diǎn)的創(chuàng)建 10611.2.2 線的創(chuàng)建 10711.2.3 面的創(chuàng)建 11511.2.4 體的創(chuàng)建 11811.3 工作平面 11911.3.1 工作平面的設(shè)置 12011.3.2 工作平面的偏移和旋轉(zhuǎn) 12011.4 高級(jí)建模技術(shù) 12411.4.1 布爾運(yùn)算 12411.4.2 擠出 12911.4.3 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 14012.1 幾何模型的單元?jiǎng)澐?14412.1.1 單元?jiǎng)澐值牟襟E 14412.1.2 單元類型 14412.1.3 定義實(shí)常數(shù) 14512.1.4 材料屬性 14512.1.5 截面 14712.1.6 分配單元屬性 15012.1.7 單元形狀及劃分方法選擇 15112.1.8 單元尺寸控制 15112.1.9 劃分單元命令 15412.1.10 MeshTool對(duì)話框 15412.1.11 單元形狀檢查 15412.1.12 修改網(wǎng)格 15612.2 常用ANSYS單元類型 15812.2.1 概述 15812.2.2 LINK11 16212.2.3 LINK180 16312.2.4 BEAM188 16512.2.5 BEAM189 17412.2.6 PLANE182 17612.2.7 PLANE183 17912.2.8 SOLID185 18412.2.9 SOLID186 18712.2.10 SHELL181 19112.3 ANSYS結(jié)構(gòu)分析常用材料模型 20112.3.1 常用材料模型的分類 20112.3.2 常用材料模型的創(chuàng)建 20212.4 直接生成有限元模型 20312.4.1 節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建和操作 20312.4.2 單元的創(chuàng)建和操作 20412.5 創(chuàng)建有限元模型的高級(jí)技術(shù) 20512.5.1 自適應(yīng)單元?jiǎng)澐?20512.5.2 子模型技術(shù) 207第13章 加載和求解 21013.1 載荷和載荷步 21013.1.1 載荷的類型 21013.1.2 載荷步、子步和平衡迭代 21113.1.3 載荷步選項(xiàng) 21113.2 DOF約束 21613.2.1 施加DOF約束 21713.2.2 約束操作 21813.2.3 對(duì)稱和反對(duì)稱約束 21813.2.4 約束沖突 22013.3 集中載荷 22013.4 表面載荷 22113.4.1 施加表面載荷 22113.4.2 表面載荷操作 22413.4.3 壓力梯度及加載 22413.4.4 函數(shù)加載 22513.4.5 表面效應(yīng)單元 22813.5 體載荷 22913.5.1 施加體載荷 22913.5.2 操作體載荷 23013.5.3 慣性載荷 23013.6 特殊載荷 23013.6.1 耦合場(chǎng)載荷 23013.6.2 初始狀態(tài) 23113.6.3 預(yù)緊力載荷 23313.7 求解器 23613.7.1 概述 23613.7.2 求解器類型 23813.8 分析類型 23913.9 多載荷步求解 23913.9.1 用多個(gè)SOLVE命令直接求解 23913.9.2 用載荷步文件求解 24013.9.3 用載荷數(shù)組參數(shù)求解 241第14章 結(jié)果后處理 24214.1 概述 24214.1.1 結(jié)果文件 24214.1.2 基本解和導(dǎo)出解 24214.2 通用后處理器 24314.2.1 讀取結(jié)果數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù) 24314.2.2 結(jié)果坐標(biāo)系 24414.2.3 單元表 24514.2.4 結(jié)果圖形顯示 25014.2.5 路徑圖 25814.2.6 列表操作 26014.2.7 結(jié)果查詢 26314.2.8 載荷工況 26414.2.9 誤差估計(jì) 26614.3 時(shí)間歷程后處理器 26714.3.1 概述 26714.3.2 用變量查看結(jié)果 26814.4 動(dòng)畫技術(shù) 273第15章 其他輔助功能 27515.1 文件和文件管理 27515.1.1 概述 27515.1.2 文件操作 27515.2 實(shí)體選擇、組件和部件 27715.2.1 實(shí)體選擇 27815.2.2 組件和部件 28415.3 坐標(biāo)系 28415.3.1 坐標(biāo)系和工作平面概述 28415.3.2 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 29716.1 概述 29716.2 桁架結(jié)構(gòu) 29816.3 梁結(jié)構(gòu) 30016.4 板殼結(jié)構(gòu) 30916.5 平面結(jié)構(gòu) 31116.6 空間結(jié)構(gòu) 317第17章 ANSYS結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 32817.1 概述 32817.2 模態(tài)分析 32817.2.1 模態(tài)分析的求解方法 32817.2.2 模態(tài)分析步驟 32917.2.3 模態(tài)分析選項(xiàng) 33017.3 諧響應(yīng)分析 34117.3.1 諧響應(yīng)分析概述 34117.3.2 諧響應(yīng)分析的步驟 34217.3.3 諧響應(yīng)分析操作 34417.4 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 35317.4.1 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析方法 35317.4.2 完全法瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的步驟 35417.4.3 模態(tài)疊加法瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的步驟 35517.4.4 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析操作 35617.4.5 積分時(shí)間步長(zhǎng)的確定 35917.5 譜分析 37417.5.1 概述 37417.5.2 單點(diǎn)響應(yīng)譜分析步驟 375附錄 385參考文獻(xiàn) 388