基于MATLAB的有限元法与ANSYS应用PDF电子书下载

上篇 基于MATLAB的有限元法 3

第1章 有限元法理论基础 3

1.1 有限元法概述 3

1.1.1 有限元法基本概念 3

1.1.2 有限元法发展历史 4

1.1.3 有限元法工程应用 4

1.2 弹性力学基础 5

1.2.1 弹性力学概述 5

1.2.2 平衡方程 6

1.2.3 几何方程 6

1.2.4 物理方程 7

1.2.5 边界条件 7

1.3 能量原理和加权余量法 8

1.3.1 虚位移原理 8

1.3.2 势能原理 10

1.3.3 加权余量法 13

第2章 MATLAB应用基础 15

2.1 MATLAB应用入门 15

2.1.1 指令窗口运算 15

2.1.2 指令窗口操作 16

2.1.3 指令历史窗口 18

2.1.4 工作空间窗口 18

2.2 MATLAB基本运算 19

2.2.1 向量运算 19

2.2.2 矩阵运算 21

2.2.3 数组运算 23

2.2.4 多项式运算 24

2.3 MATLAB程序设计 26

2.3.1 M文件介绍 26

2.3.2 参数与变量 27

2.3.3 程序结构 29

2.4 MATLAB绘图功能 33

2.4.1 直角坐标图 33

2.4.2 极坐标图 34

2.4.3 对数坐标图 34

第3章 杆系结构有限元法-矩阵位移法 36

3.1 概述 36

3.2 单元刚度分析 37

3.2.1 二力杆单元 37

3.2.2 平面梁单元 38

3.2.3 平面桁架杆单元 41

3.2.4 平面刚架杆单元 41

3.2.5 单元刚度矩阵的性质 42

3.3 单元坐标变换 43

3.3.1 平面桁架杆单元的坐标变换 43

3.3.2 平面刚架杆单元的坐标变换 46

3.4 整体分析与总体刚度矩阵集成 47

3.4.1 整体分析 47

3.4.2 总体刚度矩阵集成 49

3.5 约束处理和非结点载荷简化 54

3.5.1 约束处理 54

3.5.2 非结点载荷简化 55

3.6 实例分析 56

第4章 平面桁架的程序设计 61

4.1 平面桁架的程序结构 61

4.2 平面桁架的主控变量和数据描述 61

4.2.1 平面桁架的主控变量 61

4.2.2 平面桁架的数据描述 62

4.3 平面桁架的功能函数 65

4.3.1 单元刚度矩阵函数 65

4.3.2 总体刚度矩阵函数 67

4.3.3 载荷列阵函数 68

4.3.4 约束处理函数 69

4.3.5 结点位移函数 70

4.3.6 单元内力函数 70

4.4 平面桁架计算程序 71

4.4.1 主程序 71

4.4.2 前处理程序 72

4.4.3 后处理程序 72

4.5 平面桁架的计算实例 73

4.5.1 计算实例（一） 73

4.5.2 计算实例（二） 74

第5章 平面刚架的程序设计 77

5.1 平面刚架的主控变量和数据描述 77

5.1.1 平面刚架的主控变量 77

5.1.2 平面刚架的数据描述 77

5.2 平面刚架的功能函数 78

5.2.1 单元刚度矩阵函数 78

5.2.2 总体刚度矩阵函数 79

5.2.3 载荷简化函数 80

5.2.4 载荷列阵函数 82

5.2.5 结点位移函数 83

5.2.6 单元内力函数 83

5.3 平面刚架计算程序 85

5.3.1 主程序 85

5.3.2 前处理程序 85

5.3.3 后处理程序 85

5.4 平面刚架的计算实例 86

5.4.1 计算实例（一） 86

5.4.2 计算实例（二） 88

第6章 弹性平面问题有限元法 90

6.1 概述 90

6.1.1 弹性力学有限元法简介 90

6.1.2 弹性平面问题简介 91

6.2 弹性平面问题的矩阵表示 91

6.2.1 变量的矩阵表示 92

6.2.2 方程的矩阵表示 92

6.3 平面三角形单元 94

6.3.1 位移模式的选择 94

6.3.2 单元刚度分析 97

6.3.3 结点载荷的形成 103

6.3.4 结构的整体分析 104

6.3.5 实例分析 108

6.4 平面矩形单元 115

6.4.1 单元位移函数 116

6.4.2 单元应变场 117

6.4.3 单元应力场 118

6.4.4 单元刚度矩阵 118

6.5 等参单元 119

6.5.1 等参元的概念 119

6.5.2 直四边形等参单元 120

6.5.3 曲四边形等参单元 122

6.5.4 高斯积分 124

第7章 弹性平面问题的程序设计 125

7.1 弹性平面问题的主要公式 125

7.1.1 单元刚度矩阵 125

7.1.2 单元应力矩阵 126

7.1.3 结点载荷列阵 126

7.2 弹性平面问题的程序结构 127

7.3 弹性平面问题的主控变量和数据描述 127

7.3.1 弹性平面问题的主控变量 128

7.3.2 弹性平面问题的数据描述 129

7.4 弹性平面问题的功能函数 131

7.4.1 单元刚度矩阵函数 131

7.4.2 整体刚度矩阵函数 134

7.4.3 载荷列阵函数 135

7.4.4 位移约束函数 137

7.4.5 结点位移函数 138

7.4.6 单元应力函数 139

7.4.7 结点应力函数 141

7.5 弹性平面问题的计算程序 142

7.5.1 主程序 142

7.5.2 前处理程序 143

7.5.3 后处理程序 143

7.6 弹性平面问题的数值算例 144

7.6.1 算例（一） 144

7.6.2 算例（二） 147

下篇 ANSYS的应用实例 153

第8章 ANSYS线性静力分析 153

8.1 ANSYS的概述 153

8.1.1 ANSYS的发展历程 153

8.1.2 ANSYS的功能简介 153

8.1.3 ANSYS的基本操作 154

8.2 联轴体的静力分析 156

8.2.1 问题的描述 156

8.2.2 定义单元和材料类型 157

8.2.3 建立联轴体几何实体 157

8.2.4 建立联轴体有限元模型 160

8.2.5 定义载荷和求解 160

8.2.6 结果可视化处理 161

8.3 复合梁的静力分析 163

8.3.1 问题的描述 163

8.3.2 定义材料和单元类型 163

8.3.3 建立复合梁有限元模型 163

8.3.4 定义载荷和求解 164

8.3.5 结果可视化处理 165

8.4 空心轴扭转的静力分析 166

8.4.1 问题的描述 166

8.4.2 定义材料和单元类型 167

8.4.3 建立空心轴有限元模型 167

8.4.4 定义载荷和求解 169

8.4.5 结果可视化处理 169

8.5 油缸的静力分析 171

8.5.1 问题的描述 171

8.5.2 定义材料和单元类型 171

8.5.3 建立油缸几何实体 171

8.5.4 建立油缸有限元模型 172

8.5.5 定义载荷和求解 173

8.5.6 结果可视化处理 174

第9章 ANSYS非线性分析 176

9.1 矩形平板的扭曲分析 176

9.1.1 问题的描述 176

9.1.2 定义材料和单元类型 176

9.1.3 建立矩形平板有限元模型 177

9.1.4 定义载荷和求解 177

9.1.5 结果可视化处理 178

9.2 外伸梁的大变形分析 179

9.2.1 问题的描述 179

9.2.2 定义材料和单元类型 179

9.2.3 建立外伸梁有限元模型 180

9.2.4 定义载荷和求解 180

9.2.5 结果可视化处理 181

9.3 路基沉陷的弹塑性分析 182

9.3.1 问题的描述 182

9.3.2 定义材料和单元类型 183

9.3.3 建立路基有限元模型 184

9.3.4 定义载荷和求解 185

9.3.5 结果可视化处理 186

9.4 内压球壳的弹塑性分析 188

9.4.1 问题的描述 188

9.4.2 定义材料和单元类型 188

9.4.3 建立球壳有限元模型 189

9.4.4 定义载荷和求解 189

9.4.5 结果可视化处理 190

第10章 ANSYS接触分析 192

10.1 圆轴和圆盘的过盈装配 192

10.1.1 问题的描述 192

10.1.2 定义单元和材料类型 192

10.1.3 建立圆盘和圆轴的几何体实体 193

10.1.4 建立圆盘和圆轴的有限元模型 194

10.1.5 建立圆盘和圆轴间的目标单元 194

10.1.6 建立圆盘和圆轴间的接触单元 195

10.1.7 定义载荷和求解 196

10.1.8 结果可视化处理 196

10.2 橡胶圈与刚体的接触分析 198

10.2.1 问题的描述 198

10.2.2 建立橡胶圈和刚体的几何实体 198

10.2.3 建立橡胶圈的有限元模型 199

10.2.4 建立上侧接触对 200

10.2.5 建立下侧接触对 201

10.2.6 定义载荷和求解 202

10.2.7 结果可视化处理 203

10.3 球壳与圆盘的接触分析 204

10.3.1 问题的描述 204

10.3.2 建立球壳与圆盘的几何实体 205

10.3.3 建立球壳与圆盘的有限元模型 205

10.3.4 建立球壳与圆盘的接触对 206

10.3.5 定义载荷和求解 207

10.3.6 结果可视化处理 208

10.4 弯曲加工的模拟分析 210

10.4.1 问题的描述 210

10.4.2 建立弯曲加工几何实体 210

10.4.3 建立弯曲加工有限元模型 211

10.4.4 建立弯曲加工接触对 211

10.4.5 载荷定义和求解 212

10.4.6 结果可视化处理 213

第11章 ANSYS动力分析 215

11.1 变截面复合梁的模态分析 215

11.1.1 问题的描述 215

11.1.2 建立变截面复合梁几何实体 215

11.1.3 建立变截面复合梁有限元模型 216

11.1.4 定义载荷和求解 217

11.1.5 结果可视化处理 217

11.2 简支梁的谐响应分析 219

11.2.1 问题的描述 219

11.2.2 建立简支梁几何实体 219

11.2.3 建立简支梁有限元模型 220

11.2.4 定义载荷和求解 220

11.2.5 结果可视化处理 221

11.3 刚架的冲击变形分析 223

11.3.1 问题的描述 223

11.3.2 建立刚架几何实体 224

11.3.3 建立刚架有限元模型 224

11.3.4 定义载荷和求解 225

11.3.5 结果可视化处理 226

11.4 空间刚架的响应谱分析 228

11.4.1 问题的描述 228

11.4.2 建立空间刚架几何实体 229

11.4.3 建立空间刚架有限元模型 230

11.4.4 定义载荷和求解 230

11.4.5 结果可视化处理 231

第12章 ANSYS屈曲分析 235

12.1 箱型截面梁的屈曲分析 235

12.1.1 问题的描述 235

12.1.2 建立箱型截面梁几何实体 235

12.1.3 建立箱型截面梁有限元模型 236

12.1.4 定义载荷和求解 236

12.1.5 结果可视化处理 237

12.2 扇形截面压杆的屈曲分析 240

12.2.1 问题的描述 240

12.2.2 建立扇形截面压杆几何实体 240

12.2.3 建立扇形截面压杆有限元模型 240

12.2.4 定义载荷和求解 241

12.2.5 结果可视化处理 242

12.3 侧压平板的屈曲分析 244

12.3.1 问题的描述 244

12.3.2 建立侧压平板有限元模型 245

12.3.3 定义载荷和求解 245

12.3.4 结果可视化处理 246

12.4 外压圆筒的屈曲分析 249

12.4.1 问题的描述 249

12.4.2 建立压力圆筒几何实体 249

12.4.3 建立压力圆筒有限元模型 250

12.4.4 定义载荷和求解 251

12.4.5 结果可视化处理 252

主要参考文献 255