航空航天结构中的有限元方法PDF电子书下载

上篇 有限元方法的基本理论 3

第1章 绪论 3

1.1 有限元法的发展、现状和未来 3

1.1.1 有限元法的早期工作 3

1.1.2 有限元法的发展和现状 3

1.1.3 有限元法的未来 5

1.2 有限元法在航空航天中的应用 6

1.2.1 有限元法在航空航天领域中的应用背景 6

1.2.2 航空结构分析 7

1.2.3 航天结构分析 8

习题 11

第2章 有限元法的基本概念和理论基础 12

2.1 有限元法的基本思想 12

2.2 有限元法的基本概念 13

2.3 弹性力学基本理论 16

2.4 变分原理 20

2.5 有限元平衡方程 21

习题 22

第3章 杆系结构有限元分析 23

3.1 拉压杆单元 23

3.1.1 一般规定 23

3.1.2 位移函数 23

3.1.3 几何关系和物理关系 25

3.1.4 平衡关系 26

3.1.5 坐标变换 27

3.2 扭转杆单元 29

3.3 平面直梁单元 30

3.3.1 位移函数 30

3.3.2 梁元的刚度矩阵 34

3.3.3 坐标变换 36

3.3.4 等效结点载荷 38

3.4 总体刚度矩阵和总体载荷列向量 40

3.5 刚度矩阵的物理意义和性质 43

3.6 位移边界条件 46

3.7 总刚度平衡方程的求解 48

3.8 算例 48

习题 51

第4章 平面问题有限元分析 53

4.1 概述 53

4.2 常应变三角形单元 54

4.2.1 离散化 54

4.2.2 位移模式与形函数 55

4.2.3 基于最小势能原理的单元特性分析 57

4.3 单元等效结点载荷列阵 60

4.4 矩形双线性单元 63

4.4.1 位移模式与形函数 64

4.4.2 单元刚度矩阵和单元等效载荷列阵 66

4.4.3 单元等效结点荷载矩阵 66

4.5 应力计算结果的整理 67

习题 68

第5章 空间问题有限元分析 70

5.1 三维应力状态 70

5.2 四面体常应变单元 71

5.3 直六面体单元 75

习题 76

第6章 轴对称问题的有限元分析 77

6.1 单元位移函数 77

6.2 单元应变与应力 78

6.2.1 单元应变 78

6.2.2 单元应力 79

6.3 单元刚度矩阵 80

6.4 整体刚度矩阵 81

6.5 等效结点载荷 82

6.5.1 体积力 82

6.5.2 表面力 84

习题 85

第7章 板壳问题有限元分析 86

7.1 薄板问题的有限元法 86

7.1.1 矩形单元的位移函数 88

7.1.2 矩形单元的刚度矩阵 89

7.1.3 矩形单元的等效结点载荷和内力矩 91

7.2 薄壳问题的有限元法 92

7.2.1 结构载荷列阵 92

7.2.2 单元刚度矩阵 94

7.2.3 结点应力计算 94

习题 95

第8章 高阶单元与等参数单元 96

8.1 高阶单元 96

8.1.1 建立形函数的方法 96

8.1.2 多项式的完备性 97

8.1.3 矩形单元——Lagrange族单元 98

8.1.4 矩形单元——Serendipity族单元 100

8. 2 平面4结点等参单元 101

8.2.1 坐标变换与等参单元 101

8.2.2 单元刚度矩阵的计算 103

8.2.3 等参变换的条件和等参单元的收敛性 105

8.3 8结点曲边等参单元 107

8.3.1 位移函数 107

8.3.2 等参单元等效节点载荷 109

习题 111

第9章 结构动力有限元分析 112

9.1 动力问题有限元的基本概念 112

9.2 运动方程式 112

9.2.1 惯性力和阻尼力 112

9.2.2 运动方程的建立 113

9.2.3 动力方程与静力方程的区别 114

9.3 质量矩阵 114

9.3.1 集中质量矩阵 114

9.3.2 一致质量矩阵 116

9.4 阻尼矩阵 116

9.4.1 单元阻尼矩阵 116

9.4.2 总体阻尼矩阵 117

9.5 无阻尼自由振动分析——特征值问题 117

9.6 振型的性质 118

9.6.1 振型的规格化 118

9.6.2 振型的正交性 118

9.7 有阻尼的自由振动分析 119

9.8 结构动力响应分析 120

9.8.1 振型叠加法 120

9.8.2 直接积分法 122

习题 127

第10章 区间有限元分析 128

10.1 有界不确定参数结构静力有限元分析 128

10.1.1 区间参数的定义 128

10.1.2 有界不确定参数结构静力位移问题定义 129

10.1.3 区间参数摄动方法 130

10.1.4 区间矩阵摄动方法 133

10.1.5 数值算例 135

10.2 有界不确定参数结构固有振动频率分析 138

10.2.1 标准区间特征值问题 138

10.2.2 广义区间特征值问题的参数顶点法 148

10.2.3 广义区间特征值问题参数顶点求解定理在工程中的应用 155

下篇 有限元方法在航空航天中的应用第11章 飞行器典型结构与传力路线分析 161

11.1 飞机结构系统的主要组成部分 161

11.2 导弹结构系统的主要组成部分 161

11.3 飞行器结构形式的分类 162

11.3.1 按照结构的受力传力形式分类 162

11.3.2 按照组成结构的部件形状分类 164

11.4 传力分析概念与典型构件的受力特性 164

11.4.1 传力的基本概念 164

11.4.2 对实际结构进行传力分析的基本方法 165

11.4.3 典型构件的受力特性 165

11.5 典型翼面结构及其受力、传力分析 167

11.5.1 结构简介 167

11.5.2 机翼结构的受力特点 168

11.6 典型机身结构及其受力、传力分析 168

11.6.1 结构简介 168

11.6.2 机身结构的受力特点 169

11.7 典型尾翼结构受力、传力分析 169

11.8 典型起落架结构受力、传力分析 170

11.8.1 结构简介 170

11.8.2 起落架结构的受力分析 170

第12章 飞机结构有限元建模技术 171

12.1 概述 171

12.2 建模思路 171

12.3 计算资源分析 172

12.4 结点 172

12.5 单元 175

12.6 结构的约束 183

12.7 结构载荷的施加 185

第13章 飞机结构有限元分析 187

13.1 机身结构有限元分析 187

13.1.1 结构简介 187

13.1.2 结构设计准则 188

13.1.3 机身有限元模型简化中的一般考虑 188

13.1.4 加强筒状结构极限强度 188

13.1.5 载荷选取及施加 190

13.1.6 机身外壳体有限元分析 191

13.2 机翼结构有限元分析 196

13.2.1 典型结构简介 197

13.2.2 网格的划分和有限单元的选取 198

13.2.3 边界条件模拟 199

13.2.4 计算结果分析 199

第14章 飞机结构疲劳的有限元分析 200

14.1 概述 200

14.2 疲劳设计方法 200

14.3 疲劳分析的基本步骤 202

14.4 确定疲劳寿命的方法 202

14.5 疲劳寿命的有限元分析方法 203

14.5.1 应力疲劳有限元分析方法 203

14.5.2 应变疲劳有限元分析方法 205

14.6 工程实例分析 206

14.6.1 带有缺口平板的应力疲劳有限元分析 206

14.6.2 带有缺口平板的应变疲劳有限元分析 207

第15章 飞行器结构优化设计 210

15.1 概述 210

15.2 结构优化设计的数学模型 211

15.3 设计灵敏度分析 213

15.4 结构优化方法 213

15.5 基于有限元结构优化设计在航空航天的实例 216

第16章 卫星结构有限元分析 220

16.1 概述 220

16.2 卫星结构分析模型的建立 221

16.2.1 结构的理想化 221

16.2.2 建模需要考虑的问题 223

16.2.3 分析模型的检验 227

16.3 结构静力分析 227

16.3.1 结构静力分析的载荷条件 228

16.3.2 解析法或半解析法的应用 229

16.3.3 有限元的应用 231

16.3.4 结构静力分析实例 234

16.4 结构模态分析 236

16.4.1 模态分析的目的和作用 236

16.4.2 模态分析方法 237

16.4.3 模态特征分析 241

16.4.4 提高模态分析准确性的手段 243

16.4.5 模态分析实例 244

第17章 弹（箭）结构有限元分析 246

17.1 概述 246

17.2 弹（箭）结构有限元建模方法 246

17.2.1 简化梁模型 246

17.2.2 三维壳模型 247

17.2.3 弹（箭）翼结构有限元建模 248

17.3 弹（箭）结构固有特性分析 248

17.3.1 弹（箭）结构固有特性的特点与设计要求 249

17.3.2 导弹（火箭）模态分析的方法 250

17.3.3 提高模态分析准确性的措施 251

17.3.4 结构设计中调整全弹（箭）固有特性的途径 252

17.4 分析实例 254

第18章 工程实例分析 257

18.1 某型机前机身结构静力有限元分析 257

18.2 FRP蜂窝结构标志底板有限元分析 260

18.3 某型机垂尾翼尖结构有限元静力分析 264

18.4 某型直升机涵道尾桨有限元动力分析 266

参考文献 272