有限元法基础与程序设计PDF电子书下载

第一章 有限元方法引论 1

§1.1 有限元法简介 1

§1.2 有限元分析的一般过程 1

§1.3 有限元法在结构分析中的地位 3

第二章 杆系结构有限元法 5

§2.1 杆单元 5

2.1.1 一般规定 5

2.1.2 位移函数（形状函数） 5

2.1.3 几何关系及物理关系 7

2.1.4 平衡关系 8

2.1.5 坐标变换 9

2.1.6 全结构的平衡 11

2.1.7 边界条件的处理 12

2.1.8 算例 13

§2.2 平面直梁单元 15

2.2.1 位移函数 15

2.2.2 梁元的刚度矩阵 20

2.2.3 等效结点力 21

习题 24

3.1.1 基本单元形状 27

§3.1 结构的离散化 27

第三章 有限元方法的一般步骤 27

3.1.2 离散过程 30

§3.2 选择位移函数 39

3.2.1 位移函数的多项式形式 39

3.2.2 插值多项式阶次的选择 40

3.2.3 收敛性要求 42

§3.3 单元刚度矩阵的建立 43

3.3.1 虚位移原理 43

3.3.2 单元位移 44

3.3.3 单元应变与应力 45

3.3.4 结点力与单元刚度矩阵 46

3.3.5 结点载荷 47

§3.4 单元刚度矩阵组装及整体分析 49

3.4.1 单刚组装形成总刚 49

3.4.2 结点平衡方程 50

3.4.3 位移边界条件 51

3.4.4 总刚度平衡方程的求解 55

3.4.5 求解内力 59

§3.5 子结构分析 59

习题 60

§4.1 平面问题的基本关系式 64

第四章 平面问题有限元法 64

4.2.1 位移函数及形状函数 66

§4.2 常应变三角形单元 66

4.2.2 几何矩阵，应力矩阵 70

4.2.3 单元的刚度方程 71

4.2.4 等效结点力 72

§4.3 四结点矩形单元 75

§4.4 面积坐标与高阶三角形单元 79

§4.5 高阶矩形单元 86

习题 88

§5.1 三维应力状态 92

第五章 空间问题有限元法 92

§5.2 四面体常应变单元 93

5.2.1 位移函数 94

5.2.2 应变矩阵 95

5.2.3 单元刚度矩阵 96

5.2.4 载荷分配 96

5.2.5 四面体的组合 97

§5.3 直六面体单元 98

习题 100

6.1.1 坐标变换与等参单元 102

第六章 等参数单元 102

§6.1 平面四结点等参元 102

6.1.2 单元刚度矩阵的计算 104

6.1.3 等参变换的条件和等参单元的收敛性 106

§6.2 八结点曲边等参单元 108

6.2.1 位移函数 108

6.2.2 等参单元等效结点力 110

§6.3 二十结点三维等参单元 113

6.3.1 形状函数 113

6.3.2 单元刚度矩阵 114

§6.4 数值积分 116

6.4.1 一维高斯求积公式 117

6.4.2 二维及三维高斯求积公式 117

6.4.3 等参元计算中数值积分阶次的选择 118

6.4.4 二维三角形单元和三维四面体单元的Hammer积分 120

§6.5 应力修匀 121

6.5.1 单元平均或结点平均 122

6.5.2 总体应力磨平 123

6.5.3 单元应力磨平 124

习题 125

§7.1 有限元分析典型算例 128

第七章 单元刚度矩阵有关程序段的设计 128

§7.2 杆元刚度矩阵程序 132

§7.3 梁元刚度矩阵程序 134

§7.4 常应变三角形单元的刚度矩阵和应力矩阵程序 136

§7.5 常剪流任意四边形板单元的刚度矩阵程序 139

§7.6 八结点曲边等参单元刚度矩阵和应力矩阵计算程序 142

7.6.1 形函数及其导数计算 142

7.6.2 雅可比矩阵及形函数对整体坐标的导数 144

7.6.3 几何矩阵和应力矩阵 145

7.6.4 单元刚度矩阵 147

§7.7 计算单元刚度矩阵的FORTRAN子程序 150

7.7.1 杆元刚度矩阵子程序 151

7.7.2 梁元刚度矩阵子程序 151

7.7.3 常应变三角元刚度矩阵和应力矩阵的子程序 153

7.7.4 常剪流四边形元刚度矩阵子程序 155

7.7.5 八结点曲边四边形等参元分析的有关子程序 157

第八章 总刚度矩阵的组集及刚度方程的建立 162

§8.1 单元的地址程序段 162

§8.2 组装总刚度矩阵的程序 163

8.2.1 整体存储总刚度矩阵程序 164

8.2.2 一维数组，变带宽存储总刚度矩阵 165

§8.3 总载荷向量的形成 168

8.3.1 常应变三角元分布面力的等效结点力和总载荷向量组装程序 169

8.3.2 八结点等参元边界分布面力的等效结点力和总载荷向量组装程序 171

§8.4 建立结构总刚度矩阵的FORTRAN子例行程序 174

8.4.1 单元的地址程序段 174

8.4.2 整体存储总刚度矩阵程序 174

8.4.3 求某一类单元对总刚半带宽的贡献的子程序 174

8.4.4 单元刚度矩阵进入总刚—组集—维总刚子程序 175

8.4.5 常应变三角元载荷处理子程序 175

8.4.6 八结点等参元载荷处理子程序 176

第九章 结构刚度方程的求解算法及程序设计 178

§9.1 高斯消去法 178

§9.2 因子化法 182

§9.3 结构刚度方程的求解算法FORTRAN子例行程序 190

9.3.1 高斯消去法子程序 190

9.3.2 因子化法子程序 191

第十章 平面薄壁结构、平面应力问题的程序设计 193

§10.1 平面薄壁结构的算例分析 193

10.1.1 第一种方法，采用高斯消去的算法 193

10.1.2 第二种方法，用因子化法求解 200

10.2.1 用常应变三角元离散化求解平面应力问题 202

§10.2 平面应力问题的算例分析 202

10.2.2 用八结点四边形等参元离散化求解平面应力问题 208

§10.3 平面薄壁结构和平面应力问题算例FORTRAN源程序 216

10.3.1 平面薄壁结构分析用源程序 216

10.3.2 平面应力问题用常应变三角元离散化时源程序 224

10.3.3 平面应力问题用八结点等参元离散化时源程序 228

附录A 平面薄壁结构算例原始数据文件及计算结果 234

A-1 平面薄壁结构算例原始数据文件 234

A-2 平面薄壁结构算例计算结果 236

B-1 平面应力问题算例采用常应变三角元离散化的原始数据文件 237

附录B 平面应力问题算例的原始数据文件及计算结果 237

B-2 平面应力问题算例采用常应变三角元离散化的计算结果 239

B-3 平面应力问题算例采用八结点等参元离散化的原始数据文件 245

B-4 平面应力问题算例采用八结点等参元离散化的计算结果 253

第十一章 有限元结构分析程序系统特点 259

§11.1 有限元软件技术 259

11.1.1 数据管理技术 259

11.1.2 用户界面与系统集成技术 260

11.1.3 智能化技术 260

11.1.4 软件自动生成技术 260

11.1.6 面向对象的有限元软件方法 261

11.1.5 可视化技术 261

§11.2 有限元分析程序 262

11.2.1 本体程序 262

11.2.2 前置处理 264

11.2.3 后置处理 265

§11.3 大型有限元结构分析程序 268

§11.4 MSC.PATRAN/NASTRAN有限元分析程序系统简介 270

11.4.1 MSC.NASTRAN软件系统 270

11.4.2 MSC.PATRAN软件系统 272

11.4.3 MSC.PATRAN/NASTRAN应用实例 273

12.1.1 建模准则 275

第十二章 飞机结构有限元分析 275

§12.1 航空组合结构有限元分析模型的建立 275

12.1.2 单元分析 276

12.1.3 航空结构模型中单元的选取 277

§12.2 飞机舵面结构的有限元分析 282

12.2.1 典型结构简介 282

12.2.2 舵面结构传力分析 284

12.2.3 有限元模型的选取 285

12.2.4 边界条件 287

12.2.5 载荷 287

参考文献 290