有限元方法与工程应用PDF电子书下载

第一篇 有限元法基础理论 3

第1章 弹性力学简介 3

1.1弹性力学中基本物理量的定义 3

1.1.1外力 3

1.1.2应力 4

1.1.3应变 5

1.1.4位移 6

1.2两种平面问题 6

1.2.1平面应力问题 6

1.2.2平面应变问题 7

1.3平面问题的基本方程 8

1.3.1平衡微分方程 8

1.3.2几何方程 8

1.3.3物理方程 8

1.4基本方程式的综合与矩阵表示 9

1.5边界条件 11

1.5.1位移边界条件 11

1.5.2应力边界条件 12

第2章 有限元法的基本概念 13

2.1有限元法的产生及应用 13

2.2有限元法采用的变分原理 14

2.3单元与离散化模型 14

2.3.1一维单元 14

2.3.2二维单元 15

2.3.3三维单元 15

2.4刚度矩阵和柔度矩阵 16

2.5有限元法的解题思路及特点 18

第3章 一维问题有限元法 20

3.1杆单元 20

3.2连接二杆结构的有限元分析 20

3.3总刚矩阵的特点 24

3.3.1有限元法的分析步骤 24

3.3.2总刚矩阵的特点 25

第4章 二维问题有限元法 27

4.1概述 27

4.2虚功原理 29

4.2.1虚位移概念 29

4.2.2虚功和实功 29

4.2.3外力虚功和虚应变能 29

4.2.4虚功原理 30

4.3基本方程的推导 30

4.3.1位移函数（单元位移场）及解答的收敛性 30

4.3.2应力与应变 33

4.3.3节点力与节点位移、载荷的关系 34

4.3.4建立以节点位移为未知数的线性方程组 37

4.4形函数的性质和面积坐标 39

4.4.1形函数的性质 39

4.4.2面积坐标 40

4.5轴对称问题 41

4.5.1轴对称问题概述 41

4.5.2轴对称结构单元划分及位移函数 43

4.5.3应力应变与节点位移的关系 44

第5章 插值函数和等参数单元 46

5.1单元分析概述 46

5.2插值函数 47

5.3边点族单元形函数的表达式 50

5.3.1平面单元族的形函数表达式 51

5.3.2三维立体单元形函数表达式 53

5.4四节点四边形等参数单元 54

第二篇 有限元法常用分析软件 59

第1章 有限元法分析软件介绍 59

1.1有限元法分析软件概述 59

1.2有限元软件的选择依据 60

1.3 ANSYS软件主要功能 60

1.4 LS-DYNA软件的主要特点及应用 61

1.5 HyperWorks软件功能 63

1.5.1 HyperWorks软件的主要模块 63

1.5.2 HyperWorks软件的优化工具 64

第2章 ANSYS软件应用基础 65

2.1 ANSYS软件使用的几个问题 65

2.1.1 ANSYS软件启动与退出 65

2.1.2 ANSYS菜单结构 66

2.1.3 ANSYS软件求解步骤 67

2.1.4执行分析前的准备工作 68

2.1.5 ANSYS软件单位制 70

2.2定义单元属性 70

2.2.1定义单元类型 70

2.2.2定义单元实常数 71

2.2.3定义材料特性 71

2.3建立实体模型 73

2.3.1两种实体模型构建方法 73

2.3.2坐标系和工作平面 74

2.3.3基本图元创建方法 76

2.3.4常用图形操作工具 78

2.3.5图元的选择与显示 81

2.4实体模型导入ANSYS的方法 82

2.5布尔运算及操作 85

2.5.1布尔运算 85

2.5.2布尔运算失败时采取的措施 88

2.6网格划分工具 89

2.6.1单元属性控制 89

2.6.2智能网格划分控制 91

2.6.3单元尺寸控制 91

2.6.4单元形状控制 91

2.6.5网格类型控制 92

2.6.6网格划分及清除 93

2.6.7网格局部细化 93

2.6.8网格拖拉与扫掠 94

2.7加载及求解 96

2.7.1载荷的种类 96

2.7.2施加载荷的方法 97

2.7.3求解 98

2.8后处理 99

2.8.1通用后处理器（POST1） 100

2.8.2时间 历程后处理器（POST26） 102

2.9 ANSYS实例——角支架结构静力分析 104

2.9.1问题描述 104

2.9.2角支架结构静力分析具体步骤 104

第3章 ANSYS／LS-DYNA软件应用基础 113

3.1 ANSYS／LS-DYNA软件的求解步骤 113

3.2单元类型及选择 114

3.3材料模型及状态方程 115

3.3.1材料模型及定义 115

3.3.2状态方程 116

3.4 PART的概念及使用 116

3.5接触算法 117

3.5.1目标面与接触面的概念 117

3.5.2接触算法及类型 117

3.5.3接触的定义 118

3.6加载、求解及控制 120

3.6.1数组的定义 120

3.6.2施加约束 121

3.6.3施加载荷 122

3.6.4初始条件 123

3.6.5求解控制及选项 124

3.7结果后处理 126

3.8修改关键字 126

第4章 LS-PREPOST后处理软件应用 128

4.1 LS-PREPOST后处理概述 128

4.2 LS-PREPOST后处理主要菜单及功能 129

第三篇 有限元法工程应用 139

第1章 火箭弹稳定装置静力分析 139

1.1问题描述 139

1.2计算条件及要求 139

1.3火箭弹稳定装置分析求解步骤 139

1.3.1 ANSYS分析前准备工作 139

1.3.2导入CAD创建的实体模型 140

1.3.3定义单元属性 141

1.3.4划分自由网格 142

1.3.5施加约束和载荷 142

1.3.6求解 144

1.3.7查看分析结果 144

1.3.8退出ANSYS 146

第2章 火箭弹模态分析 147

2.1问题描述 147

2.2计算条件及要求 147

2.3火箭弹模态分析求解步骤 148

2.3.1分析前准备工作 148

2.3.2建立实体模型 148

2.3.3定义单元属性 148

2.3.4划分自由网格 150

2.3.5求解设置模态 150

2.3.6求解 152

2.3.7查看分析结果 152

2.3.8退出ANSYS 154

第3章 铜弹冲击刚性壁非线性分析 155

3.1问题描述 155

3.2铜弹冲击刚性壁求解步骤 155

3.2.1定义工作文件名及工作标题 155

3.2.2定义单元属性 156

3.2.3生成有限元模型 156

3.2.4定义分析类型和选项 158

3.2.5施加载荷并求解 159

3.2.6检查计算结果 161

3.2.7退出ANSYS 165

第4章 高速弹丸侵彻混凝土靶板 166

4.1问题描述 166

4.2高速弹丸侵彻混凝土靶板求解步骤 166

4.2.1设置工作目录和工作文件 166

4.2.2定义单元属性 166

4.2.3创建弹丸和混凝土靶板实体模型 167

4.2.4划分网格 169

4.2.5创建PART定义接触及算法 171

4.2.6定义对称面约束和边界约束 171

4.2.7设置分析求解选项 172

4.2.8编辑修改K文件 173

4.2.9求解 173

4.2.10观察混凝土靶板的开坑和层裂 174

4.2.11退出ANSYS 174

第5章 装药爆炸对钢板的破坏效应 180

5.1问题描述 180

5.2装药爆炸对钢板的破坏效应求解步骤 181

5.2.1设置工作目录和工作文件 181

5.2.2定义单元属性 181

5.2.3创建实体模型 182

5.2.4划分映射网格 183

5.2.5创建PART 183

5.2.6定义对称约束和厚度方向约束 184

5.2.7定义PART组 184

5.2.8设置求解分析相关选项 185

5.2.9编辑修改K文件 187

5.2.10求解 188

5.2.11查看结果 188

5.2.12退出ANSYS 189

第6章 爆炸成型弹丸形成过程 195

6.1问题描述 195

6.2爆炸成型弹丸形成过程求解步骤 195

6.2.1设置工作目录和工作文件名 195

6.2.2定义单元属性 195

6.2.3创建实体模型 196

6.2.4划分映射网格 197

6.2.5创建PART 199

6.2.6移动药型罩面 200

6.2.7设定分析求解选项 200

6.2.8编辑修改K文件 201

6.2.9求解 201

6.2.10查看结果 201

6.2.11退出ANSYS 204

参考文献 208