第1章 绪论 1
1.1 有限单元法产生的背景 1
1.1.1 常规力学分析方法存在的问题 1
1.1.2 数值分析法 2
1.2 有限元单元法的基本解题思想 2
1.3 有限单元法的发展及应用领域 3
1.4 有限单元法的特点 4
1.5 有限元常用软件简介 4
1.6 工程应用的结构分析问题分类 5
1.6.1 结构静力学分析问题 5
1.6.2 结构动力学分析问题 6
1.6.3 热分析与热力耦合问题 6
1.7 结构静力分析问题的模型简化 6
1.7.1 杆系结构问题 7
1.7.2 平面问题 8
1.7.3 轴对称问题与周期对称结构问题 9
1.7.4 板壳体结构问题 9
第2章 有限单元法力学基础 11
2.1 弹性力学中的基本假设 11
2.2 弹性力学中的基本概念 12
2.2.1 弹性体外部载荷 12
2.2.2 弹性体内部应力 12
2.2.3 弹性体的形变与位移 16
2.3 弹性力学的基本方程 18
2.4 圣维南原理 22
2.5 弹性力学中的虚位移原理 22
2.6 基本失效理论 24
第3章 有限单元法的一般原理 27
3.1 有限单元法的基本要素 27
3.2 有限单元法的解题过程 27
3.2.1 结构离散 27
3.2.2 单元特性分析 31
3.2.3 单元组集 33
3.2.4 解结构有限元方程求得所有节点位移 33
3.3 自然离散结构有限元刚度方程的建立过程 33
3.4 连续体结构有限单元法的一般原理 39
3.4.1 集合的基本原则 39
3.4.2 3节点三角形单元刚度方程 40
3.4.3 3节点三角形单元离散的结构刚度方程 41
3.4.4 3节点三角形单元内任意一点的位移 42
3.4.5 3节点三角形单元内任意一点的应变 44
3.4.6 3节点三角形单元内任意一点的应力 44
3.4.7 3节点三角形单元刚度矩阵的求解 44
3.5 单元阶次简介 46
3.6 总体刚度矩阵的建立技术 47
3.7 结构刚度矩阵的性质 48
3.8 非节点载荷的等效移置及通用公式 49
3.8.1 非节点载荷移置通用公式 50
3.8.2 非节点载荷移置应用实例 50
3.9 结构有限元方程求解方法 53
3.10 有限单元法的通用方程 54
第4章 杆系结构的有限单元法 55
4.1 二力杆系结构的有限元分析 55
4.1.1 平面二力杆系结构的有限元分析 55
4.1.2 空间二力杆单元的有限元分析 59
4.2 桁架结构解题应用实例 59
4.3 梁单元的有限元分析 68
4.3.1 平面梁单元的有限元分析 68
4.3.2 空间梁单元的有限元分析 78
4.4 框架结构有限元解题应用实例 79
第5章 平面问题的有限单元法 84
5.1 平面问题概述 84
5.1.1 平面应力问题 84
5.1.2 平面应变问题 86
5.1.3 平面问题中的主应力 88
5.2 平面线性单元特性分析 89
5.2.1 3节点三角形单元 89
5.2.2 4节点矩形单元 91
5.3 面积坐标的应用 95
5.4 平面二次单元 98
5.4.1 6节点三角形单元 99
5.4.2 8节点矩形单元 106
5.5 平面等参数单元 108
5.5.1 普通不规整高阶单元存在的问题 108
5.5.2 普通不规整高阶单元边界不协调的处理方法——几何映射 109
5.5.3 平面问题母单元 110
5.5.4 平面坐标变换 112
5.5.5 6节点三角形等参单元 115
5.5.6 8节点四边形等参单元 118
5.5.7 等参单元使用注意事项 121
5.6 平面问题有限单元法应用实例 121
第6章 轴对称问题的有限单元法 128
6.1 轴对称问题单元 128
6.1.1 微元平衡微分方程 129
6.1.2 微元几何方程 130
6.1.3 微元物理方程 131
6.1.4 微元虚功方程 131
6.2 3 节点三角形环单元 132
6.2.1 单元位移模式 132
6.2.2 单元的应变和应力 133
6.2.3 单元刚度矩阵 134
6.3 四边形环状等参单元 135
6.3.1 单元的位移模式和坐标变换式 135
6.3.2 单元应变和应力 136
6.3.3 单元刚度矩阵 137
6.4 轴对称问题应用实例 137
第7章 板壳问题的有限元法 140
7.1 薄板弯曲问题概述 140
7.1.1 薄板的小挠度弯曲理论 140
7.1.2 薄板弯曲几何方程 141
7.1.3 薄板弯曲物理方程 142
7.1.4 薄板弯曲虚功方程 143
7.1.5 薄板一般问题处理 144
7.2 矩形薄板单元 144
7.2.1 位移函数 145
7.2.2 单元的形变和力矩 146
7.2.3 单元刚度矩阵 147
7.2.4 单元等效节点力 148
7.3 三角形薄板单元 149
7.3.1 位移函数 149
7.3.2 单元形变和力矩 151
7.3.3 单元刚度矩阵 152
7.3.4 单元等效节点力 152
7.4 薄壳问题概述 153
7.5 平面矩形壳体单元 153
7.5.1 壳体平面矩形单元特性分析 153
7.5.2 壳体平面矩形单元的解题步骤 156
7.6 三角形壳体单元 156
7.7 应用实例 157
第8章 空间问题有限单元法 159
8.1 常用空间问题单元简介 159
8.2 4节点四面体单6元 160
8.2.1 单元的位移模式与形函数 160
8.2.2 单元的应变和应力 162
8.2.3 单元刚度矩阵 164
8.2.4 单元的等效节点载荷 165
8.3 体积坐标简介 165
8.3.1 体积坐标与直角坐标的关系 165
8.3.2 体积坐标函数积分与求导 166
8.4 10节点四面体单元简介 166
8.5 8节点六面体单元 167
8.5.1 单元的位移模式 168
8.5.2 单元的应变和应力 169
8.5.3 单元的刚度矩阵 170
8.6 20节点六面体单元简介 170
8.7 空间等参单元 172
8.7.1 六面体等参单元 172
8.7.2 四面体等参单元 178
第9章 ANSYS软件概述 180
9.1 ANSYS软件简介 180
9.2 ANSYS软件的模块组成 180
9.2.1 通用前处理模块 180
9.2.2 分析计算模块 181
9.2.3 通用后处理模块 182
9.3 ANSYS软件的特点 183
9.4 ANSYS运行环境的预配置 183
9.5 ANSYS图形界面的交互操作 184
9.5.1 ANSYS11.0的启动与IDE 184
9.5.2 ANSYS的菜单操作 186
9.5.3 图元拾取操作 187
9.5.4 图形显示控制菜单的使用 189
9.6 ANSYS的文件管理与数据库操作 191
9.6.1 ANSYS的数据文件 191
9.6.2 ANSYS数据库文件操作 192
9.6.3 ANSYS中的．Log文件 193
9.7 退出ANSYS环境 193
第10章 ANSYS几何模型建模 195
10.1 有限元实体建模基础 195
10.1.1 坐标系 195
10.1.2 坐标系菜单操作 198
10.1.3 工作平面 199
10.1.4 工作平面显示、状态查询与选项设置 199
10.1.5 工作平面位置的调整 200
10.2 工作环境设置 202
10.3 几何模型建模技术 204
10.3.1 基本几何图素个体的创建 205
10.3.2 图形窗口中模型的视角调整、平移、缩放与旋转操作 212
10.3.3 复杂几何图素的创建 212
10.3.4 图元的显示、编号、复制、镜像及删除 215
10.4 图元选择集的建立 218
10.5 组建复杂几何模型——布尔运算 219
10.5.1 布尔运算设置 220
10.5.2 布尔操作 220
10.6 建模实例 223
第11章 ANSYS几何模型网格划分 240
11.1 有限元网格生成方法 240
11.1.1 有限元网格生成方法分类 240
11.1.2 有限元网格生成方法选择 241
11.2 定义单元属性 242
11.2.1 单元概述 242
11.2.2 定义单元类型 243
11.2.3 定义单元实常数 245
11.2.4 定义材料特性 245
11.2.5 定义截面类型 247
11.3 分配单元属性 247
11.3.1 默认单元属性 248
11.3.2 手动分配单元属性 249
11.4 设定网格尺寸和网格形状 250
11.4.1 设定单元网格尺寸 251
11.4.2 设定单元网格形状 252
11.5 自由网格划分与映射网格划分 252
11.5.1 自由网格划分 253
11.5.2 映射网格划分 254
11.5.3 快速网格划分——网格划分工具Mesh Tool 256
11.6 体的扫掠网格划分VSWEEP 257
11.6.1 扫掠之前的准备工作 257
11.6.2 扫掠网格划分的补充说明 258
11.6.3 实例——六方孔螺钉头用扳手的体及网格生成 259
11.7 面网格拉伸生成体及网格 263
11.8 网格局部细化 264
第12章 施加载荷与求解 265
12.1 载荷种类 265
12.2 加载方式 266
12.3 载荷的施加 267
12.3.1 施加自由度（DOF）约束 268
12.3.2 施加力载荷 274
12.4 载荷显示与删除 280
12.5 求解过程控制 282
12.6 载荷步的设置和求解操作 284
第13章 ANSYS分析结果的后处理 288
13.1 后处理器与结果文件 288
13.2 通用后处理器POST1 288
13.2.1 结果文件中的数据读入内存数据库 289
13.2.2 通用后处理的一些选项控制 290
13.2.3 结果数据的图像化显示 290
13.2.4 单元表 297
13.3 结果数据的列表显示 302
13.3.1 支座反力列表显示 302
13.3.2 节点载荷列表显示 302
13.3.3 单元数据矢量列表显示 304
13.3.4 沿预先定义的几何路径列出指定数据 304
13.3.5 单元表数据列表显示 305
13.3.6 按求解结果排序列表显示数据 305
第14章 ANSYS工程应用实例 308
14.1 结构静力学问题常用到的单元类型 308
14.2 桁架问题 309
14.3 框架问题 327
14.4 平面问题 339
14.5 轴对称问题 353
14.6 空间问题 357
14.7 板壳问题 376
参考文献 386