第1章 工程结构分析基础 1
1.1 有限元平衡方程建立和求解知识概述 1
1.2 三维有限元平衡方程的建立 2
1.2.1 三维立体单元的形状函数 2
1.2.2 建立几何关系和物理关系 4
1.2.3 用虚功原理建立有限元平衡方程 7
1.2.4 结构的总体平衡方程和总体刚度矩阵 10
1.2.5 三维单元正交各向异性材料的平衡方程和刚度矩阵 10
1.2.6 层合板复合材料的平衡方程和刚度矩阵 16
1.2.7 正交各向异性材料三维有限元程序及其使用说明 20
1.3 有限元的求解方法及波前求解方法简介 20
1.3.1 有限元的求解方法 20
1.3.2 波前求解方法简介 20
1.4 结构分析相关材料知识 23
1.4.1 金属材料的拉伸应力—应变曲线 23
1.4.2 金属材料性能数据的测试和使用 24
1.5 结构分析准则和评定标准 25
1.5.1 当前的强度分析准则 25
1.5.2 结构分析评定标准（包含材料标准和载荷标准） 26
第2章 ANSYS12.1程序的使用介绍 28
2.1 ANSYS12.1程序的启动和退出 28
2.2 ANSYS12.1程序使用介绍 28
2.2.1 ANSYS12.1程序菜单路径命令中的符号说明 28
2.2.2 ANSYS12.1程序图形用户界面 28
2.2.3 ANSYS12.1程序的下拉菜单和主要菜单路径 29
2.2.4 ANSYS12.1程序前处理、加载求解和后处理 38
2.3 坐标系和工作平面 50
2.4 线单元例题练习 51
2.4.1 平行拉索的变形分析（几何非线性） 51
2.4.2 典型雨篷的受力分析（变截面梁） 57
2.4.3 电容器装置的受力分析（空气动压计算） 66
2.5 面单元例题练习 73
2.5.1 带孔等厚平板的应力集中分析（应力集中系数） 73
2.5.2 圆柱壳的屈曲分析（临界屈曲载荷） 82
2.6 体单元例题练习 93
2.6.1 汽车后桥的受力分析（载荷计算） 93
2.6.2 齿轮的接触分析（面—面接触问题） 99
2.7 子结构（超单元）、子模型例题练习 109
2.7.1 风力发电机组桨毂的子结构建模和分网（复杂建模和超单元） 109
2.7.2 带孔等厚平板的子结构（超单元）分析（对比分析） 114
2.7.3 带孔等厚平板的子模型分析（对比分析） 123
2.7.4 粗网格模型的建模和计算分析 123
2.7.5 建立局部细网格的计算模型（子模型），并将切割边界节点写入文件 127
2.7.6 启动粗网格的计算模型，插值子模型切割边界节点的自由度值 130
2.7.7 用当前载荷步求解子模型的计算结果 131
第3章 发动机叶片计算边界条件的选取 132
3.1 工程结构分析边界条件的重要性 132
3.2 叶片计算边界条件的选取 132
3.3 销钉型榫头强度计算 133
3.3.1 按面—面接触问题计算 133
3.3.2 按接触节点对法向位移协调计算 143
3.3.3 按接触面法向均布载荷计算 148
第4章 发动机压气机、风扇叶片的结构分析 154
4.1 压气机、风扇叶片结构分析相关知识 154
4.1.1 叶片计算单元类型选择 154
4.1.2 叶片计算有限元罩量调整的方法 154
4.1.3 叶片强度、气动性能一体化设计 157
4.2 压气机、风扇叶片的静力计算 157
4.2.1 离心载荷作用下的变形、应力计算 158
4.2.2 气动载荷作用下的变形、应力计算 163
4.2.3 离心载荷和气动载荷同时作用下的变形、应力计算 171
4.3 压气机、风扇叶片的模态计算 172
4.3.1 叶片振动频率和振型计算 172
4.3.2 叶片坎贝尔图的形成和使用 175
4.3.3 叶片古德曼图的形成和使用 176
第5章 发动机压气机、风扇叶片的排故分析 178
5.1 压气机、风扇叶片排故分析的相关知识 178
5.1.1 叶片故障模式及其影响 178
5.1.2 叶片的共振和振动疲劳分析 178
5.1.3 叶片防振措施及防振凸台的设计 180
5.2 风扇叶片的排故分析 181
5.2.1 风扇叶片的频率和振型计算 181
5.2.2 风扇叶片的故障、排故措施及振动监控 190
第6章 发动机涡轮叶片的强度和寿命分析 194
6.1 涡轮叶片结构分析相关知识 194
6.1.1 有限元计算常用的求解方法 194
6.1.2 疲劳（应力疲劳和应变疲劳）寿命计算方法 197
6.1.3 蠕变、持久寿命计算方法 201
6.1.4 Miner累积损伤理论 205
6.1.5 涡轮叶片叶冠紧度、间隙计算方法 206
6.2 涡轮叶片的静力计算 207
6.2.1 涡轮叶片的离心应力计算 207
6.2.2 涡轮叶片的热应力及合成应力计算 211
6.3 涡轮叶片的模态计算 215
6.3.1 涡轮叶片的频率和振型计算 216
6.3.2 涡轮叶片的故障分析及排故措施 222
6.4 涡轮叶片的疲劳寿命计算 226
6.4.1 ANSYS程序应力疲劳寿命计算 226
6.4.2 涡轮叶片低周循环疲劳寿命计算 229
6.5 涡轮叶片的蠕变和蠕变／应力断裂（持久）寿命计算 236
6.5.1 涡轮叶片的蠕变变形计算 236
6.5.2 涡轮叶片的蠕变／应力断裂（持久）寿命计算 244
第7章 发动机叶片强度、寿命计算用的专用程序 247
7.1 三维立体单元网格划分程序及使用说明 247
7.2 正交各向异性材料三维有限元程序及使用说明 254
7.2.1 三维有限元应力分析程序的使用说明 254
7.2.2 应力分析程序 258
7.2.3 例题：长方板的应力计算 258
7.3 低周循环疲劳寿命计算程序及使用说明 269
7.3.1 低周循环疲劳寿命计算程序的使用说明 269
7.3.2 低周循环疲劳寿命计算程序 274
7.3.3 例题 274
7.4 蠕变参数计算程序及使用说明 289
7.4.1 蠕变参数计算程序使用说明 289
7.4.2 蠕变参数计算程序 290
7.4.3 涡轮叶片蠕变应变规律参数计算例题 290
附录 296
附录1 NASTRAN程序的使用介绍 296
附录2 MARC程序的使用介绍 345
附录3 ANSYS Workbench11.0程序的使用介绍 356
附录4 复合材料结构计算分析数据输入方法介绍 377
参考文献 386