上篇 结构分析有限元法的基本原理 3
1绪论 3
1.1结构分析的目的和任务 3
1.2结构分析的主要方法 3
1.3结构分析的有限单元法概述 4
2结构静力学的有限元分析 6
2.1结构静力学有限元分析过程概述 6
2.2结构的离散化 7
2.3结构的单元分析 9
2.3.1单元位移模式的选择 9
2.3.2建立单元应变与结点位移的关系 11
2.3.3建立单元应力与结点位移的关系 11
2.3.4单元刚度矩阵 12
2.4等效结点力的计算 13
2.5热载荷的计算 14
2.6结构总刚度方程的建立 16
2.7结构边界约束条件的处理 18
2.7.1置零法 19
2.7.2乘大数法 19
2.8位移的求解和应力的计算 19
3平面问题单元 22
3.1四结点四边形等参数单元 22
3.1.1单元位移模式 22
3.1.2坐标变换 23
3.1.3单元刚度矩阵 24
3.1.4等效结点力计算 25
3.1.5热载荷计算 26
3.1.6单元的完备性和协调性 27
3.2八结点四边形等参数单元 27
4轴对称问题单元 30
4.1轴对称问题 30
4.2三角形截面环单元 31
4.2.1单元位移模式 31
4.2.2单元刚度矩阵 32
4.2.3单元等效结点力的计算 33
4.2.4热载荷 35
5空间问题单元 37
5.1四面体常应变单元 37
5.1.1位移模式 37
5.1.2单元刚度矩阵和等效结点力 39
5.2八结点六面体等参数单元 41
5.2.1单元位移模式 42
5.2.2坐标变换 43
5.2.3单元刚度矩阵 43
5.2.4等效结点力计算 45
5.3二十结点六面体等参数单元 46
6杆系结构单元 49
6.1杆单元 49
6.1.1局部坐标下的单元刚度矩阵 49
6.1.2整体坐标下的单元刚度矩阵 50
6.2梁单元 54
6.2.1二维梁单元 54
6.2.2三维梁单元 58
6.2.3等效结点力的计算 60
7板壳单元 64
7.1三角形平板单元 64
7.1.1三角形平板单元的位移模式 65
7.1.2三角形平板单元的刚度矩阵 67
7.2四边形平板单元 68
7.2.1三个子三角形单元组成的三角形子单元 69
7.2.2协调的三角形子单元 70
7.2.3四边形平板单元 71
7.3平面壳体单元 72
7.3.1建立局部坐标 72
7.3.2建立局部坐标系中的单元刚度矩阵 73
7.3.3坐标变换 74
8结构动力学的有限元分析 76
8.1结构动力学方程 76
8.2结构的振动模态分析 77
8.3广义雅可比法 78
8.4子空间迭代法 80
8.5结构的动力响应分析 83
8.5.1阻尼矩阵 83
8.5.2动力响应分析的振型叠加法 84
8.5.3动力响应分析的逐步积分法 85
9结构弹性稳定性的有限元分析 89
9.1杆的稳定性问题 89
9.2板的稳定性问题 91
10几何非线性问题的有限元分析 96
10.1牛顿-拉弗逊法及其衍生方法 96
10.2切线刚度矩阵 98
11结构与其他物理场的耦合分析 101
11.1热-结构分析 101
11.1.1一维热传导的有限元分析 101
11.1.2二维热传导的有限元分析 105
11.1.3三维热传导的有限元分析 106
11.1.4热-结构的耦合分析 107
11.2流体-结构分析 109
11.2.1理想流体的有限元分析 109
11.2.2流体-结构的耦合分析 114
下篇 结构分析有限元法软件及其应用 117
12结构分析有限元方法的工程应用 117
12.1概述 117
12.2有限元软件发展历史 119
12.2.1国外有限元软件 119
12.2.2国内有限元软件的发展情况和前景 121
12.2.3有限元软件的发展趋势 122
12.3主要有限元分析软件介绍 123
12.4典型的有限元分析流程 124
12.4.1有限元分析的基本步骤 124
12.4.2有限元软件应用的典型流程 125
12.5有限元软件的使用要求 126
13 ANSYS软件应用基础 128
13.1概述 128
13.1.1 ANSYS发展历史 128
13.1.2 ANSYS软件的主要功能 128
13.1.3 ANSYS软件的主要特点 129
13.2 ANSYS中的有关术语 130
13.2.1直接法和间接法 130
13.2.2坐标系统及工作平面 130
13.2.3节点 130
13.2.4单元 131
13.2.5负载 131
13.3 ANSYS软件基本使用方法 131
13.3.1工作模式 131
13.3.2 ANSYS架构 132
13.3.3基本界面 133
13.3.4 ANSYS文件及工作文件名 134
13.3.5鼠标和键盘 134
13.4分析实例 134
13.4.1 ANSYS分析过程的主要步骤 134
13.4.2静力学分析实例 135
13.4.3动力学分析实例 147
14 MSC.Nastran软件应用基础 155
14.1 Nastran程序的历史 155
14.2 MSC公司主要产品 155
14.2.1 MSC.Patran简介 155
14.2.2 MSC.Nastran简介 160
14.2.3 MSC.Fatigue简介 165
14.3 Patran和Nastran建模和分析过程 166
14.3.1一般使用流程 166
14.3.2 Patran和Nastran相关的主要文件 167
14.4分析实例 168
14.4.1分析模型 168
14.4.2模型创建过程 168
14.4.3分析模型的求解及结果的后处理 199
14.4.4计算结果分析 204
14.4.5强度校核结论 204
15 Algor软件应用基础 206
15.1 Algor软件简介 206
15.2 Algor软件的特点 206
15.2.1界面直观友好，易学易用 206
15.2.2硬件要求低 206
15.2.3 CAD/CAE协同的前处理器和分析平台 206
15.2.4强大的后处理功能 207
15.2.5强大的结构分析以及多物理场分析功能 207
15.2.6开放的二次开发平台 208
15.3 Algor的主要分析模块 208
15.4 CAD实体建模方法 210
15.4.1 Alibre Design直接建模 210
15.4.2 Algor的InCAD接口技术 211
15.4.3网格划分 211
15.4.4 Algor网格划分的一般步骤 211
15.4.5网格细化与增强 212
15.5直接网格构建 213
15.5.1有关术语 213
15.5.2创建方法 214
15.6分析实例 214
15.6.1基本流程 214
15.6.2实例 216
16 HyperMesh软件应用基础 228
16.1产品概述 228
16.1.1 HyperView 228
16.1.2 HyperGraph 229
16.1.3 MotionView 230
16.1.4 MotionSolve 231
16.1.5 OptiStruct 232
16.1.6 HyperForm 233
16.1.7 HyperStudy 233
16.1.8 HyperWeb 234
16.1.9 ProcessManager 235
16.1.10 Radioss 236
16.2 HyperMesh简介 236
16.3 HyperMesh主要功能 237
16.4 HyperMesh软件的应用 239
16.4.1 HyperMesh软件的基本工作流程 239
16.4.2 HyperMesh软件的常用功能键对照 239
16.4.3与HyperMesh相关的文件格式 240
16.5运用HyperMesh软件对拉杆进行有限元分析的实例 241
16.5.1问题的描述 241
16.5.2有限元分析单元 241
16.5.3模型创建过程 241
16.5.4分析计算 272
16.5.5结果分析 273
参考文献 274