第1章 有限元法简介 1
1.1 有限元法的产生 1
1.1.1 有限元法的发展过程 1
1.1.2 有限元法的基本思想 2
1.1.3 有限元法的分类 3
1.2 有限元法的基本步骤、误差和特点 3
1.2.1 有限元法基本步骤 3
1.2.2 有限元解的误差及产生原因 5
1.2.3 有限元法的特点 5
1.3 有限元法的应用 6
1.3.1 有限元法的应用领域 6
1.3.2 有限元法在工程中的应用 7
1.3.3 有限元法在产品开发中的作用 8
1.4 弹性力学基本知识 9
1.4.1 弹性力学的基本假设 9
1.4.2 弹性力学的基本变量 9
1.4.3 弹性力学的基本方程 13
1.4.4 弹性问题的能量原理 15
1.4.5 弹性力学的平面问题 17
习题 21
第2章 平面问题的有限元法 22
2.1 结构的离散化 22
2.2 单元分析 23
2.2.1 位移函数 24
2.2.2 单元应变 27
2.2.3 单元应力 28
2.2.4 单元刚度矩阵 29
2.3 单元等效节点力 31
2.4 整体分析 33
2.5 有限元法解题过程与算例 38
2.6 边界条件的处理 45
2.7 计算结果的整理 46
2.8 矩形单元 46
2.8.1 位移函数 47
2.8.2 单元应变 48
2.8.3 单元应力 49
2.8.4 单元刚度矩阵 49
2.8.5 单元等效节点力 49
2.8.6 整体平衡方程 50
2.8.7 矩形单元与三角形单元的比较 50
2.8.8 解的收敛性 50
习题 50
第3章 空间问题和轴对称问题有限元法 54
3.1 空间问题的特点 54
3.2 采用四面体单元解一般空间问题 54
3.2.1 结构离散化 54
3.2.2 单元位移函数 54
3.2.3 单元的应变与应力 56
3.2.4 单元刚度矩阵 57
3.2.5 单元等效节点力 58
3.3 轴对称问题的有限元法 59
3.3.1 轴对称问题的定义 59
3.3.2 基本变量和基本方程 59
3.3.3 轴对称问题的网格划分 60
3.3.4 轴对称问题的单元分析 61
习题 66
第4章 等参数单元与数值积分 68
4.1 等参数单元的基本概念 68
4.2 平面八节 点四边形等参数单元 70
4.2.1 单元位移函数 71
4.2.2 单元应变 73
4.2.3 单元应力 74
4.2.4 单元刚度矩阵 75
4.3 空间二十节 点六面体等参数单元 76
4.3.1 单元位移函数 76
4.3.2 单元应变 77
4.3.3 单元应力 79
4.3.4 单元刚度矩阵 80
4.3.5 单元等效节点力 81
4.4 高斯求积法 82
习题 85
第5章 ANSYS基本操作 87
5.1 ANSYS概述 87
5.1.1 ANSYS简介 87
5.1.2 ANSYS的启动、退出与交互界面环境 88
5.2 ANSYS常用菜单与对话框操作 89
5.2.1 主菜单 89
5.2.2 工具菜单 91
5.2.3 命令输入窗口 96
5.2.4 快捷功能按钮 97
5.2.5 工具条按钮 97
5.2.6 （可见／隐藏）按钮 97
5.2.7 “OK”与“Apply”（对话框执行）按钮 97
5.2.8 Pan Zoom Rotate（图形变换）对话框 98
5.2.9 “拾取”对话框 100
5.3 ANSYS的坐标系 101
5.3.1 总体坐标系 101
5.3.2 局部坐标系 102
5.3.3 工作平面 104
5.3.4 激活坐标系 107
5.4 ANSYS有限元分析过程及实例入门 108
5.4.1 ANSYS主菜单系统 108
5.4.2 ANSYS有限元分析的标准步骤 108
5.4.3 ANSYS分析任务与分析目标 109
5.4.4 ANSYS分析实例 109
习题 119
第6章 实体建模 121
6.1 实体建模概述 121
6.1.1 实体建模的方法 121
6.1.2 实体建模菜单系统 122
6.2 创建基本几何对象 122
6.2.1 关键点的创建 123
6.2.2 线的创建 125
6.2.3 面的创建 127
6.2.4 体的创建 132
6.3 布尔运算 136
6.4 拖拉 140
6.5 编辑功能 141
6.5.1 缩放 141
6.5.2 移动 142
6.5.3 复制 142
6.5.4 镜像 143
6.5.5 编辑操作综合训练 144
6.6 删除几何对象 146
6.7 合并重合几何对象 146
6.8 轴承座实体建模 147
习题 154
第7章 网格划分与创建有限元模型 157
7.1 创建有限元模型概述 157
7.1.1 创建有限元模型的方法 157
7.1.2 创建有限元模型的基本过程 157
7.2 定义单元属性 158
7.2.1 定义单元类型 158
7.2.2 定义实常数 160
7.2.3 定义材料属性 162
7.3 直接法创建有限元模型实例 165
7.4 网格划分控制 168
7.4.1 网格划分工具 168
7.4.2 设置单元属性 169
7.4.3 网格密度控制 169
7.4.4 单元尺寸控制 172
7.4.5 单元形状控制 173
7.4.6 网格划分器选择 175
7.4.7 网格加密操作 175
7.4.8 清除实体模型上的网格 176
习题 177
第8章 施加载荷与求解 178
8.1 施加载荷与求解概述 178
8.1.1 选择分析类型 178
8.1.2 设置分析类型选项 179
8.1.3 载荷及其分类 180
8.1.4 载荷步与载荷子步 180
8.1.5 设置载荷步选项 181
8.1.6 求解控制 182
8.1.7 多载荷步求解 183
8.1.8 载荷施加的途径 184
8.1.9 载荷的显示 184
8.2 载荷的施加 185
8.2.1 施加自由度约束 185
8.2.2 施加集中载荷 189
8.2.3 施加表面载荷 191
8.2.4 施加体载荷 195
8.2.5 施加惯性载荷 196
8.2.6 施加特殊载荷 197
8.3 求解 198
8.3.1 模型检查 198
8.3.2 选择合适的求解器 198
8.3.3 执行求解 199
8.3.4 中断和重新启动 200
习题 201
第9章 后处理 202
9.1 后处理概述 202
9.1.1 后处理 202
9.1.2 后处理器 202
9.1.3 结果文件 202
9.1.4 结果数据 203
9.2 通用后处理技术 203
9.2.1 通用后处理的一般步骤及菜单系统 203
9.2.2 选择结果文件与结果数据 203
9.2.3 查看结果文件包含的结果序列 204
9.2.4 读入用于后处理的结果序列 204
9.2.5 结果输出方式控制 205
9.2.6 图形显示结果 206
9.2.7 列表显示结果信息 209
9.2.8 查询节点及单元结果 210
9.2.9 抓取结果显示图片 211
9.2.10 动画显示结果 211
9.3 时间历程后处理技术 212
9.3.1 定义和存储变量 213
9.3.2 变量的操作 216
9.3.3 查看变量 220
习题 224
第10章 结构线性静力分析 226
10.1 结构静力分析简介 226
10.2 钢支架的平面问题分析 226
10.3 联轴器的三维结构分析 233
10.4 转轮的轴对称结构分析 241
10.5 轮子的周期对称结构分析 250
习题 254
第11章 结构动力学分析 256
11.1 ANSYS动力学分析简介 256
11.1.1 动力学分析的概念 256
11.1.2 动力学分析的类型 256
11.1.3 动力学分析的基本步骤 257
11.2 飞机机翼的模态分析 261
11.3 弹簧质量系统的谐响应分析 268
11.4 钢梁的瞬态动力学分析 275
习题 285
第12章 非线性结构分析 287
12.1 非线性分析概述 287
12.1.1 非线性分析的定义 287
12.1.2 非线性分析的步骤 288
12.2 几何非线性分析 288
12.2.1 几何非线性基础 288
12.2.2 悬臂梁的几何非线性分析 288
12.3 弹塑性分析 293
12.3.1 弹塑性分析基础 293
12.3.2 冲孔过程分析 294
12.4 接触分析 298
12.4.1 接触分析基础 298
12.4.2 销与销孔接触分析 299
12.4.3 铝材挤压成型接触分析 308
习题 312
第13章 热分析 314
13.1 热分析概述 314
13.1.1 热分析的目的 314
13.1.2 热传递的方式 314
13.1.3 热分析单元 315
13.1.4 ANSYS热分析的载荷 315
13.1.5 ANSYS热分析的基本过程 316
13.2 供热管道稳态热分析 316
13.3 淬火过程瞬态热分析 318
13.4 铸造过程瞬态热分析 321
13.4.1 相变问题应用 321
13.4.2 铸造过程模拟仿真 321
13.5 包含焊缝的金属板热膨胀分析 324
习题 331
附录 ANSYS程序中常用量和单位 333
参考文献 334