《有限元分析与ANSYS实践教程》- 正版书

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《有限元分析与ANSYS实践教程》

一、内容简介：

《有限元分析与ANSYS实践教程》在基本理论的基础上结合典型实例，介绍ANSYS的有限元分析方法与应用技巧。主要内容包括有限元法的基本概念及概况；ANSYS的基本结构、功能特点、参数设置、坐标体系，以及ANSYS有限元分析的一般步骤与基本操作；杆系结构的有限元分析；梁系结构的有限元分析；弹性力学平面问题的有限元分析；实体结构的有限元分析；结构模态的有限元分析；接触结构的有限元分析。每章均给出了有限元分析的实例详解。《有限元分析与ANSYS实践教程》适用于机械工程、制造工程、建筑工程、材料加工、机械制造及其自动化等相关专业的本科及研究生教学，也可作为相关专业的工程技术人员入门学习和参考用书。

有限元的相关理论可追溯于20世纪50年代初，但由于有限元分析理论在应用时所涉及的运算量庞大，又缺乏有效的应用软件作支持，所以一直处于理论研究阶段，其应用不是很广泛。近年来，随着计算机辅助软件技术的快速发展，借助计算机辅助软件进行有限元分析与研究迅速成为应用领域的热点之一，因此有限元分析及其应用技术已逐渐成为相关专业本科生及研究生学习与掌握的重要内容之一。

随着大型建造业需求的迅速发展，对高风险及大型工程进行可行性预研、可靠性分析及总体可信度论证或评估等工作显得越来越重要，如大型飞机舰船、高架路桥、跨海大桥和超高建筑等高风险工程项目。近几年，对产晶材料与结构进行有限元分析与计算机辅助研究已成为提高研究效率、降低研发成本、提高产品性能及降低风险投入的有效手段之一。目前，ANSYS是一种大型通用型有限元分析软件，不仅能实现对实体结构进行静态和动态问题的有限元分析，还能进行热传导、流体流动、电磁学和波谱等方面的研究，同时具有多物理场的耦合计算功能，如热一磁、热一电、流一固和结构一声学等耦合问题的分析与计算，而且具有很好的系统兼容性。目前，ANSYS已被广泛应用于航天工业、机械工程、车船制造、土木工程、能源石化、生物科技、地矿水利、核科学及日常家用设备等领域的设计与研究制造，已成为当前普遍采用的软件之一。目前可实现有限元的专用软件较多，如JIFEX、NAS-TRAN、ABAQUS及MATLAB等，功能大致相同（初始设置、前处理、求解和后处理），各有特色（处理方式与结果显示等）。无论选用哪种软件，掌握并使用好有限元软件，都离不开有限元的基础理论与基本分析方法。

学习有限元分析的基础理论，掌握有限元分析方法，并通过ANSYS等软件实现工程应用，是当今工业制造技术发展的方向之一，是培养应用型人才的现实需要。为适应社会发展和高校应用型培养模式转型的需要，将有限元分析从原来的研究生教学纳入本科教学是培养应用型人才的战略需要。因此编写适合于本科生教学与实践的，侧重应用型的有限元分析教学用书十分必要。

有限元理论的数学基础是连续函数的离散化描述及其矩阵方程求解。对于任意的一维函数曲线而言，对它进行离散化，可以建立局部的穿过离散点的函数方程（称为离散函数方程），通过离散函数方程可以近似求出离散点之间（单元）任意点上的近似值。进一步讲，如果将一维曲线上的所有（有限的）离散函数方程用矩阵理论构成总体方程，就可以求解出函数曲线上任意非离散点的近似值。这种一维方法可用于对线体物质的参数计算，如位置、受力或变形等参数。将上述思想推广到二维和三维函数的离散化处理，就可以得到平面体和空间体的参数计算。有限元法就是基于离散化方法（单元法），将研究对象（总体）分隔成有限项（有限元），并用矩阵的方法建立总体的近似模型（有限元模型），通过有限元模型分析对象的物理状态和相应的参数。显然，所得到的结果有两种：单元节点上的精确值和任意点上的近似值。因此，有限元法是一种数值解，其精度随着单元的变小而提高，但同时有限元模型的维数增加，计算的量增大。对于如水坝、桥梁、大型舰船或航天器等大型复杂结构体，其运算量将变得非常巨大。

由于有限元法的理论性强、适用范围广、针对性强、建模过程复杂以及结果关联性高，所以初学者不易掌握。本书的特点是理论基础与实例解析相结合，理论计算与ANSYS计算相结合。即先以有限元的基本理论做引导，建立必要的知识背景，以典型实例做讲解，提高理论理解与应用能力；再以实例详解ANSYS的实现方法和步骤，最终提高学生的上机实践能力。同时，内容的选择与编排做到理论基础知识的渐进性、理论与实际的关联性，且对于ANSYS软件中的难点，如单元类型的选择和约束设置等，进行了详细介绍，有利于学生自学和应用实践。另外，本书附有“ANSYS常用菜单命令中英文对照说明”，以帮助读者尽快熟悉并掌握ANSYS软件的常用命令。

二、课程目录：

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前言
ANSYS常用菜单命令中英文对照说明
第1章 有限元法概述
1.1 有限元法的引出
1.2 有限元法的历史及应用
1.3 有限元法的基本概念
1.3.1 有限元法的实现过程
1.3.2 建立有限元方程的方法
1.3.3 有限元法与工程求解问题的关系
1.3.4 有限元法中的变量
1.3.5 有限元法的特点
第2章 ANSYS分析方法概述
2.1 ANSYS简介
2.2 ANSYS的启动及主界面的基本构成与操作
2.2.1 ANSYS的启动
2.2.2 ANSYS主界面的基本构成
2.2.3 ANSYS有限元分析的基本内容与步骤
2.3 ANSYS坐标系
2.3.1 总体坐标系、局部坐标系及自然坐标系的关系
2.3.2 总体坐标系的表示类型
2.3.3 局部坐标系的作用
2.3.4 工作平面
2.4 关于ANSYS的学习
第3章 杆系结构的有限元分析
3.1 平面桁架有限元分析
3.1.1 平面桁架有限元的一般原理
3.1.2 平面桁架的ANSYS分析
3.2 自重作用下均匀截面直杆的有限元分析
3.2.1 自重作用下均匀截面直杆有限元分析的一般原理
3.2.2 自重作用下均匀截面直杆的ANSYS分析
3.3 杆系结构有限元分析和ANSYS分析的一般步骤
3.3.1 杆系结构有限元分析的一般步骤
3.3.2 杆系结构ANSYS分析的一般步骤
3.4 习题
第4章 梁系结构有限元分析
4.1 梁系结构有限元分析的一般原理
4.1.1 在局部坐标系中建立单元刚度矩阵
4.1.2 建立整体坐标系与局部坐标系节点力关系
4.1.3 建立整体坐标系单元刚度矩阵
4.1.4 边界条件及求解
4.2 梁系结构的ANSYS分析
4.3 梁系结构有限元分析和ANSYS分析的一般步骤
4.3.1 梁系结构有限元分析的一般步骤
4.3.2 梁系结构ANSYS分析的一般步骤
4.4 习题
第5章 弹性力学平面问题的有限元分析
5.1 弹性力学平面问题有限元分析的基本步骤
5.1.1 离散化
5.1.2 单元分析
5.1.3 单元综合
5.2 弹性力学平面问题的一般原理
5.2.1 平面应力与应变问题简介
5.2.2 单元位移函数
5.2.3 单元载荷移置
5.2.4 单元刚度矩阵
5.2.5 单元刚度矩阵的物理意义与性质
5.2.6 整体分析
5.2.7 有约束时对刚度矩阵的修正
5.2.8 平面问题的有限元分析的解题步骤
5.3 弹性力学平面问题的ANSYS分析
5.4 h方法和p方法的结构分析
5.4.1 h方法的结构分析
5.4.2 p方法的结构分析
5.5 习题
第6章 实体结构的有限元分析
6.1 实体结构等参单元法的一般原理
6.1.1 拉格朗日插值公式
6.1.2 四节点矩形单元
6.1.3 等参单元的基本概念
6.1.4 四边形八节点等参单元
6.1.5 等参单元的单元分析
6.1.6 高斯积分
6.1.7 六面体等参单元
6.2 实体结构的ANSYS分析
6.3 弹性力学轴对称问题的ANSYS分析
6.4 实体结构有限元分析和ANSYS分析的一般步骤
6.4.1 实体结构有限元分析的一般步骤
6.4.2 实体结构ANSYS分析的一般步骤
6.5 习题
第7章 结构模态分析
7.1 结构模态分析的一般原理
7.1.1 动力学分析的理论基础
7.1.2 实体动力分析有限元法的基本步骤
7.1.3 模态分析的理论基础
7.2 结构模态的ANSYS分析实例
7.3 结构模态分析和ANSYS分析的一般步骤
7.3.1 结构模态分析的一般步骤
7.3.2 结构模态ANSYS分析的一般步骤
7.4 习题
第8章 接触结构的有限元分析
8.1 接触结构有限元分析的一般原理
8.1.1 接触结构的基本概念
8.1.2 接触结构有限元分析的基本思想
8.1.3 弹性接触问题的有限元基本方程和柔度法求解
8.2 接触结构的ANSYS分析实例
8.3 接触结构有限元分析和ANSYS分析的一般步骤
8.3.1 接触结构有限元分析的一般步骤
8.3.2 接触结构ANSYS分析的一般步骤
8.4 习题
参考文献

三、获取方式：
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