機械結構有限元法與計算機輔助分析

目錄
第1章 有限元法的力學基礎 1
1.1 彈性力學及其基本假定 1
1.1.1彈性力學概述 1
1.1.2 線彈性力學的基本假定 2
1.2 應力與平衡微分方程 2
1.2.1 應力 2
1.2.2 主應力 4
1.2.3 平衡微分方程 5
1.3 應變與幾何方程 7
1.3.1 應變 7
1.3.2 主應變 8
1.3.3幾何方程 9
1.4 相容性方程 12
1.5 物理方程 13
1.5.1 應力-應變的一維關系 13
1.5.2 應力-應變的三維關系 14
1.5.3 應力-應變的二維關系 15
1.6 邊界條件 16
1.6.1 應力邊界條件 16
1.6.2 位移邊界條件 17
1.7 彈性力學的一般求解方法 18
1.7.1 位移法 18
1.7.2 應力法 19
1.8 機械結構的強度失效準則 20
1.8.1 材料力學試驗的基本知識 20
1.8.2 大主應力準則 21
1.8.3 大剪應力準則 21
1.8.4 大變形能準則 21
習題 22
第2章 平面三角形單元 24
2.1 平面三角形單元的單元分析 24
2.1.1 平面三角形單元的描述 24
2.1.2 平面三角形單元剛度矩陣的推導 25
2.2 單元的組集 30
2.2.1 單元載荷列向量的組集 31
2.2.2 單元剛度矩陣的組集 32
2.3 邊界條件的處理 36
2.3.1 總剛度矩陣的性質(zhì) 36
2.3.2 邊界條件的引入 37
2.4 有限元分析的基本流程 39
2.5 平面三角形單元舉例 42
習題 51
第3章 桿單元和梁單元 54
3.1 一維桿單元 54
3.1.1 一維桿單元剛度矩陣的推導 54
3.1.2 一維桿單元舉例 57
3.2 二維桿單元 60
3.2.1 二維桿單元剛度矩陣的推導 60
3.2.2 平面桁架問題舉例 61
3.3 三維桿單元 64
3.3.1 三維桿單元剛度矩陣的推導 64
3.3.2 空間桁架問題舉例 66
3.4 平酸單元 69
3.4.1 平面梁單元剛度矩陣的推導 69
3.4.2 平面梁單元舉例 72
3.5 三維梁單元 75
習題 77
第4章 單元的形函數(shù)與載荷移置 79
4.1 形函數(shù)的構造原理 79
4.1.1 常見單元的形函數(shù) 79
4.1.2 位移插值函數(shù)的構造方法 85
4.2 形函數(shù)的性質(zhì) 87
4.2.1 形函數(shù)與面積坐標 87
4.2.2 形函數(shù)的基本性質(zhì) 88
4.3 載荷移置 89
4.3.1 用形函數(shù)對單元進行載荷移置 90
4.3.2 用靜力學平行力分解進行載荷移置 94
4.4 三維實體單元分析實例 95
習題 101
第5章 等參數(shù)單元 103
5.1 等參元的基本概念 103
5.2 4 節(jié)點四邊形等參元分析 107
5.3 8 節(jié)點二次四邊形等參元分析 110
5.4 20節(jié)點三維等參元的單元剛度矩陣 112
5.5 高斯積分法 115
5.6 應用舉例 117
習題 124
第6章 動力學有限元分析方法 126
6.1 動力學有限元分析的一般流程 126
6.2 單元質(zhì)量矩陣 128
6.3 機械結構固有特性的有限元分析 130
6.4 機械結構振動響應的有限元分析 132
6.4.1 頻域諧響應分析 132
6.4.2 基于振型疊加法的瞬態(tài)響應分析 133
6.4.3 基于直接積分法的振動響應分析 134
6.5 分析實例 136
習題 142
第7章 ANSYS軟件簡介及基本操作 144
7.1 ANSYS軟件簡介 144
7.2 ANSYS用戶界面 144
7.3 ANSYS的組成及其主要功能模塊 145
7.4 ANSYS分析流程 146
7.5 ANSYS單元類型及參數(shù)設置 154
7.6 ANSYS幾何建模方法 155
7.6.1 幾何模型導入法 155
7.6.2 自底向上的建模 157
7.6.3 自頂向下的建模 163
7.7 ANSYS網(wǎng)格劃分 166
7.8 ANSYS加載設置和求解技術 177
7.8.1 約束及載荷的加載 177
7.8.2 求解方法的選擇和參數(shù)設置 181
7.9 ANSYS后處理及圖形顯示技術 181
7.9.1 將數(shù)據(jù)結果讀入數(shù)據(jù)庫中 181
7.9.2 圖形方式顯示結果 182
7.9.3 列表方式顯示結果 183
7.9.4 動畫方式顯示結果 184
7.10 ANSYS參數(shù)化編程技術 185
7.10.1 APDL文件的生成和運行 185
7.10.2 基于APDL的懸臂板靜力學分析 190
第8章 Workbench簡介及基本操作 192
8.1 Workbench軟件簡介 192
8.1.1 菜單欄 193
8.1.2 工具欄 202
8.1.3 工具箱 202
8.2 基于Workbench的有限元分析流程 205
8.2.1 Workbench的主要功能模塊 205
8.2.2 幾何建模模塊 206
8.2.3 網(wǎng)格劃分 221
8.2.4 結構分析Mechanical 229
8.3 床身-立柱裝配體靜力學及模態(tài)分析 234
8.3.1 創(chuàng)建分析項目 234
8.3.2 設置Engineering Data 235
8.3.3 創(chuàng)建Geometry 236
8.3.4 進行Workbench前處理 237
8.3.5 網(wǎng)格劃分(Mesh) 238
8.3.6 約束與載荷設置(Setup) 239
8.3.7 求解及后處理(Solution及Results) 242
8.3.8 模態(tài)分析 243
參考文獻 245