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内容简介

本书是有限元法的入门教材，简明易学，坚持理论与实践的结合，强调实用性和可操作性。全书分为两篇，第1篇由第1～４章组成，介绍有限元法的基本理论和分析过程；第2篇由第5～11章组成，介绍ANSYS软件的操作及工程应用。其主要内容包括有限元法的基本理论、平面问题的有限元法、空间问题和轴对称问题的有限元法、等参数单元、ANSYS软件的实体建模技术、网格划分技术、施加载荷与求解、结果后处理技术及工程应用实例。为了兼顾缺乏弹性力学知识的读者，在第1章对有限元法中涉及的弹性力学基本知识进行了简要介绍。同时，还免费为采用本书授课的教师提供电子课件(通过yuy@phei.com.cn进行申请)。读者对象：本书适合于作为机械工程、工程力学、土木建筑、材料冶金、航空航天等专业本科生及研究生的教材，也可为工程技术人员了解有限元法和ANSYS软件提供快速入门的参考。

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ISBN：9787121130045

开本：16开

页数：240

字数：403

本书目录

目    录
第1章  绪论   （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  有限元法的特点 （3）
1.2  有限元法的基本步骤 （4）
1.3  有限元法的应用 （5）
1.3.1  有限元法的应用领域 （5）
1.3.2  有限元法在产品开发中的应用 （6）
1.4  弹性力学基本知识 （7）
1.4.1  弹性力学的基本假设 （7）
1.4.2  弹性力学的基本变量 （8）
1.4.3  弹性力学的基本方程 （11）
1.4.4  弹性问题的能量原理 （13）
1.4.5  弹性力学的平面问题 （15）
习题 （19）
第2章  平面问题的有限元法   （20）
2.1  结构的离散化 （20）
2.2  单元分析 （21）
2.2.1  位移函数 （22）
2.2.2  单元应变 （25）
2.2.3  单元应力 （26）
2.2.4  单元刚度矩阵 （27）
2.3  整体分析 （29）
2.4  有限元法解题过程与算例 （35）
2.5  单元等效节点力 （40）
2.6  边界条件的处理 （42）
2.7  计算结果的整理 （43）
2.8  矩形单元 （44）
2.8.1  位移函数 （45）
2.8.2  单元应变 （46）
2.8.3  单元应力 （46）
2.8.4  单元刚度矩阵 （47）
2.8.5  单元等效节点力 （47）
2.8.6  整体平衡方程 （47）
2.8.7  矩形单元与三角形单元比较 （48）
2.8.8  解答的收敛性 （48）
习题 （48）
第3章  空间问题和轴对称问题有限元法   （52）
3.1  空间问题的特点 （52）
3.2  采用四面体单元解一般空间问题 （52）
3.2.1  结构离散化 （52）
3.2.2  单元位移函数 （53）
3.2.3  单元的应变与应力 （54）
3.2.4  单元刚度矩阵 （55）
3.2.5  单元等效节点力 （56）
3.3  轴对称问题的有限元法 （57）
3.3.1  轴对称问题定义 （57）
3.3.2  基本变量和基本方程 （58）
3.3.3  轴对称问题单元分析 （59）
习题 （65）
第4章  等参数单元与数值积分   （67）
4.1  等参数单元的基本概念 （68）
4.2  平面8节点四边形等参数单元 （69）
4.2.1  单元位移函数 （70）
4.2.2  单元应变 （72）
4.2.3  单元应力 （74）
4.2.4  单元刚度矩阵 （74）
4.3  空间20节点六面体等参数单元 （75）
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 （79）
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软件简介   （86）
5.1  ANSYS概述 （86）
5.2  ANSYS启动、退出与GUI环境 （87）
5.2.1  ANSYS启动 （87）
5.2.2  ANSYS交互界面环境组成 （87）
5.2.3  退出ANSYS （87）
5.3  ANSYS常用菜单与对话框操作 （88）
5.3.1  主菜单 （88）
5.3.2  工具菜单 （89）
5.3.3  绘图菜单 （89）
5.3.4  输入窗口 （90）
5.3.5  快捷功能图标按钮 （90）
5.3.6  工具条按钮 （90）
5.3.7  可见/隐藏按钮 （90）
5.3.8  对话框执行按钮 （91）
5.3.9  图形变换对话框 （91）
5.3.10  图形拾取 （93）
5.4  ANSYS文件操作 （94）
5.4.1  新分析相关文件及其操作 （94）
5.4.2  ANSYS文件重命名、复制与删除 （96）
5.4.3  导入与导出几何文件 （96）
5.5  ANSYS的坐标系与工作平面 （97）
5.5.1  总体坐标系 （97）
5.5.2  局部坐标系 （97）
5.5.3  工作平面 （99）
5.5.4  激活坐标系（当前坐标系） （102）
5.6  ANSYS标准有限元分析过程 （103）
5.6.1  ANSYS有限元求解的基本步骤 （103）
5.6.2  ANSYS标准求解过程实例 （104）
习题 （112）
第6章  实体建模技术   （114）
6.1  实体建模概述 （114）
6.1.1  ANSYS实体建模的思路 （114）
6.1.2  ANSYS实体建模菜单系统简介 （115）
6.2  创建基本几何对象 （115）
6.2.1  关键点、硬点及其创建方法 （115）
6.2.2  线的类型与创建方法 （117）
6.2.3  面的类型与创建方法 （119）
6.2.4  体的类型与创建方法 （122）
6.3  布尔运算 （126）
6.4  拖拉 （129）
6.5  编辑功能 （130）
6.5.1  缩放 （130）
6.5.2  移动 （131）
6.5.3  复制 （132）
6.5.4  镜像 （133）
6.5.5  编辑操作综合训练 （134）
6.6  合并重合几何对象 （135）
6.7  删除几何对象 （136）
习题 （137）
第7章  网格划分与创建有限元模型技术   （139）
7.1  网格划分过程 （139）
7.1.1  ANSYS创建有限元模型的方法 （139）
7.1.2  网格划分基本过程 （139）
7.1.3  定义单元类型 （140）
7.1.4  定义单元实常数 （142）
7.1.5  定义材料属性 （144）
7.2  网格划分控制 （146）
7.2.1  网格划分工具 （147）
7.2.2  SmartSize网格划分控制 （148）
7.2.3  尺寸控制 （149）
7.2.4  单元形状控制 （151）
7.2.5  网格划分器选择 （151）
7.3  清除实体模型上的网格 （152）
习题 （152）
第8章  施加载荷与求解   （154）
8.1  分析类型与求解过程 （154）
8.1.1  单载荷步求解过程 （154）
8.1.2  选择分析类型 （155）
8.2  载荷与载荷步选项 （155）
8.2.1  载荷分类 （155）
8.2.2  设置载荷步选项 （156）
8.2.3  施加载荷的途径 （156）
8.2.4  载荷显示 （157）
8.3  施加结构载荷 （157）
8.3.1  施加位移约束 （158）
8.3.2  施加集中力载荷 （160）
8.3.3  施加表面载荷 （161）
8.3.4  施加体载荷 （164）
8.3.5  施加惯性载荷 （165）
8.3.6  施加特殊载荷 （165）
8.4  求解控制 （166）
8.4.1  求解控制的Basic选项卡 （166）
8.4.2  选择合适的求解器 （167）
8.5  多载荷步求解 （168）
8.6  中断和重新启动求解过程 （168）
习题 （169）
第9章  通用后处理技术   （170）
9.1  后处理器、结果文件与结果数据 （170）
9.1.1  后处理器 （170）
9.1.2  结果文件 （170）
9.1.3  结果数据 （170）
9.1.4  通用后处理一般步骤及常用技术 （171）
9.2  选择结果文件与结果数据 （171）
9.3  查看结果文件包含的结果序列 （172）
9.4  读入用于后处理的结果序列 （172）
9.5  结果输出方式控制 （173）
9.6  绘制变形图 （174）
9.7  绘制等值线图 （175）
9.8  抓取结果显示图片 （177）
9.9  动画显示结果 （177）
习题 （178）
第10章  时间历程后处理技术   （179）
10.1  定义和存储变量 （179）
10.1.1  变量定义 （179）
10.1.2  变量存储 （181）
10.1.3  变量导入 （182）
10.2  变量的操作 （182）
10.2.1  数学运算 （182）
10.2.2  变量与数组相互赋值 （183）
10.2.3  数据平滑 （185）
10.2.4  生成响应频谱 （185）
10.3  查看变量 （186）
10.3.1  绘制变量曲线 （186）
10.3.2  列表显示变量 （187）
10.4  动画技术 （188）
10.4.1  直接生成动画 （188）
10.4.2  通过动画帧显示动画 （189）
习题 （190）
第11章  ANSYS有限元分析实例   （191）
11.1  结构静力分析实例 （191）
11.1.1  钢支架静力分析 （191）
11.1.2  悬臂梁几何非线性分析 （196）
11.1.3  转轮轴对称结构静力分析 （200）
11.2  结构动力分析实例 （211）
11.2.1  ANSYS动力分析简介 （211）
11.2.2  飞机机翼模态分析 （212）
11.2.3  钢梁瞬态动力分析 （216）
11.2.4  弹簧质量系统谐响应分析 （224）
习题 （229）
参考文献   （230）

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前言

前    言
    “有限元法”是伴随着电子计算机技术普及应用而迅速发展起来的一种非常有效的数值计算方法，在当今工程分析中获得最为广泛的应用。目前有限元法已经成为工程设计和科研领域不可或缺的一项重要技术和分析手段，解决了大量的实际问题，为国民经济建设做出了巨大贡献。 
    本书全面、系统地介绍有限元法的基本概念、基础理论、建模方法、ANSYS 11.0软件操作、结果分析及工程实际应用。在兼顾基础知识的同时，强调实用性和可操作性，让读者不仅对有限元理论方法有较全面的了解，而且更重要的是学会如何使用有限元法解决实际问题。
    读者可以跟随本书所介绍的分析步骤和过程快速入门，在比较短的时间内，使读者既能知其然，又能知其所以然，真正掌握ANSYS有限元分析方法，并能灵活应用于实际问题中。本书坚持理论与实践紧密结合的原则，将有限元理论与ANSYS操作糅合在一起，以期有助于促进有限元理论与ANSYS软件的学习、应用、推广与普及。
    本书分为两篇，第1篇由第1～4章组成，介绍有限元法的基本理论和方法；第2篇由第5～11章组成，介绍ANSYS软件的操作及工程应用。具体内容为：第1章介绍有限元法的基本思想及基本步骤，并通过弹性力学问题来介绍有限元法的基本理论；第2章以弹性力学平面问题为对象，详细介绍和讨论有限元法的基本原理和过程；第3章介绍空间问题和轴对称问题的有限元法；第4章讲述等参数单元的有限元法；第5章主要介绍ANSYS软件的基本知识、各种常用菜单与对话框的基本操作方法，该部分内容是熟练使用ANSYS软件的基础；第6章从实体模型的基本概念讲起，详细介绍ANSYS实体建模的思路及方法，包括自底向上建模、自顶向下建模、布尔运算、编辑图元等；第7章介绍网格划分与创建有限元模型技术；第8章介绍ANSYS施加载荷与求解，包括求解器的菜单系统、基本求解步骤、载荷施加及载荷步设置、求解控制等内容；第9章介绍通用后处理技术，包括读取结果数据、结果输出方式控制、图形显示结果及抓图、动画显示结果等内容；第10章详细介绍时间历程后处理技术，包括变量的定义和存储、变量的数学运算、变量数据的显示和变形过程的动画显示等内容；第11章介绍ANSYS软件的基本应用和基于ANSYS软件的有限元分析工程应用实例。
    本书第2、3、11章由佳木斯大学王新荣编写；第7～10章由佳木斯大学初旭宏编写；第4、5章由黑龙江大学刘国华编写；第1、6章由哈尔滨工程大学刘贺平编写。王俊发教授对全书进行了仔细审阅。
    在本书编写过程中，参考了大量的教材、论著和论文等文献资料，在此表示感谢。
由于编者水平有限，书中难免存在错误与欠妥之处，敬请读者批评指正。

                                                                        编  者

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