有限單元法與工程應(yīng)用前言

隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展，有限元方法日漸成熟，廣泛用于諸多工程領(lǐng)域。學(xué)習(xí)掌握有限元的基本理論與方法，運(yùn)用大型有限元多物理場(chǎng)分析軟件解決工程實(shí)際問題是大學(xué)生、研究生和工程技術(shù)人員的基本能力之一。本書是作者多年從事有限元教學(xué)、科學(xué)研究、工程實(shí)踐和培訓(xùn)工程技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)的積累與總結(jié)。

本書具有3個(gè)明顯的特點(diǎn): ①采用盡可能少的數(shù)學(xué)知識(shí)推導(dǎo)有限元列式以及引入附加方程，目的在于化解學(xué)習(xí)有限元的難度，在工程師中普及有限單元法的知識(shí)，推廣有限單元法在工程中的應(yīng)用;

②以實(shí)施一個(gè)完整的有限元計(jì)算為主線，用讀者熟悉的問題說明有限元計(jì)算的主要步驟;

③作者精選了計(jì)算實(shí)例，包括有限元軟件使用的算例以及工程應(yīng)用的算例，全部為作者的研究成果。算例的內(nèi)容廣泛，包括了多物理場(chǎng)耦合與多重非線性耦合問題，有較好的參考價(jià)值。

本書第1章由張敬宇執(zhí)筆，第2章由蔡宗熙執(zhí)筆，第3，4章由李林安執(zhí)筆，第5章由葉金鐸執(zhí)筆，第6章由沈珉執(zhí)筆，第7，8章由楊秀萍和葉金鐸執(zhí)筆。丹佛斯(天津)有限公司的葉航，天津理工大學(xué)的李哲碩士、席玉廷碩士參與了第8章算例的編寫，天津理工大學(xué)的田倩倩碩士、王獻(xiàn)抗碩士參與了第4章的編寫。

本書經(jīng)過天津市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)專家組的評(píng)審，出版得到了天津市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)的資助，作者對(duì)此表示感謝。

作者

2012.11

全書分為8章。

第1章為緒論，介紹了有限元的發(fā)展概況和本書的寫作目的，

第2章為彈性力學(xué)的基本方程和定解條件，

第3章為平面問題的有限單元法，

第4章為空間問題的有限單元法，

第5章為板殼問題的有限單元法，

第6章為桿件結(jié)構(gòu)的有限單元法，

第7章為有限元商業(yè)軟件介紹與有限元的實(shí)施，

第8章為有限元法的工程應(yīng)用。

本書可以作為大學(xué)生、研究生的教材和工程技術(shù)人員的參考書。

第1章緒論

1.1關(guān)于彈性力學(xué)

1.2關(guān)于數(shù)值解法

1.3關(guān)于有限單元法

1.4有限元法在工程中的應(yīng)用

1.5有限元軟件的發(fā)展

1.6本書的寫作目的

第2章彈性力學(xué)的基本方程和定解條件

2.1彈性力學(xué)的基本假設(shè)

2.2平衡方程與應(yīng)力邊界條件

2.2.1應(yīng)力的概念

2.2.2平衡方程

2.2.3斜截面應(yīng)力公式與應(yīng)力邊界條件

2.3幾何方程

2.4物理方程

2.5三維問題的基本方程與定解條件

2.6平面問題的基本方程與定解條件

2.7薄板彎曲問題的基本方程與定解條件

2.7.1薄板彎曲問題的基本假設(shè)

2.7.2幾何方程

2.7.3物理方程

2.7.4平衡方程

2.7.5定解條件

第3章平面問題的有限單元法

3.1有限元法的物理模型

3.2有限元單元特性矩陣

3.2.1構(gòu)造單元位移插值函數(shù)

3.2.2位移插值函數(shù)的性質(zhì)

3.2.3應(yīng)變矩陣和應(yīng)力矩陣

3.2.4單元節(jié)點(diǎn)載荷列陣

3.2.5單元?jiǎng)偠染仃?/p>

3.3節(jié)點(diǎn)平衡方程的建立

3.4節(jié)點(diǎn)位移附加方程的引入

〖1〗目錄

目錄

〖3〗〖3〗

第4章空間問題的有限單元法

4.1概述

4.1.1三維問題的基本方程

4.1.2常用的三維單元

4.28節(jié)點(diǎn)六面體單元

4.2.1單元的局部坐標(biāo)和坐標(biāo)變換

4.2.2單元位移插值函數(shù)

4.2.3單元?jiǎng)偠染仃?/p>

4.38節(jié)點(diǎn)直邊任意六面體單元

4.3.1單元的局部坐標(biāo)和坐標(biāo)變換

4.3.2單元位移插值函數(shù)

4.420節(jié)點(diǎn)曲邊六面體單元

4.4.1單元的局部坐標(biāo)和坐標(biāo)變換

4.4.2單元的位移插值函數(shù)

第5章板殼問題的有限單元法

5.1薄板彎曲問題的基本方程

5.1.1幾何方程

5.1.2物理方程

5.1.3平衡方程

5.2薄板彎曲問題有限元列式的推導(dǎo)

5.2.1單元位移插值函數(shù)

5.2.2位移插值函數(shù)的某些性質(zhì)

5.2.3幾何矩陣和內(nèi)力矩陣

5.2.4單元載荷列陣

5.2.5單元?jiǎng)偠染仃?/p>

第6章桿件結(jié)構(gòu)的有限單元法

6.1拉壓?jiǎn)栴}的桿單元

6.1.1拉壓桿件的基本方程

6.1.2拉壓桿件的有限元列式推導(dǎo)

6.2彎曲問題的梁?jiǎn)卧?/p>

6.2.1梁彎曲問題的基本方程

6.2.2梁彎曲問題的有限元列式推導(dǎo)

第7章有限元商業(yè)軟件介紹與有限元的實(shí)施

7.1有限元商業(yè)軟件介紹

7.1.1Marc介紹

7.1.2ANSYS簡(jiǎn)介

7.1.3ABAQUS介紹

7.1.4MSC.NASTRAN介紹

7.2有限元的實(shí)施

7.3菜單方法和編程方法

第8章有限元法的工程應(yīng)用

8.1有限元法在鑄件凝固過程中的應(yīng)用

8.2有限元法在金屬成型中的應(yīng)用

8.2.1冷拔鋼管成型過程的模擬

8.2.2焊管成型過程的模擬

8.3有限元法在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

8.3.130in隔水套管的優(yōu)化設(shè)計(jì)

8.3.26t吊籠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

8.3.3艦用鋼絲繩在擠壓力下的有限元分析

8.3.4液壓密封圈的有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

8.3.5單螺桿泵定子橡膠的接觸磨損分析

8.3.6冰箱壓縮機(jī)排氣系統(tǒng)的有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)

8.3.7壓縮機(jī)吸氣閥片的優(yōu)化設(shè)計(jì)

8.3.8熱塑性復(fù)合材料的粘塑性有限元法

8.3.9焦炭塔地震動(dòng)力響應(yīng)分析

8.4有限元法在土木工程與地震預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

8.4.1鋼筋混凝土斜交剛構(gòu)連續(xù)梁橋的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值分析

8.4.2鋼結(jié)構(gòu)外伸端板連接抗火性能研究

8.4.3輕型鋼筋混凝土復(fù)合樓板的有限元分析

8.4.4超高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的有限元分析

8.4.5含硬包體巖石破裂演化過程的聲發(fā)射數(shù)值模擬

8.5有限元法在生物力學(xué)中的應(yīng)用

8.5.1有限元法在膝關(guān)節(jié)修復(fù)中的應(yīng)用

8.5.2有限元法在漏斗胸矯形手術(shù)中的應(yīng)用

參考文獻(xiàn)