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上篇 结构分析有限元法的基本原理3

1绪论3

1.1结构分析的目的和任务3

1.2结构分析的主要方法3

1.3结构分析的有限单元法概述4

2结构静力学的有限元分析6

2.1结构静力学有限元分析过程概述6

2.2结构的离散化7

2.3结构的单元分析9

2.3.1单元位移模式的选择9

2.3.2建立单元应变与结点位移的关系11

2.3.3建立单元应力与结点位移的关系11

2.3.4单元刚度矩阵12

2.4等效结点力的计算13

2.5热载荷的计算14

2.6结构总刚度方程的建立16

2.7结构边界约束条件的处理18

2.7.1置零法19

2.7.2乘大数法19

2.8位移的求解和应力的计算19

3平面问题单元22

3.1四结点四边形等参数单元22

3.1.1单元位移模式22

3.1.2坐标变换23

3.1.3单元刚度矩阵24

3.1.4等效结点力计算25

3.1.5热载荷计算26

3.1.6单元的完备性和协调性27

3.2八结点四边形等参数单元27

4轴对称问题单元30

4.1轴对称问题30

4.2三角形截面环单元31

4.2.1单元位移模式31

4.2.2单元刚度矩阵32

4.2.3单元等效结点力的计算33

4.2.4热载荷35

5空间问题单元37

5.1四面体常应变单元37

5.1.1位移模式37

5.1.2单元刚度矩阵和等效结点力39

5.2八结点六面体等参数单元41

5.2.1单元位移模式42

5.2.2坐标变换43

5.2.3单元刚度矩阵43

5.2.4等效结点力计算45

5.3二十结点六面体等参数单元46

6杆系结构单元49

6.1杆单元49

6.1.1局部坐标下的单元刚度矩阵49

6.1.2整体坐标下的单元刚度矩阵50

6.2梁单元54

6.2.1二维梁单元54

6.2.2三维梁单元58

6.2.3等效结点力的计算60

7板壳单元64

7.1三角形平板单元64

7.1.1三角形平板单元的位移模式65

7.1.2三角形平板单元的刚度矩阵67

7.2四边形平板单元68

7.2.1三个子三角形单元组成的三角形子单元69

7.2.2协调的三角形子单元70

7.2.3四边形平板单元71

7.3平面壳体单元72

7.3.1建立局部坐标72

7.3.2建立局部坐标系中的单元刚度矩阵73

7.3.3坐标变换74

8结构动力学的有限元分析76

8.1结构动力学方程76

8.2结构的振动模态分析77

8.3广义雅可比法78

8.4子空间迭代法80

8.5结构的动力响应分析83

8.5.1阻尼矩阵83

8.5.2动力响应分析的振型叠加法84

8.5.3动力响应分析的逐步积分法85

9结构弹性稳定性的有限元分析89

9.1杆的稳定性问题89

9.2板的稳定性问题91

10几何非线性问题的有限元分析96

10.1牛顿-拉弗逊法及其衍生方法96

10.2切线刚度矩阵98

11结构与其他物理场的耦合分析101

11.1热-结构分析101

11.1.1一维热传导的有限元分析101

11.1.2二维热传导的有限元分析105

11.1.3三维热传导的有限元分析106

11.1.4热-结构的耦合分析107

11.2流体-结构分析109

11.2.1理想流体的有限元分析109

11.2.2流体-结构的耦合分析114

下篇 结构分析有限元法软件及其应用117

12结构分析有限元方法的工程应用117

12.1概述117

12.2有限元软件发展历史119

12.2.1国外有限元软件119

12.2.2国内有限元软件的发展情况和前景121

12.2.3有限元软件的发展趋势122

12.3主要有限元分析软件介绍123

12.4典型的有限元分析流程124

12.4.1有限元分析的基本步骤124

12.4.2有限元软件应用的典型流程125

12.5有限元软件的使用要求126

13 ANSYS软件应用基础128

13.1概述128

13.1.1 ANSYS发展历史128

13.1.2 ANSYS软件的主要功能128

13.1.3 ANSYS软件的主要特点129

13.2 ANSYS中的有关术语130

13.2.1直接法和间接法130

13.2.2坐标系统及工作平面130

13.2.3节点130

13.2.4单元131

13.2.5负载131

13.3 ANSYS软件基本使用方法131

13.3.1工作模式131

13.3.2 ANSYS架构132

13.3.3基本界面133

13.3.4 ANSYS文件及工作文件名134

13.3.5鼠标和键盘134

13.4分析实例134

13.4.1 ANSYS分析过程的主要步骤134

13.4.2静力学分析实例135

13.4.3动力学分析实例147

14 MSC.Nastran软件应用基础155

14.1 Nastran程序的历史155

14.2 MSC公司主要产品155

14.2.1 MSC.Patran简介155

14.2.2 MSC.Nastran简介160

14.2.3 MSC.Fatigue简介165

14.3 Patran和Nastran建模和分析过程166

14.3.1一般使用流程166

14.3.2 Patran和Nastran相关的主要文件167

14.4分析实例168

14.4.1分析模型168

14.4.2模型创建过程168

14.4.3分析模型的求解及结果的后处理199

14.4.4计算结果分析204

14.4.5强度校核结论204

15 Algor软件应用基础206

15.1 Algor软件简介206

15.2 Algor软件的特点206

15.2.1界面直观友好，易学易用206

15.2.2硬件要求低206

15.2.3 CAD/CAE协同的前处理器和分析平台206

15.2.4强大的后处理功能207

15.2.5强大的结构分析以及多物理场分析功能207

15.2.6开放的二次开发平台208

15.3 Algor的主要分析模块208

15.4 CAD实体建模方法210

15.4.1 Alibre Design直接建模210

15.4.2 Algor的InCAD接口技术211

15.4.3网格划分211

15.4.4 Algor网格划分的一般步骤211

15.4.5网格细化与增强212

15.5直接网格构建213

15.5.1有关术语213

15.5.2创建方法214

15.6分析实例214

15.6.1基本流程214

15.6.2实例216

16 HyperMesh软件应用基础228

16.1产品概述228

16.1.1 HyperView228

16.1.2 HyperGraph229

16.1.3 MotionView230

16.1.4 MotionSolve231

16.1.5 OptiStruct232

16.1.6 HyperForm233

16.1.7 HyperStudy233

16.1.8 HyperWeb234

16.1.9 ProcessManager235

16.1.10 Radioss236

16.2 HyperMesh简介236

16.3 HyperMesh主要功能237

16.4 HyperMesh软件的应用239

16.4.1 HyperMesh软件的基本工作流程239

16.4.2 HyperMesh软件的常用功能键对照239

16.4.3与HyperMesh相关的文件格式240

16.5运用HyperMesh软件对拉杆进行有限元分析的实例241

16.5.1问题的描述241

16.5.2有限元分析单元241

16.5.3模型创建过程241

16.5.4分析计算272

16.5.5结果分析273

参考文献274