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ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用(第三版)

中国水利水电出版社
    【作 者】尚晓江 邱峰 【I S B N 】978-7-5170-2627-3 【责任编辑】张玉玲 【适用读者群】研究生 【出版时间】2015-01-04 【开 本】16开 【装帧信息】平装(光膜) 【版 次】第1版第1次印刷 【页 数】316 【千字数】490 【印 张】19.75 【定 价】49 【丛 书】万水ANSYS技术丛书 【备注信息】
图书详情

    书基于结构分析软件ANSYS的最新版本15.0系统介绍了ANSYS结构分析的理论背景及应用方法,内容涉及ANSYS结构分析的各个方面,包括结构分析建模思想与方法、结构静/动力计算、非线性分析、稳定性分析、热传导分

    析、流固耦合分析、子结构分析、子模型分析、结构优化设计等分析专题。各章节都结合典型例题或工程实例进行讲解,所有案例均给出具体分析实现过程,并对计算结果进行了必要的分析和进一步讨论,以帮助读者更

    深入地理解有关分析方法和力学概念。

    本书可以帮助读者打下扎实的有限元分析理论基础,切实提高ANSYS软件应用水平,进而具备在有关专业领域中应用ANSYS分析实际工程问题的能力。

    本书适合作为土木、机

    械、航空、力学等相关工科专业研究生或高年级本科生学习结构数值分析及ANSYS软件应用课程的主要参考书,也适合从事结构分析和设计的工程技术人员自学参考。

    最新版本

    基于结构分析软件ANSYS的最新版本15.0系统介绍ANSYS结构分析的理论背景及应用

    方法。

    内容全面

    内容涉及ANSYS结构分析的各个方面,包括结构分析建模思想与方法、结构静/动力计算、非线性分析、稳定性分析、热传导分析、流固耦合分析、子结构分析、子模型分析、结构优化设计等分析

    专题。

    结合典型例题或工程实例讲解所有案例均给出具体分析实现过程,并对计算结果进行了必要的分析和进一步讨论,帮助读者更深入地理解有关分析方法和力学概念。

    第三版前言

    本书的第一版、第二版出版

    以来,受到科研及工程计算领域广大读者的关注和好评,在推进有限元分析技术的深入应用方面发挥了积极作用。一些高校在有限元课程中将本书第二版作为ANSYS软件应用的辅助教材。第二版出版五年来,很多读者向

    作者提出许多关于该书的有价值的改进意见和建议;在此期间,ANSYS软件也由当初的11.0版本发展到目前的15.0版本,软件新增了不少新的建模和分析功能,ANSYS Workbench环境的应用也日益广泛。有鉴于此,在保持

    前两版理论实践结合、例题及工程案例丰富等特点的基础上,对第二版进行了系统的改编,以满足当前ANSYS软件教学和应用的实际需要。

    本次改编工作主要体现在如下几个方面:

    (1)总体编写思路。

    工程

    技术人员在应用ANSYS处理工程问题时,实际上需要经过一个“将工程问题映射为力学问题,再将力学问题映射为ANSYS模型,然后进行求解”的“二次映射”过程。第一次映射的背后是工程经验和力学原理,第二次映射

    的背后则是数值计算方法和软件的操作应用能力。为了帮助读者系统掌握理论基础和实用的建模及分析方法,提高利用分析软件处理实际问题的能力,本次改编紧紧围绕“二次映射”过程有关的问题系统介绍软件应用相

    关的理论背景、建模方法和分析方法三方面的内容。这是本次改编的一个总体思路。

    (2)案例操作环境。

    ANSYS软件结构分析目前的情况可以概括为“一个基础、两座大厦”,即以共同的结构力学求解器

    Mechanical Solver为统一“基础”、经典环境Mechanical APDL和Workbench中集成的Mechanical Application两套前后处理“大厦”。经典环境的APDL脚本语言因其参数建模分析自动化程度高、可重复性强、能支持

    Mechanical Solver的全部功能等优势,拥有十分众多的用户;另一方面,Workbench环境中集成的工具因其工程化的前后处理和操作便捷等特点,工程应用也日益广泛。这次改编兼顾了两类用户的需要,删去原书中一些

    较简单的例题和部分讲解经典界面交互操作的案例内容,部分例题改用Workbench来建模分析,另外还新增了部分Workbench环境下的典型例题。

    (3)全新的内容编排。

    本次改编取消原书的三篇式结构,将原书

    第一篇的内容加以压缩和改写,对第二篇的结构分析专题作了扩充,第三篇中的精选工程范例经改编后融入前面适当的章节。

    改编后的第1章为ANSYS有限元分析的理论背景,简明扼要地介绍了结构静力有限元计算、

    温度场及热应力计算、结构动力学分析、流固耦合分析、非线性问题等相关理论。这些内容有助于读者打下良好的有限元分析理论基础。第2章为ANSYS软件应用要点选讲,是专门为没有软件应用经验的读者准备的,介绍

    了Mechanical APDL(经典环境)及Workbench环境的一般操作过程和基本操作要点和APDL语言的基础知识。第3章为ANSYS结构建模思想与方法,全面介绍了ANSYS的常用单元以及各种结构形式(杆系、板壳、实体、组合

    结构)的模型构建方法和要点,包含了Workbench环境下各种建模工具的综合应用。第4章为结构静力计算,介绍了结构分析的载荷及边界条件处理方法、结构对称性的应用、多载荷步(多工况)分析方法及后处理注意事

    项,并简单介绍了强度工具箱和疲劳工具箱的应用。第5章为模态分析,结合案例介绍了一般模态、预应力模态的分析方法。第6章为谐响应分析,介绍简谐荷载强迫振动下结构稳态响应的计算方法,讨论了激振力分布形

    式对分析结果的影响。第7章介绍瞬态动力分析的方法和应用,结合简单例题讨论了瞬态分析和谐响应分析的关系,结合例题介绍了结构抗震分析中的瞬态动力问题。第8章为响应谱及PSD分析,结合悬臂结构和海洋平台

    结构分析实例介绍了响应谱分析和PSD分析方法。第9章为流固耦合分析简介,介绍ANSYS Fluent和Mechanical之间的耦合分析方法,这是本版的新增内容。第10章为温度场及热应力计算,这也是本版的新增内容。第11章

    介绍了子结构方法及其应用。第12章介绍了子模型方法及其应用,这是本版的新增内容。第13章为结构非线性分析,介绍了各类非线性问题的处理方法和策略,并提供了一系列非线性分析实例。第14章为梁壳结构的屈曲

    分析,介绍了特征值屈曲以及非线性屈曲分析的方法,在非线性屈曲分析中比较了弧长法和非线性稳定性方法的计算结果。第15章为结构优化设计,介绍了形状优化方法和基于ANSYS Design Exploration的结构参数优化

    方法。附录中收录了部分常用结构分析单元的形函数。

    本版改编工作主要由尚晓江、邱峰等承担,前两版的部分作者也参与了相关章节的改写,并为本次改编工作提供了很好的建议。此外,还要特别感谢中国水利水

    电出版社杨元泓老师对本书的支持和帮助。

    由于本次改编涉及多项ANSYS新技术,加之时间仓促和编者认识水平的局限,书中不当和错误之处在所难免,欢迎广大读者批评指正。作者的联系方式:

    xiaojiang.shang@139.com。

    编 者

    2014年11月

    第1章 ANSYS结构分析的理论背景及功能概述 1
    1.1 有限单元法的基本思想与解题过程 1
    1.1.1 起源于杆系结构分析的
    有限单元法 1
    1.1.2 有限单元法处理问题的一般过程及
    算法特点 6
    1.2 ANSYS Mechanical的分析能力及
    一般分析流程 9
    1.3 ANSYS结构计算的理论基础 11
    1.3.1
    ANSYS静力分析的理论基础 11
    1.3.2 ANSYS动力分析的理论基础 17
    1.4 ANSYS热传导计算的理论基础 19
    1.5 ANSYS流固耦合分析的理论基础 21
    1.6 ANSYS结构非线性分析的基本概念

    与算法 22
    第2章 ANSYS结构分析软件应用精要 27
    2.1 ANSYS结构分析软件架构及两层体系 28
    2.1.1 ANSYS结构分析软件的架构:一个
    基础、两座大厦 28
    2.1.2 ANSYS Mechanical内
    部工作的
    两层体系 29
    2.2 Mechanical APDL应用要点选讲 29
    2.2.1 Mechanical APDL的界面、工作机制
    及操作流程 29
    2.2.2 Mechanical APDL的对象操作 36
    2.2.3 APDL语言简
    介与应用入门 39
    2.3 Workbench及Mechanical Application
    应用要点选讲 47
    2.3.1 ANSYS Workbench环境简介 48
    2.3.2 Workbench结构分析系统与组件 50
    2.3.3
    Mechanical Application组件的
    操作要点 52
    第3章 ANSYS结构分析建模思想与方法 55
    3.1 ANSYS结构分析建模思想与方法概述 55
    3.1.1 ANSYS结构分析建模的二次
    映射思想
    55
    3.1.2 工程结构分类与ANSYS单元选择 56
    3.1.3 结构分析建模的直接法与间接法 59
    3.2 Mechanical APDL结构分析的建模方法 60
    3.2.1 Mechanical APDL建模过程概述
    60
    3.2.2 Mechanical APDL连续体结构
    建模要点 63
    3.2.3 Mechanical APDL杆系及板壳结构
    建模要点 69
    3.3 Workbench结构分析的建模方法 77
    3.3.1 Workbench建模过程及相关组件
    简介 77
    3.3.2 Workbench连续体结构建模要点 84
    3.3.3 Workbench梁壳结构建模要点 85
    第4章 结构静力计算 88
    4.1 Mechanical APDL静力分析 88
    4.1.1 载荷及约束
    的施加 88
    4.1.2 单/多载荷步静力分析 93
    4.1.3 静力分析结果后处理 94
    4.2 Mechanical Application(WB)静力分析 98
    4.3 静力计算工程案例 102
    4.3.1 网架结构温差作用分
    析 102
    4.3.2 独立重力坝的静力分析 106
    4.3.3 施工防护结构的静力计算 120
    第5章 模态分析 128
    5.1 ANSYS模态分析方法及注意事项 128
    5.1.1 一般模态分析方法 128
    5.1.2 ANSYS预应力模态分析 131
    5.2 模态分析例题:球面网壳结构 132
    5.3 预应力模态例题:拉杆横向振动模态 136
    第6章 谐响应分析 140
    6.1 谐响应分析的实现过程及注意事
    项 140
    6.2 谐响应例题:不同激振力分布形式的
    谐响应分析 146
    第7章 瞬态动力分析 157
    7.1 瞬态分析的实现过程及注意事项 157
    7.2 瞬态结构分析案例 160
    7.2.1 案例一:简谐载荷作用的单自由度
    系统 160
    7.2.2 案例二:多自由度结构地震波
    时程分析 162
    第8章 响应谱及PSD分析 166
    8.1 响应谱分析的实现过程与案例 166
    8.1.1 响应谱分析的具体实现过程 166
    8.1.2 响应谱分析案例:悬臂结构地震
    响应谱分析 168
    8.2 PSD分析的实现过程与案例 174
    8.2.1 ANSYS的PSD分析方法 174
    8.2.2 PSD分析案例:海洋平台波浪力作用
    下的PSD分析 177
    第9章 流固耦合分析简介 199
    9.1 ANSYS流固耦合分析方法与过程 199
    9.2 流固耦合例题:双立板在水中的
    摆动模
    拟 200
    9.2.1 搭建分析项目流程 200
    9.2.2 瞬态结构分析前处理 201
    9.2.3 流体域分析前处理 206
    9.2.4 系统耦合设置及求解 208
    9.2.5 结果后处理 209
    第10章 热传导分析及热应力计算 215
    10.1 Workbench中的热传导及热应力
    分析方法 215
    10.2 热传导及热应力分析例题 218
    第11章 子结构分析 223
    11.1 子结构分析
    的基本概念 223
    11.2 子结构分析的一般过程 225
    11.2.1 生成部分 225
    11.2.2 使用部分 227
    11.2.3 扩展部分 229
    11.3 子结构分析例题:空腹梁 229
    第12章 子模型方
    法的应用 238
    12.1 子模型分析方法的概念和实现过程 238
    12.2 子模型分析案例:开孔的拱壳局部
    应力分析 239
    12.2.1 问题描述 239
    12.2.2 建立几何模型 240
    12.2.3 创建分析流程及项目文件 242
    12.2.4 全模型分析 243
    12.2.5 子模型分析 244
    第13章 结构非线性分析 248
    13.1 ANSYS非线性分析的求解设置与
    实施要
    点 248
    13.1.1 ANSYS非线性分析的求解设置 248
    13.1.2 非线性分析的实施要点及
    注意事项 253
    13.2 ANSYS接触问题的建模与分析 254
    13.2.1 接触分析概述 254
    13.2.2 Mechanical接触分析方法 255
    13.3 非线性分析例题 258
    13.3.1 油罐底效应的简化分析 258
    13.3.2 网壳焊接球节点的弹塑性受力
    分析 261
    13.3.3 插销装配
    及拨拉接触分析 268
    第14章 梁壳结构的屈曲分析 275
    14.1 结构屈曲问题的基本概念 275
    14.2 特征值屈曲及非线性屈曲分析的方法 276
    14.3 稳定性分析案例:工字型截面构件

    的失稳分析 277
    14.3.1 特征值屈曲分析 277
    14.3.2 非线性屈曲分析:弧长法 280
    14.3.3 非线性屈曲分析:非线性稳定性 282
    第15章 结构优化设计 284
    15.1 ANSYS形状优
    化技术简介 284
    15.2 基于Design Exploration的参数
    优化技术 285
    15.2.1 结构参数优化的数学表述 285
    15.2.2 目标驱动优化的一般过程 286
    15.3 Design Exploration
    优化分析案例 289
    附录 ANSYS常用单元形函数 297
    参考文献 304
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