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基本内容
有限元法是当前工程技术领域最常用、最有效的数值方法，已成为现代工程设计技术不可或缺的重要组成部分。ANSYS软件是融结构流体、电场、磁场、声场、热传导等领域静力学、动力学及边界耦合问题分析于一体的大型通用有限元分析软件，由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS公司开发，它能与多数CAD软件（如Pro/ENGINEER、NASTRAN、I-DEAS、AutoCAD）及机械仿真软件（如ADAMS）接口，实现数据的共享和交换，是现在产品设计中的高级CAE工具之一。
本书从有限元法的基础理论入手，以实例分析的形式介绍了ANSYS 11.0的应用。全书共分8章，依次介绍结构静力学问题、结构动力学问题、结构非线性问题、温度场、流体力学和电磁场问题分析的有限元法及ANSYS操作步骤。第1章对有限元法及ANSYS分析进行全面概述，以便把握总体要点。第2章介绍了有限元法的基础知识及应用，涉及结构静力学、结构动力学、结构非线性、温度场分析、流体力学分析、电磁场分析等问题的有限元法理论。第3章～第7章主要讲述ANSYS操作，第3章介绍ANSYS建模，对连接板、轴类零件、圆柱齿轮等建模过程进行实例演示；第4章介绍结构线性静力分析过程，包括连杆受力分析、圆孔应力集中分析、内六角扳手静力分析、轮子的受力分析等实例操作；第5章介绍动力学分析过程，包括机翼模态分析、电动机系统谐响应分析、梁结构瞬态动力学分析等实例操作；第6章介绍非线性分析过程，包括铜弹冲击刚性壁分析、圆盘塑性变形分析、销与销孔接触分析等实例操作；第7章介绍热分析、流体动力学分析、电磁场分析、结构优化设计等过程与实例操作。第8章介绍ANSYS一些高级分析技术，如拓扑优化分析、 ANSYS/LS-DYNA显式动力分析、参数化设计、子模型分析等过程与实例操作。书后附录还提供了弹性力学的基本方程、各领域常用量及其单位换算关系、ANSYS常用命令参考。
主要特点
本书坚持理论与实践相结合的原则，将有限元理论与ANSYS软件糅合在一起，以期有助于促进有限元理论与ANSYS的学习、应用与普及推广。
具体地讲，本书具有以下鲜明的特点：
·从零开始，轻松直观；
·图文并茂，操作简单；
·实例引导，专业经典；
·学以致用，注重实践。
读者对象
·学习有限元分析的初中级读者；
·大中专院校相关专业的学生；
·从事机械、建筑及加工的工程技术人员。
本书是为土木、水利、机械等工科专业本科生、研究生和工程技术人员学习有限元法和ANSYS操作而编写的教材，也可以作为读者自学的教程，同时也非常适合作为专业人员的参考手册。
配套光盘简介
为了方便读者学习，本书配套提供了多媒体教学光盘，其中包含了本书主要实例源文件，这些文件都被保存在与章节相对应的文件夹中。同时，主要实例的设计过程都被采集成视频录像，相信会为读者的学习带来便利。
注意 由于光盘上的文件都是“只读”的，因此直接修改这此文件是不行的。读都可以先将这些文件复制到硬盘上，去掉文件的“只读”属性，然后再使用。
本书主要由张洪信、赵清海编著，参加编写工作的还有管殿柱、宋一兵、温建民、赵秋玲、张宪海、赵景伟、周同、张轩、赵景波、李伟刚、张忠林、安宏涛、王玉甲、曹立文等。
感谢您选择了本书，希望我们的努力对您的工作和学习有所帮助，也希望您把对本书的意见和建议告诉我们。
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零点工作室技术支持信箱：gdz_zero@126.com
零点工作室
2008年3月
张洪信 赵青海：暂无简介
目 录
前言
第1章 有限元法及ANSYS概述 1
1.1 发展与现状 2
1.2 矩阵分析法及有限元法分析的一般步骤 3
1.2.1 矩阵分析法 3
【实例1-1】桁架结构的平衡方程 9
1.2.2 有限元法分析的一般步骤 11
1.3 ANSYS基本操作 12
1.3.1 ANSYS安装 12
1.3.2 ANSYS启动、用户界面及退出 13
1.3.3 ANSYS操作方式 15
1.3.4 ANSYS典型分析过程 16
【实例1-2】悬臂梁的受力分析 16
1.3.5 ANSYS文件管理及日志文件使用 20
1.4 本章小结 21
1.5 习题 22
第2章 有限元法基础理论 23
2.1 结构静力学问题的有限元法 24
2.1.1 平面问题有限元法 24
【实例2-1】求单元在以下受力情况下的等效节点荷载 30
【实例2-2】求悬臂梁节点位移 32
2.1.2 轴对称问题有限元法 33
2.1.3 空间问题有限元法 36
2.1.4 等参数有限元法 39
2.1.5 单元与整体分析 43
2.2 结构动力学问题有限元法 46
2.2.1 运动方程 46
2.2.2 质量矩阵 47
2.2.3 阻尼矩阵 48
2.2.4 结构自振频率与振型 50
【实例2-3】求解Kj = w2Mj的振型 52
2.2.5 用振型叠加法求解结构的受迫振动 53
2.3 结构非线性有限元法 54
2.3.1 塑性力学问题 55
2.3.2 大位移问题 64
2.4 热传导问题有限元法 65
2.4.1 关于温度场和热传导的一些概念 65
2.4.2 热传导微分方程 67
2.4.3 温度场的边值条件 68
2.4.4 稳态热传导问题 69
2.4.5 瞬态热传导问题 73
2.4.6 热变形与热应力计算 75
2.5 流体力学分析有限元法 75
2.5.1 稳定渗流基本方程及其离散化 76
2.5.2 用势函数表示的势流 80
2.6 电磁场分析有限元法 83
2.6.1 麦克斯韦方程组 83
2.6.2 位函数的微分方程 84
2.6.3 位函数的边界条件 85
2.6.4 位函数的边值问题 85
2.7 本章小结 89
2.8 习题 90
第3章 ANSYS建模 92
3.1 建模基础 93
3.1.1 生成模型 93
3.1.2 坐标系统 93
3.1.3 工作平面 96
3.1.4 实体模型 97
3.1.5 有限元模型 98
3.2 建立复杂有限元模型 101
3.3 实例—连接板建模 102
3.4 实例—轴类零件建模 108
3.4.1 自底向上建模 109
3.4.2 自顶向下建模 115
3.5 实例—圆柱齿轮建模 116
3.6 本章小结 126
3.7 习题 126
第4章 结构线性静力分析 127
4.1 结构静力分析过程与步骤 128
4.1.1 建立模型 128
4.1.2 施加载荷并求解 128
4.1.3 检查结果 130
4.2 实例—连杆受力分析 132
4.3 实例—圆孔应力集中分析 147
4.4 实例—内六角扳手静力分析 155
4.5 实例—轮子受力分析 170
4.6 本章小结 187
4.7 习题 187
第5章 动力学分析 189
5.1 动力学分析的过程与步骤 190
5.1.1 模态分析的步骤 190
5.1.2 谐响应分析 194
5.1.3 瞬态动力学分析 198
5.2 实例—机翼模态分析 202
5.3 实例—电动机系统谐响应分析 212
5.4 实例—梁结构瞬态动力学分析 227
5.5 本章小结 238
5.6 习题 239
第6章 非线性分析 241
6.1 基本概念 242
6.2 非线性分析的过程与步骤 245
6.2.1 建模 246
6.2.2 加载求解 246
6.2.3 查看结果 249
6.3 实例—铜弹冲击刚性壁的非线性分析 251
6.4 实例—圆盘塑性变形分析 264
6.5 实例—销与销孔接触分析 278
6.6 本章小结 293
6.7 习题 293
第7章 其他问题分析 295
7.1 热分析 296
7.1.1 热分析单元 296
7.1.2 稳态热分析过程 297
7.1.3 瞬态热分析过程 300
7.1.4 耦合分析的过程和步骤 303
7.1.5 实例—冷却栅管的热分析 306
7.1.6 实例—包含焊缝的金属板热膨胀分析 317
7.2 流体动力学分析 334
7.2.1 FLOTRAN CFD分析的概念与基本步骤 334
7.2.2 实例—管内流动分析 339
7.3 电磁场分析 358
7.3.1 电磁场分析的基本步骤与概念 358
7.3.2 实例—2D静态电磁场分析 361
7.4 结构优化设计 377
7.4.1 优化设计的相关概念 377
7.4.2 优化设计的过程与步骤 379
7.4.3 实例—简支梁优化设计 386
7.4.4 实例—桁架轻型化优化设计 395
7.5 本章小结 405
7.6 习题 406
第8章 高级分析方法 409
8.1 拓扑优化分析 410
8.1.1 拓扑优化步骤 410
8.1.2 实例—拱桥桥梁结构拓扑优化 411
8.2 ANSYS/LS-DYNA显式动力分析 422
8.2.1 ANSYS/LS-DYNA分析综述 422
8.2.2 ANSYS/LS-DYNA分析基本步骤 425
8.2.3 实例—容器坠落碰撞 427
8.3 参数化设计 435
8.3.1 参数化设计语言介绍 435
8.3.2 参数化设计语言的功能 435
8.3.3 实例—梁结构参数化设计 437
8.4 子模型分析技术 442
8.4.1 子模型分析技术综述 442
8.4.2 子模型分析基本过程 443
8.4.3 实例—带孔长方形板条子模型分析 447
8.5 自适应网格划分技术 458
8.5.1 自适应网格划分技术综述 458
8.5.2 实例—热传导问题自适应网格划分 461
8.6 单元的生死技术 464
8.6.1 单元的生死技术综述 465
8.6.2 实例—杆件单元生死 467
8.7 本章小结 472
8.8 习题 473
附录A 弹性力学的基本方程 474
附录B ANSYS程序中常用量和单位 478
附录C ANSYS结构分析常用命令参考 480
