弹性力学及有限元 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　本书由介绍了弹性力的基本假设、基本理论和基本方程。介绍了基于弹性力学基本方程的有限元基本概念、单元基本方程和解题方法。介绍了有限元中常用的单元，如平面三角形单元、四边形单元、轴对称单元、空间四面体单元、六面体单元、杆梁单元、板壳单元、结构动力学问题的有限元基本方程和求解方法。本书介绍了在大型有限元分析软件ANSYSWorkbench中进行有限元数值模拟和分析的方法，以实例方式，介绍了ANSYSWorkbench的操作方法和求解有限元问题的基本方法和步骤。通过本书的学习，读者可掌握弹性力学及有限元的基本理论和基本方程，掌握应用ANSYSWorkbench进行有限元数值模拟和仿真的操作方法，并应用弹性力学及有限元的基本理论，对ANSYSWorkbench数值计算和仿真结果的合理性、有效性进行判断。本书适合作为高校研究生、本科生的教材，也适合作为工程设计人员的参考书。

目录

前言
第1篇弹性力学及有限元
第1章绪论
1.1弹性力学的内容
1.2弹性力学的基本假设和解题基本方法
1.3有限元的发展简况
1.4有限元法的基本思路和求解方法
1.4.1有限元法的基本思路
1.4.2有限元法的求解步骤
1.4.3有限元法的优缺点
1.5通用有限元软件结构简介
参考文献
第2章弹性力学基本方程
2.1弹性力学的基本假设和基本概念
2.1.1弹性力学的基本假设
2.1.2弹性力学的几个基本概念
2.2弹性力学基本方程
2.2.1静力平衡方程和剪应力互等定理
2.2.2力的边界条件
2.2.3应力状态分析
2.2.4几何方程及应变协调方程
2.2.5物理方程（广义胡克（Hooke）定律）——应力与应变的关系
2.2.6弹性力学问题的解题方法
2.2.7平面应力问题和平面应变问题
2.2.8弹性体的位能
2.2.9虚位移原理与最小位能原理
2.3强度理论概述
习题
参考文献
第3章平面问题有限元法
3.13节点三角形单元的有限元方程
3.1.13节点三角形单元的位移函数和形函数
3.1.23节点三角形单元的应变和应力
3.1.33节点三角形单元的基本方程——节点力与节点位移的关系
3.1.43节点三角形单元刚度矩阵的性质及力学意义
3.1.5非节点载荷的移置
3.1.6总体刚度矩阵的建立与分析
3.1.7边界约束条件的处理
3.1.8支反力的计算
3.1.9主应力、主方向的确定及计算结果的整理
3.1.10平面问题有限元法举例
3.24节点矩形单元
3.2.14节点矩形单元的位移函数
3.2.24节点矩形单元的应变与应力
3.2.34节点矩形单元的刚度矩阵和基本方程
3.2.4非节点载荷的移置
3.2.5总体有限元基本方程和总体刚度矩阵的建立
3.36节点三角形单元
3.3.16节点三角形单元的面积坐标
3.3.26节点三角形单元的位移函数和形函数
3.3.36节点三角形单元的应变与应力
3.3.46节点三角形单元的刚度矩阵和基本方程
3.3.5非节点载荷的移置
3.3.6总体有限元基本方程和总体刚度矩阵的建立
3.4平面等参元简介
3.4.14节点任意四边形单元的位移函数和形函数
3.4.2二维等参单元的数学分析
3.4.3二维等参元的应变、应力、刚度矩阵和等效节点力
3.4.48节点四边形等参元
3.5高斯数值积分简介
3.5.1一维高斯积分
3.5.2二维和三维高斯积分
3.6平面单元精度的比较
习题
参考文献
第4章轴对称问题有限元法简介
4.1轴对称问题的基本概念和基本方程
4.2轴对称三角形单元
4.2.1轴对称3节点三角形单元的含义
4.2.2位移函数
4.2.3单元的应变和应力
4.2.4单元的基本方程——节点力与节点位移间的关系
4.2.5单元的刚度矩阵
4.2.6非节点载荷的移置
4.2.7单元的集合
4.2.8应变、应力分量的计算
习题
参考文献
第5章空间问题有限元法
5.1引言
5.24节点四面体单元
5.2.14节点四面体单元的位移函数和形函数
5.2.24节点四面体单元的应变和应力
5.2.34节点四面体单元的基本方程和刚度矩阵
5.2.44节点四面体单元非节点载荷的移置
5.2.5总体有限元基本方程和总体刚度矩阵的建立
5.310节点四面体单元
5.3.1四面体单元的体积坐标
5.3.210节点四面体单元的位移函数和形函数
5.3.310节点四面体单元的应变和应力
5.3.410节点四面体单元的基本方程和刚度矩阵
5.3.54节点48自由度四面体单元简介
5.48节点六面体单元
5.4.18节点六面体单元的位移函数和形函数
5.4.28节点六面体单元的应变和应力
5.4.38节点六面体单元的基本方程和刚度矩阵
5.4.4非节点载荷的移置方法
5.520节点六面体单元
5.5.120节点六面体单元的位移函数和形函数
5.5.220节点六面体单元的应变和应力
5.5.320节点六面体单元的基本方程和刚度矩阵
5.6空间单元精度的比较
5.7空间问题等参元简介
5.7.1空间问题等参元的数学分析
5.7.2六面体等参元简介
5.7.3四面体等参元简介
习题
参考文献
第6章杆单元和梁单元简介
6.1杆单元简介
6.1.1一维杆单元
6.1.2平面杆单元
6.1.3空间杆单元
6.2梁单元简介
6.2.1与坐标轴平行的平面梁单元
6.2.2平面梁单元
6.2.3空间梁单元
习题
参考文献
第7章板单元和壳单元简介
7.1薄板的基本方程
7.1.1薄板的基本假设
7.1.2薄板的位移函数
7.1.3薄板的应变分量和曲率
7.1.4薄板的应力分量
7.1.5薄板的内力矩
7.2矩形板单元简介
7.2.1矩形板单元的位移函数
7.2.2矩形板单元的应变
7.2.3矩形板单元的应力
7.2.4矩形板单元的刚度矩阵
7.2.5矩形板单元的等效节点力
7.3三角形板单元简介
7.3.1三角形板单元的位移函数
7.3.2三角形板单元的应变、应力和刚度矩阵
7.4壳单元简介
7.4.1壳单元与板单元的区别
7.4.2三角形壳单元
7.5结构单元与实体单元的连接简介
7.5.1位移约束方程
7.5.2结构单元与实体单元的连接
习题
参考文献
第8章结构动力学问题有限元法
8.1动力学有限元方程
8.2质量矩阵和阻尼矩阵
8.2.1质量矩阵
8.2.2阻尼矩阵
8.3无阻尼自由振动特征值问题的求解
8.3.1固有频率和固有振型
8.3.2固有振型的性质
8.4动力学有限元方程的求解方法——直接积分法
8.4.1中心差分法
8.4.2纽马克法
8.5动力学有限元方程的求解方法——振型叠加法
8.6动力学有限元方程求解方法稳定性和计算精度的比较
习题
参考文献
第2篇ANSYS Workbench软件应用
第9章ANSYS Workbench 14.5 概述
9.1ANSYS Workbench 14.5 简介
9.2ANSYS Workbench 14.5 的图形用户界面
9.2.1菜单栏
9.2.2工具箱
9.3ANSYS Workbench 14.5基本操作
9.4Workbench与CAD软件集成设置
习题
参考文献
第10章ANSYS Workbench几何建模及案例解析
10.1DesignModeler几何建模简介
10.2DesignModeler图形用户界面
10.2.1菜单栏
10.2.2工具栏
10.2.3导航树
10.3DesignModeler几何建模案例解析
10.4DesignModeler特有操作
10.4.1多体部件体（Multi�瞓ody Parts）
10.4.2激活和冻结状态
10.4.3表面印记（Imprint Faces）
10.4.4包围(Enclosure)
10.4.5填充(Fill)
习题
参考文献
第11章网格划分及案例解析
11.1Mesh图形用户界面
11.2Mesh网格划分方法
11.3MultiZone网格划分案例
11.4Inflation网格划分案例
11.5ANSYS Workbench 14.5 其他网格划分工具
11.5.1ICEM CFD软件简介
11.5.2TGrid软件简介
习题
参考文献
第12章线性静力结构分析及案例解析
12.1线性静力分析基础
12.2Workbench 14.5 与线性静力分析
12.2.1几何模型
12.2.2材料属性
12.2.3接触与装配类型
12.2.4载荷和约束
12.2.5Mechanical模块中常见的求解选项
12.2.6结果后处理
12.3Workbench 14.5 线性静力学分析案例解析
12.3.1静力学分析案例1
12.3.2静力学分析案例2
习题
参考文献
第13章模态分析简介与案例解析
13.1模态分析简介
13.2模态分析案例解析
13.2.1模态分析案例1
13.2.2模态分析案例2
习题
参考文献

前言/序言

　　弹性力学是固体力学的一个分支学科，是研究可变形固体在外部因素，如力、温度变化、约束变动等因素的作用下产生的应力、应变和位移的经典学科。由于弹性力学涉及的数学问题多为偏微分方程组，当结构形状、载荷和约束条件复杂时，数学上是很难甚至无法求解偏微分方程组的。
　　有限单元法是当今解决弹性力学问题的主流方法，是结合了弹性力学理论和计算机数值计算技术的先进分析方法。有限元法解决了弹性力学中数学求解困难的问题，其基本思想是，将连续的求解区域离散为一系列数量有限的子域，这些子域是如三角形、四边形、四面体、六面体等几何形状简单的面或体，称之为单元，单元的顶点称为节点。连续的区域被近似为由数量有限的单元按一定的方式组成的形体，简称为有限元。在每一个单元内假设一个近似函数来分片表示待求的未知场函数，近似函数通常用单元的节点数值和其插值函数来表示。
　　以弹性力学和有限元理论为基础发展起来的计算机辅助工程分析CAE（Computer Aided Engineering Analysis）技术，是当今主流的先进设计方法和手段，已成为现代设计方法中重要的组成部分和重要的数值模拟、分析方法。CAE理论和软件的应用，将显著提高产品设计水平，缩短设计周期，增强产品市场竞争力。因此掌握主流的CAE软件的操作和应用，是工程设计人员必须具备的重要技能之一。
　　本书介绍了弹性力学的基本假设、基本理论和基本方程；基于弹性力学基本方程的有限元基本概念、单元基本方程和解题方法；有限元中常用的单元，如平面三角形单元、四边形单元，轴对称单元，空间四面体单元、六面体单元，杆、梁单元，平板单元、壳单元，以及结构动力学问题的有限元求解方法；在当今主流的CAE分析软件ANSYS Workbench中进行有限元数值模拟和分析的方法，并以案例的方式介绍了ANSYS Workbench的操作方法和求解有限元问题的基本方法与步骤。
　　通过本书的学习，读者可掌握弹性力学及有限元的基本理论和基本方程，掌握应用ANSYS Workbench进行有限元数值模拟和仿真的操作方法，并应用弹性力学及有限元的基本理论，对ANSYS Workbench数值计算和仿真结果的合理性、有效性进行判断。
　　本书共分13章，第1章~第8章由李世芸编写，第9章~第13章由肖正明编写。
　　本书约定，符号“［］”表示矩阵，符号“｛｝”表示列阵，字母上方加箭头表示矢量。
　　本书的出版得到了“昆明理工大学研究生核心课程”项目的资助，得到了昆明理工大学研究生院、机电工程学院的大力支持和协助。在编写过程中，还得到了廖伯瑜教授学术上的指导；研究生蒋伟、高强、仇田、李高升、程智在第1～8章的写作中，协助做了一些录入和校对工作；研究生项载毓、张威、程言丽、王鑫在第9～13章的编写中，参与了部分案例设计、图片编辑与校对工作。在此一并表示衷心的感谢。
　　由于作者水平有限，时间仓促，书中难免存在错误和缺陷，恳请广大读者和专家不吝赐教。
　　编者

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