有限元方法是處理各種復(fù)雜工程問題的重要分析手段,也是進(jìn)行科學(xué)研究的重要工具。本書從有限元分析概述、桿梁結(jié)構(gòu)分析的有限元方法、連續(xù)體結(jié)構(gòu)分析的有限元方法、非線性有限元,以及基于ANSYS平臺的有限元建模與分析實(shí)例等五個(gè)方面系統(tǒng)地介紹了有限元技術(shù)分析及相關(guān)計(jì)算應(yīng)用。全書是作者在多年從教經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,依據(jù)目前工程學(xué)科對有限元分析的要求及學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)而編寫的。目的是讓學(xué)生掌握有限元分析的基本概念及方法,了解有限元軟件的應(yīng)用,為后期的深入學(xué)習(xí)和研究打下基礎(chǔ)。
前言 人類通過研究復(fù)雜對象的各類信息來認(rèn)識客觀世界,進(jìn)行科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)。理論研究、試驗(yàn)研究、數(shù)值計(jì)算是科學(xué)研究的基本方法。在一些研究領(lǐng)域,由于理論和試驗(yàn)的局限,數(shù)值計(jì)算是唯一的研究手段。有限元分析作為一種數(shù)值計(jì)算的工具,在工程分析及科學(xué)研究中的作用越來越重要。 有限元方法(finiteelementmethod)是求解各種復(fù)雜數(shù)學(xué)物理問題的重要方法,是處理各種復(fù)雜工程問題的重要分析手段,也是進(jìn)行科學(xué)研究的重要工具。該方法的應(yīng)用和實(shí)施包括:計(jì)算原理、計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)硬件三方面。這三方面是相互關(guān)聯(lián)的,缺一不可。正是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,才使得有限元方法的應(yīng)用如此廣泛和普及,成為最常用的分析工具。目前,國際上有90%的機(jī)械產(chǎn)品和裝備都要采用有限元方法進(jìn)行分析,進(jìn)而進(jìn)行設(shè)計(jì)修改和優(yōu)化。實(shí)際上有限元分析已成為代替大量真實(shí)試驗(yàn)的數(shù)值化虛擬試驗(yàn)(virtualtest),有限元分析與驗(yàn)證性試驗(yàn)相結(jié)合可以做到高效率和低成本。 它已經(jīng)成為工程技術(shù)人員必須掌握的一種分析手段。 本書是作者在從教多年經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,根據(jù)目前工程學(xué)科對有限元分析的要求及學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)而編寫的。作為工科專業(yè)研究生教材,本書主要是讓學(xué)生掌握有限元分析的基本概念及方法,了解有限元軟件的應(yīng)用,為后期的深入學(xué)習(xí)和研究打下基礎(chǔ)。本書在編寫過程中參考了大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)資料,在書后一并列出,在此對文獻(xiàn)資料的作者致以誠摯的謝意! 本書由東北電力大學(xué)鞠彥忠主編,張曉磊、白俊峰、侯立群參編。本書的具體編寫分工為:第1章和第3章由鞠彥忠編寫,第2章和第5章由張曉磊編寫,第4章由白俊峰編寫,習(xí)題由侯立群編寫。全書由鞠彥忠統(tǒng)稿。在本書的文稿整理過程中趙健等同學(xué)做了大量的工作。 本書在出版過程中得到了東北電力大學(xué)研究生部的大力支持,在此深表感謝!雖然編者在編寫過程中盡了最大的努力,但限于編者水平,書中難免存在不足,敬請專家和讀者批評指正。 編 者 2023年12月
鞠彥忠,東北電力大學(xué)建筑工程學(xué)院原院長,教授,博士生導(dǎo)師。教育及工作經(jīng)歷:1988年1月畢業(yè)于東北大學(xué),獲碩士學(xué)位。1996年7月東北電力大學(xué)建筑工程學(xué)院任教。2004年4月畢業(yè)于北京交通大學(xué),獲博士學(xué)位。社會兼職:1、中國電機(jī)工程學(xué)會會員。2、中國電機(jī)工程學(xué)會輸電專業(yè)委員會結(jié)構(gòu)學(xué)組委員。3、中國力學(xué)學(xué)會會員。4、吉林省土木工程學(xué)會會員。主講課程:基礎(chǔ)課:《工程力學(xué)》、《材料力學(xué)》。研究生:《結(jié)構(gòu)動力學(xué)》、《有限元分析》。專業(yè)基礎(chǔ)課:《彈性力學(xué)》?蒲小⒔虒W(xué)成果簡介:先后主持和完成國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目3項(xiàng),省科技發(fā)展計(jì)劃、企業(yè)委托橫向課題等科研項(xiàng)目20余項(xiàng),在輸電線路工程領(lǐng)域、新型材料與新材料結(jié)構(gòu)領(lǐng)域取得了多項(xiàng)創(chuàng)新性成果。以第d一作者或通訊作者身份發(fā)表學(xué)術(shù)論文120余篇,其中SCI、EI檢索42篇,出版學(xué)術(shù)專著1部,獲授權(quán)發(fā)明專利4件,以第d一完成人獲省級科技進(jìn)步一等獎1項(xiàng),二等獎2項(xiàng)、三等獎1項(xiàng),獲省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果獎二等獎1項(xiàng)。 擔(dān)任《材料力學(xué)》省級精品課程負(fù)責(zé)人,省級優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)力學(xué)系列課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人。先后主持省級教學(xué)改革課題3項(xiàng),主持完成的教學(xué)改革研究成果力學(xué)系列課程內(nèi)容更新與體系改革的研究與實(shí)踐獲吉林省教學(xué)成果二等獎,立足行業(yè),面向需求,培養(yǎng)輸電工程應(yīng)用型專業(yè)人才獲吉林省教學(xué)成果三等獎。榮譽(yù)情況:吉林省高校教學(xué)名師吉林省首批高校學(xué)科領(lǐng)軍教授吉林省有突出貢獻(xiàn)中青年專業(yè)技術(shù)人才吉林省拔尖創(chuàng)新人才人選
前言
第1章 有限元分析概述 1
1.1 有限元方法的歷史 1
1.2 有限元軟件的發(fā)展 3
1.3 有限元分析的目的和概念 5
1.4 有限元分析的基本流程 7
1.5 有限元分析的特點(diǎn) 10
思考題 11
第2章 桿梁結(jié)構(gòu)分析的有限元方法 12
2.1 桿梁結(jié)構(gòu)分析的工程概念 12
2.2 桿件有限元分析 12
2.3 梁件有限元分析 24
2.4 桿梁問題的有限元案例 37
思考題 41
習(xí)題 41
第3章 連續(xù)體結(jié)構(gòu)分析的有限元方法 44
3.1 連續(xù)體結(jié)構(gòu)分析的工程概念 44
3.2 連續(xù)體結(jié)構(gòu)分析的基本力學(xué)原理 45
3.3 平面問題有限元分析 51
3.4 空間問題有限元分析 62
3.5 形狀映射參數(shù)單元的一般原理和數(shù)值積分 68
3.6 有限元分析中的若干問題討論 76
3.7 應(yīng)用 90
思考題 95
習(xí)題 96
第4章 非線性有限元 101
4.1 材料非線性有限元法 101
4.2 材料本構(gòu)關(guān)系簡述 104
4.3 非線性彈性本構(gòu)關(guān)系 108
4.4 彈塑性本構(gòu)關(guān)系 116
4.5 求解非線性方程的增量法 135
4.6 求解非線性方程組的迭代法 138
4.7 收斂標(biāo)準(zhǔn) 140
4.8 幾何非線性有限元法 144
4.9 大變形的應(yīng)變和應(yīng)力 145
4.10 幾何非線性有限元方程的建立 152
4.11 有限元基本方程 155
4.12 幾何非線性桿單元 157
4.13 幾何非線性梁單元 159
4.14 幾何非線性板單元 166
4.15 弧長法求解非線性方程組 168
4.16 應(yīng)用 174
思考題 178
第5章 基于ANSYS平臺的有限元建模與分析實(shí)例 179
5.1 ANSYS的概述 179
5.2 實(shí)例導(dǎo)航 184
5.3 輸電塔線體系結(jié)構(gòu)的ANSYS參數(shù)化分析 219
思考題 233
參考文獻(xiàn) 234