ANSYS Workbench 結構有限元分析詳解

本書從力學基礎知識和數學基本運算規則出發，系統闡述了有限單元法的基本理論，並以ANSYS Workbench為操作平臺，詳細討論了結構線性靜力學、非線性靜力學、模態分析、諧響應分析及響應譜分析的操作過程。 全書共13章：第1章介紹數學及力學基礎知識，為理論推導做好前提準備。第2章介紹數學軟件MATLAB的基本應用，運用MATLAB軟件快速求解數學問題。第3章介紹有限單元法的基本理論。第4章介紹ANSYS Workbench平臺中各類建模軟件及Mechanical軟件的使用方法。第5章介紹線性靜力學，以簡單的L型梁為切入點，討論線性靜力學分析方法。第6章介紹概念建模、分析及後處理過程。第7章介紹結構線性屈曲及非線性屈曲。第8章介紹材料非線性及常見的強化準則。第9章介紹狀態非線性及常用的接觸算法。第10章介紹模態分析方法，並討論了模態參數的計算過程。第11章介紹了基於模態疊加法的諧響應分析及如何採用瞬態動力學方法計算諧響應。第12章介紹了響應譜分析及響應譜計算中各類參數的相互轉換方法。第13章介紹瞬態動力學模塊。 本書不僅包含了大量示例，並且大部分示例同時給出了其理論解答過程及MATLAB代碼的實現方法，讀者在學習過程中應充分結合理論求解的過程理解軟件操作背後的含義。 本書可作為企業結構工程師學習有限單元法和ANSYS的書籍，也可作為高等院校學生的學習參考用書。

 

 

 

 

目錄

第1章固體力學與數學基礎知識

 

1.1線性代數基本概念

 

1.1.1行列式的定義

 

1.1.2矩陣的定義

 

1.1.3增廣矩陣定義

 

1.1.4矩陣加法運算法則

 

1.1.5矩陣乘法運算法則

 

1.1.6一個矩陣的逆矩陣

 

1.1.7矩陣轉置

 

1.1.8特徵值與特徵向量

 

1.2導數、積分的基本概念

 

1.2.1導數的含義和計算公式

 

1.2.2積分的含義和計算公式

 

1.3力學基本概念

 

1.3.1力學平衡方程與協調方程

 

1.3.2強度理論

 

1.3.3胡克定律與剛度理論

 

1.3.4穩定性理論

 

1.3.5截面特性

 

1.3.6結構與單元自由度

 

1.4靜定結構與超靜定結構

 

第2章MATLAB軟件應用

 

2.1線性代數求解

 

2.1.1矩陣構造

 

2.1.2矩陣的加、減、乘法

 

2.1.3矩陣轉置、求逆矩陣

 

2.1.4行列式求解

 

2.1.5線性方程組求解

 

2.1.6特徵值與特徵向量

 

2.2導數與積分運算

 

2.2.1符號計算

 

2.2.2導數與偏導數計算

 

2.2.3不定積分與定積分計算

 

 

2.2.4符號常微分方程

 

第3章有限單元法理論

 

3.1直接法推導桿系結構的剛度矩陣

 

3.2能量原理推導桿系結構的剛度矩陣

 

3.3非線性問題及其求解方法

 

3.3.1材料非線性

 

3.3.2幾何非線性

 

3.3.3狀態非線性

 

3.3.4非線性方程求解方法

 

第4章ANSYS Workbench軟件界面及功能簡介

 

4.1工程材料模塊

 

4.2SCDM與DesignModeler建模模塊

 

4.2.1SCDM建模

 

4.2.2DesignModeler建模

 

4.2.3第三方模型文件格式導入

 

4.3Mechanical模塊

 

4.3.1網格劃分

 

4.3.2邊界條件

 

4.3.3分析設置

 

4.3.4結果後處理

 

4.3.5常用功能

 

第5章線性靜力學

 

5.1支架靜力學理論解

 

5.2支架有限元分析過程

 

5.3支架子模型分析

 

5.4收斂工具

 

5.5工況組合

 

第6章概念建模、分析與後處理

 

6.1桿結構分析案例

 

6.2梁結構分析案例

 

6.3梁與實體單元子模型

 

6.4梁單元模擬螺栓連接

 

6.4.1剛性梁模擬螺栓

 

6.4.2柔性梁模擬螺栓

 

6.4.3有螺栓預緊力的結構分析

 

第7章結構屈曲分析

 

7.1線性屈曲分析

 

7.2非線性屈曲分析

 

第8章材料非線性

 

8.1強化準則

 

8.1.1隨動強化

 

8.1.2等向強化

 

8.1.3混合強化

 

8.1.4材料模型輸入

 

8.2包辛格效應

 

 

第9章接觸分析

 

 

9.1接觸基本概念

 

9.1.1接觸狀態

 

9.1.2接觸面與目標面

 

9.1.3接觸算法

 

9.1.4不對稱接觸與對稱接觸

 

9.1.5球形區域

 

9.1.6界面處理與幾何校正

 

9.1.7接觸工具

 

9.2螺紋裝配體接觸分析

 

9.3基於幾何校正的無螺紋裝配體分析

 

第10章模態分析

 

10.1模態分析闡述

 

10.2二自由度彈簧振子手動計算解

 

10.3二自由度彈簧振子模態分析軟件設置

 

10.4模態參數計算

 

10.4.1振型歸一化

 

10.4.2模態參數理論計算過程

 

第11章諧響應分析

 

11.1基於模態疊加法的瞬態動力學諧響應

 

11.2模態疊加法求解諧響應手動計算過程

 

11.3基於模態疊加法的瞬態動力學分析

 

11.4掃頻分析

 

11.5基於瞬態動力學方法的諧響應分析

 

第12章響應譜分析

 

12.1影響系數曲線與加速度曲線轉換過程

 

12.2振型分解法求解結構最大位移

 

12.3反應譜生成方法

 

12.4響應譜分析與瞬態動力學結果相互驗證

 

第13章瞬態動力學分析

 

參考文獻