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1.1　有限元法概述1

第1章 ANSYS概述1

1.1.1 各类几何性质中的张量形式2

1.1.2　非线性方程组的迭代方法3

1.1.3　有限元常用术语8

1.2　有限元法的分析过程9

1.3 ANSYS的发展过程10

1.4　ANSYS功能简介11

1.5　ANSYS 9.0启动与界面15

1.5.1　启动ANSYS 9.015

1.5.2　ANSYS操作界面16

1.6　ANSYS文件系统19

1.6.1 文件格式19

1.6.2　文件管理20

1.7.2　模型选取22

1.7.3　模型建立22

1.7.1 问题描述22

1.7　ANSYS分析实例22

1.7.4　加载及求解25

1.7.5　结果分析28

1.7.6　命令流求解33

第2章 APDL简介38

2.1 APDL概述38

2.2　参数39

2.3　流程控制41

2.3.1 ＊go无条件分支41

2.3.2　＊if...＊ifelse...＊else...＊endif条件分支41

2.3.3　＊do...＊enddo循环42

2.3.4　＊dowhile循环43

2.3.5　＊repeat重复命令43

2.4　宏文件45

2.5.1 函数46

2.5　函数、表达式和函数编辑器46

2.5.2　表达式47

2.5.3　函数编辑器47

2.6 APDL实例49

2.6.1 弹簧—质量系统的响应49

2.6.2　简支梁的最不利载荷位置51

第3章　斜拉桥有限元分析57

3.1　工程背景57

3.1.1　概述57

3.1.2　斜拉桥在中国的发展58

3.1.3　理论分析60

3.2　有限元模型62

3.2.1　斜拉桥参数说明62

3.2.2 自定义截面63

3.2.3　建模过程68

3.3　成桥状态分析81

3.4　模态分析87

3.5　地震分析90

3.5.1　地震作用理论90

3.5.2　地震谱分析91

3.5.3　地震波分析93

3.6　车辆强迫振动分析96

3.7　斜拉桥施工监控分段模拟99

3.8　结论110

第4章 隧道工程有限元分析111

4.1　工程背景111

4.1.1　生死单元111

4.1.2　初始地应力的模拟116

4.1.3　Drucker-Prager（DP）材料模型116

4.1.4　隧道设计模型118

4.1.5　隧道载荷120

4.2　建立隧道有限元模型120

4.3　加载与求解128

4.4　后处理130

4.5　加固范围讨论134

4.6　隧道埋深讨论139

第5章　道路工程有限元分析146

5.1　工程背景146

5.2　建立模型148

5.3　边界条件及载荷155

5.4　初始温度场求解158

5.5　温度场求解158

5.6　后处理159

5.7　保温材料保温效果分析160

5.8　结果讨论161

第6章 材料循环变形行为的有限元分析162

6.1　材料非线性162

6.1.1　弹塑性分析162

6.1.2　各向异性塑性165

6.1.3 Drucker-Prager（DP）材料166

6.1.4　超弹性分析167

6.1.5　蠕变分析169

6.1.6　黏塑性分析170

6.1.7　形状记忆合金171

6.1.8　组合材料本构模型173

6.2　非对称应力控制下的棘轮行为有限元模拟174

6.2.1　工程背景174

6.2.2　建立有限元模型176

6.2.3　边界及载荷条件178

6.2.4　求解及结果分析180

6.2.5　不同应力幅值求解183

6.2.6　结论187

6.3　循环应变行为的有限元模拟187

6.3.1 工程背景187

6.3.2　有限元模型188

6.3.3　边界及载荷条件189

6.3.4　求解及结果分析190

6.3.5 结论195

第7章 复合材料有限元分析196

7.1 复合材料概述196

7.1.1　复合材料的定义及分类196

7.1.2　复合材料的性能197

7.1.3　复合材料的用途198

7.1.4　复合材料的组分198

7.1.5　金属基复合材料199

7.2　短纤维增强复合材料在制备过程中产生的热残余应力分析200

7.2.1　工程背景200

7.2.2　建立有限元模型202

7.2.3　求解及结果分析204

7.3　金属基复合材料热残余应力分析206

7.3.1 工程背景206

7.3.2　建立有限元模型207

7.3.3　边界及载荷条件210

7.3.4　求解及结果分析211

7.4　复合材料层合板的有限元分析214

7.4.1　工程背景214

7.4.2　建立有限元模型215

7.4.3　边界及载荷条件218

7.4.4　求解及结果分析219

7.5　6061Al/SiC层合复合材料循环变形行为的有限元分析221

7.5.1　工程背景221

7.5.2　对称面温度0℃、外表面40℃时温度分布222

7.5.3　交变温度场分析225

7.5.4　20℃时复合材料在ε=±2％的单轴应变循环作用下的循环变形行为229

7.5.5　20℃复合材料在σ=（50±200）MPa的单轴应力循环（2N）作用下的循环变形行为232

7.5.6　SiC层的厚度的影响235

7.5.7　结论235

8.1　热分析相关知识236

8.1.1　热分析简介236

第8章　焊接结构有限元分析236

8.1.2　稳态传热分析237

8.2　钢板边缘堆焊温度场分析239

8.2.1　工程背景239

8.2.2　建立有限元模型240

8.2.3　分析及求解242

8.2.4　后处理244

8.2.5　结果讨论246

8.3　铸件浇铸温度场分析246

8.3.1　工程背景246

8.3.2　建立有限元模型247

8.3.3　施加载荷248

8.3.4　求解249

8.3.5　结果分析249

8.4.1　工程背景251

8.4　焊缝残余应力及温度场分析251

8.4.2　赋予材料参数252

8.4.3　建立有限元模型254

8.4.4　施加约束与载荷255

8.4.5　单元生死255

8.4.6　求解257

8.4.7　通用后处理258

8.4.8　时间历程处理器262

第9章　机械工程有限元分析264

9.1　理论基础264

9.1.1　子模型简介264

9.1.2　子模型分析步骤265

9.2　问题描述269

9.3　模型建立269

9.3.1　环境及参数设定269

9.3.2　实体建模271

9.4　加载及求解275

9.3.3　划分单元275

9.5　结果分析276

9.6　子模型分析278

9.6.1　实体建模279

9.6.2　划分单元281

9.6.3　切割边界条件282

9.7　其他载荷及求解283

9.8　结果分析284

9.9　展望284

第10章　压力容器有限元分析285

10.1 压力容器封头应力场的有限元分析285

10.1.1　工程背景285

10.1.2　建立有限元模型286

10.1.3　边界及载荷条件288

10.1.4　求解及结果分析289

10.2.1　工程背景292

10.2　压力容器的应力分析292

10.1.5　结论292

10.2.2　建立有限元模型293

10.2.3　边界条件及载荷295

10.2.4　求解及结果分析296

10.2.5　结论299

第11章 水库闸门有限元分析300

11.1 工程背景300

11.3 载荷及边界条件301

11.2　有限元模型301

11.4　求解与结果分析303

11.4.1　整体结果303

11.4.2　面板结果303

11.4.3　梁结果304

11.4.4　支臂结果305

11.5　结构强度与刚度评定305

11.5.1 容许应力305

11.5.3　强度评判结果306

11.5.2　强度条件306

11.6 结论307

11.7　命令流求解307

第12章 电子封装有限元分析325

12.1　工程背景325

12.1.1 电子封装国内外研究现状325

12.1.2 电子封装的焊料研究326

12.1.3　电子封装面临的工程问题328

12.2.1　QFP介绍329

12.2　QFP结构在温度循环下的有限元分析329

12.2.2　Anand黏塑性本构模型330

12.2.3　材料参数330

12.2.4　单元类型331

12.2.5　有限元模型332

12.2.6　载荷及边界条件332

12.2.7　分析过程的APDL333

12.2.8　求解及结果分析340

12.3.1 分析方案344

12.2.9　结论344

12.3　QFP位移循环下的有限元分析344

12.3.2　求解过程345

12.3.3　结果与分析347

12.3.4　结论350

第13章　压电断裂行为有限元分析351

13.1　工程背景351

13.1.1　压电效应及压电材料概述351

13.1.2　线性压电基本理论352

13.1.3　有限元分析在压电材料中的应用353

13.1.4　压电材料断裂理论研究进展353

13.1.5　线性断裂模型353

13.1.6　压电材料断裂准则354

13.1.7　压电材料的裂纹偏折355

13.2　PZT-4材料平面中心裂纹有限元模拟355

13.3.1 应力强度因子准则362

13.3　压电陶瓷断裂准则362

13.3.2　总能量释放率断裂准则364

13.3.3　机械应变能释放率断裂准则367

13.4　压电陶瓷PZT-4材料断裂有限元模拟370

13.4.1 Ⅰ型断裂有限元模拟及结果分析370

13.4.2　混合模式断裂有限元模拟及结果分析375

13.5　结果结论395

第14章　用户子程序396

14.1 用户子程序适用性396

14.2　用户蠕变子程序usercr.f399

14.3　用户蠕变子程序usercreep.f405

14.4　用户自定义本构关系408

14.5　子程序实例413

14.5.1　输入数据413

14.5.2　后处理输出数据415

14.5.3　用户子程序usermat.f源文件416

15.1.1　单行参数输入424

第15章　ANSYS用户界面设计424

15.1　UIDL概述424

15.1.2　多行参数输入425

15.2　棘轮行为分析专用程序开发实例426

15.2.1　程序简介426

15.2.2　程序框架426

15.2.3　工作流程432

第16章　疑难解答436

16.1　ANSYS工作环境436

16.2　前处理439

16.3　载荷及边界448

16.4　求解454

16.5　后处理455

16.6　专业知识459

参考文献466