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第一部分 基础篇3

第1章 绪论3

1.1 有限元的发展与Abaqus软件3

1.2 道路工程中的典型问题6

1.3 本书内容安排7

第2章 有限单元法的基本原理8

2.1 有限单元法求解的基本步骤8

2.1.1 位移函数8

2.1.2 单元应变和初应变10

2.1.3 单元应力11

2.1.4 等效结点力与单元刚度矩阵13

2.1.5 结点荷载17

2.1.6 结点平衡方程与整体刚度矩阵18

2.2 常见单元的单元刚度矩阵和结点荷载22

2.2.1 矩形单元22

2.2.2 四面体单元24

2.3 能量原理28

2.3.1 虚位移原理28

2.3.2 最小势能原理29

2.3.3 最小余能原理30

2.4 有限元解的收敛性32

2.5 形函数及其应用32

2.5.1 形函数的定义32

2.5.2 典型的一维、二维和三维形函数33

2.5.3 坐标变换35

2.6 本章小结38

第3章 Abaqus软件基础39

3.1 Abaqus产品的组成（Products）39

3.2 Abaqus/CAE的组成（Components）40

3.3 Abaqus/CAE中的分析模块（Modules）44

3.4 Abaqus/CAE的常用工具（Tools）48

3.4.1 Abaqus/CAE中的常用工具49

3.4.2 实例：路面结构的受力分析51

3.5 Abaqus分析模型的组成64

3.5.1 Abaqus分析的过程64

3.5.2 Abaqus分析模型的组成64

3.6 Abaqus的常用命令（Commands）66

3.7 Abaqus的常用文件（Files）70

3.7.1 常用文件70

3.7.2 其他文件72

3.8 Abaqus的帮助文档（Documentations）74

3.9 本章小结75

第4章 常用材料的本构模型及UMAT77

4.1 道路工程中常用材料的本构模型77

4.2 典型的弹性模型和塑性模型78

4.2.1 线弹性模型78

4.2.2 Mohr-Coulomb塑性模型79

4.2.3 线性Drucker-Prager模型81

4.3 道路工程常见材料模型及UMAT83

4.3.1 道路工程中常见材料模型83

4.3.2 用户子程序User Subroutines和应用程序（Utilities）87

4.3.3 修正Burgers模型用户子程序UMAT的编写91

4.3.4 Duncan-Chang模型用户子程序UMAT的编写97

4.3.5 UMAT用户子程序的用法97

4.4 小结99

第5章 单元及网格划分技术100

5.1 有限单元100

5.1.1 单元的表征101

5.1.2 实体单元104

5.1.3 壳单元105

5.1.4 梁单元107

5.1.5 桁架单元108

5.2 刚性体109

5.2.1 刚性体使用的时机109

5.2.2 刚性体部件110

5.2.3 刚性单元110

5.3 实体单元的使用111

5.3.1 单元的数学描述和积分111

5.3.2 实体单元的选择118

5.4 网格划分技术118

5.4.1 结构网格划分118

5.4.2 自由网格划分120

5.4.3 扫掠网格划分121

5.4.4 网格划分算法123

5.4.5 不能进行网格划分的几种情形124

5.5 本章小结125

第6章 inp文件用法126

6.1 inp文件格式126

6.1.1 关键词行（Keyword line）126

6.1.2 数据行（Data line）127

6.1.3 注释行（Comment line）128

6.2 编写完整inp文件实例：桥式吊架128

6.2.1 编写inp文件128

6.2.2 检查运行inp文件135

6.3 编写部分inp文件实例：软土地基上路面结构的沉降问题136

6.3.1 Abaqus/CAE生成部分模型数据138

6.3.2 编写部分inp文件143

6.3.3 运行和后处理148

6.4 本章小结149

第二部分 应用篇153

第7章 沥青路面结构中的裂缝和动态响应问题153

7.1 相关理论和计算方法153

7.1.1 断裂力学理论和计算方法153

7.1.2 动态分析理论和计算方法159

7.1.3 移动均布荷载在有限元模型中的实现166

7.2 实例：路面结构裂缝和动态响应问题166

7.2.1 静态分析一：直接写inp文件167

7.2.2 静态分析二：Abaqus/CAE建模177

7.2.3 动态分析一：平面Abaqus/CAE建模181

7.2.4 动态分析二：三维Abaqus/CAE建模186

7.3 本章小结197

第8章 沥青路面结构车辙问题及摊铺温度场分析199

8.1 相关理论和计算方法199

8.2 实例：沥青路面结构车辙计算203

8.2.1 温度场的分析205

8.2.2 路面车辙的计算215

8.3 实例：沥青路面上面层摊铺温度场分析224

8.4 本章小结230

第9章 软土地基上路面结构和桥台地基的沉降问题231

9.1 相关理论和计算方法231

9.1.1 沉降计算理论和比奥固结方程231

9.1.2 三维固结向平面应变固结的等效转换233

9.1.3 附加应力计算中位移载荷的施加236

9.2 实例：软土地基上路面结构的沉降分析237

9.2.1 水平向增强体（土工格栅）的应用237

9.2.2 竖向增强体（桩）的应用241

9.2.3 软土地基路面结构的附加应力分析245

9.3 实例：软土地基上桥台结构的沉降分析249

9.4 本章小结264

第10章 路堤边坡稳定性问题265

10.1 相关理论和计算方法265

10.2 实例：边坡稳定性分析268

10.3 本章小结273

第11章 水泥混凝土路面上的接缝传荷问题274

11.1 实例：水泥混凝土路面的接缝传荷模拟274

11.1.1 无传力杆的混凝土路面受力275

11.1.2 有传力杆的混凝土路面受力287

11.2 本章小结295

第12章 水泥混凝土路面上的轮胎振动噪声问题296

12.1 相关理论和计算方法296

12.2 轮胎振动噪声计算实例299

12.3 本章小结319

参考文献320