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出版者:清华大学出版社

作者:姜勇

出品人:

页数:440

译者:

出版时间:2004-1-1

价格:39.80

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302078111

丛书系列:

图书标签:

• ansys
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• 电磁场分析
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• 软件应用

机械仿真与数值分析：从理论基石到前沿应用 本书旨在为工程技术人员、科研工作者以及相关专业学生提供一套系统、深入的机械仿真与数值分析知识体系。全书内容紧密围绕现代工程设计与分析的核心需求，涵盖了从基本的有限元理论到复杂多物理场耦合问题的解决策略，力求在理论深度与工程实践之间架起一座坚实的桥梁。 --- 第一部分：数值分析的理论基石与计算力学基础 本部分将追溯和梳理数值分析方法，特别是有限元方法（FEM）的数学本质和物理意义。我们不满足于停留在软件操作层面，而是深入剖析驱动仿真的底层逻辑。 第一章：连续介质力学回顾与离散化思想 本章首先回顾了经典弹性力学和塑性力学的基本控制方程，包括平衡方程、本构关系以及几何方程。随后，重点阐述了离散化的必要性与基本原理。我们将详细探讨将连续问题转化为代数方程组的数学过程，引入变分原理（如虚功原理、最小势能原理）作为推导有限元方程的基础。 第二章：有限元基础理论与单元构建 深入解析有限元方法的“形函数”（Shape Functions）或插值函数。详细分析一维、二维（三角形、四边形）和三维（四面体、六面体）单元的构造过程，讨论形函数对解的精度和稳定性的影响，特别是形函数是否满足“常数应力”和“几何不变性”的要求。本章将详细推导杆单元、梁单元的刚度矩阵，以及平面应力/平面应变问题的单元刚度矩阵，为后续复杂建模打下坚实的数学基础。 第三章：非线性问题的数值处理 工程实际中充斥着几何非线性和材料非线性。本章专注于如何处理这些挑战。 几何非线性： 探讨大变形、接触、预紧力等问题中，如何通过拉格朗日坐标系下的应力更新和迭代算法（如牛顿-拉夫逊法）来求解平衡方程。详细介绍修正牛顿法、初值收敛控制等工程实践中的重要技巧。 材料非线性： 重点解析弹塑性本构模型的数值实现，如增量法的应用，以及如何通过子迭代（Sub-iterations）来保证材料屈服面上的精确求解。对蠕变、疲劳等时间依赖性模型的数值处理方法进行初步探讨。 --- 第二部分：结构动力学与模态分析的精细化研究 结构动力学是评估产品在冲击、振动、噪声环境下的性能的关键。本部分聚焦于时间和频率域的分析技术。 第四章：模态分析与特征值问题 本章详细讲解线性动力学分析的起点——固有频率和振型分析。从运动方程出发，推导广义特征值问题 $mathbf{K} Phi = omega^2 mathbf{M} Phi$。对比子空间迭代法、Lanczos 法等不同求解器的效率与适用性。着重分析如何通过振型参与系数和模态叠加法来简化复杂瞬态响应的计算。 第五章：瞬态响应与谱分析 探讨结构在时间域内的精确响应求解。详细介绍直接积分法（如中心差分法、Newmark-$eta$ 法）的稳定性和精度，以及模态叠加法在求解外部激励（如地震波、冲击载荷）下的时间历程响应中的应用。对于周期性或随机激励，本章也将介绍如何运用谱密度函数进行可靠性评估。 第六章：高级结构分析：接触、碰撞与预紧 接触是现代仿真中最常见也是最棘手的非线性问题之一。本章将系统地分析接触算法的演进：从约束条件处理到罚函数法、增广拉格朗日法。特别关注摩擦接触的数值实现（如Kuhn-Tucker条件）以及动态碰撞问题的显式求解策略（Explicit Dynamics）与隐式求解的适用场景区分。 --- 第三部分：热-力耦合与多物理场分析方法 现代工程系统往往是多物理场相互作用的。本部分侧重于热与结构力学、流体与结构相互作用（FSI）的集成分析技术。 第七章：热传导与热应力分析 首先建立瞬态热传导问题的有限元模型，并讨论时间积分方法的选择。随后，将热分析结果（温度场）作为载荷输入，转化为结构分析中的热应变项，详细推导热应力分析的刚度矩阵。重点分析高温部件（如燃气轮机叶片、刹车盘）中的热应力集中与寿命预测问题。 第八章：流固耦合（FSI）基础与应用 流固耦合是航空航天、生物医学等领域的核心技术。本章区分单向耦合（流体影响结构变形，结构不影响流场）和双向（完全）耦合。详细介绍浸入式边界法（IBM）和网格重划分（Remeshing）技术在处理流固交界面上的挑战与对策。通过实例展示如何进行燃烧室的流致振动分析。 第九章：材料失效、疲劳与寿命预测 仿真分析的最终目标是预测产品的可靠性。本章聚焦于材料失效的数值模拟。 疲劳分析： 详细介绍基于应力/应变谱的 Miner 累积损伤法则和基于断裂力学的裂纹扩展模拟（如XFEM方法）。 损伤力学： 探讨内聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）在模拟复合材料分层、粘接失效以及宏观断裂过程中的应用，强调其与接触模型的协同作用。 --- 第四部分：求解器优化与后处理的高级技巧 本部分关注如何高效地管理和解释复杂的仿真结果，提升计算效率。 第十章：求解器性能优化与并行计算 深入探讨大规模有限元问题的解算效率瓶颈。分析稀疏矩阵的存储格式（如CSR、COO）及其对内存和I/O性能的影响。介绍并行求解策略，如域分解法（Domain Decomposition）的原理及其在多核CPU和GPU环境下的实现考量。 第十一章：网格质量控制与自适应网格细化 网格是仿真精度的生命线。本章超越基础网格划分，讨论如何通过误差估计函数（如后验误差估计）自动识别高梯度区域，并实施自适应网格细化（h/p 自适应），实现计算资源的最优分配。特别针对冲击、裂纹扩展等需要高分辨率的区域进行局部网格优化。 第十二章：复杂载荷与边界条件的建模艺术 本章强调从物理现象到数学模型的转化能力。内容包括：惯性载荷的精确施加、远场边界条件的等效处理、随机振动载荷的输入格式（如PSD曲线的解析与插值）、以及在非均匀温度场下如何正确处理约束和预应力。 --- 本书的特点： 本书的编写风格旨在提供深度和广度的结合。每章节的理论推导清晰，并紧密结合实际工程案例进行论述。我们避免了对特定商业软件界面的冗余描述，而是聚焦于“为什么这样做”，从而使用户能够灵活应对未来任何仿真工具的升级和变化，真正掌握数值计算的核心能力。读者在完成本书学习后，将能够独立构建和求解具有高度复杂性和多物理场耦合特征的工程问题。

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作为一个资深的仿真用户，我对软件版本迭代带来的功能差异非常敏感。我手里有一些基于 7.0 版本建立的遗留模型，现在需要迁移或在当前环境下进行复核，所以一本专注于该版本的书对我来说具有非常实际的参考价值。我关注的重点在于那些可能在后续版本中被“封装”或“简化”掉的底层设置。例如，7.0 版本中对单元的腹板（Shell/Solid）选择、超单元（Submodeling）的定义方式，以及它在接触算法上的限制和解决方案。我尤其想知道，在处理小变形与大变形（几何非线性）分析时，7.0 版本中“牛顿-拉夫森”迭代法的收敛控制是如何手动干预的，因为这往往是决定一个复杂非线性分析能否成功的关键。这本书如果能提供一些关于如何利用其内置的调试工具（如果有的话）来追踪求解失败的原因，那将极大地提升我的问题解决能力。我希望这本书的内容是扎实的、可验证的，最好能配有足够清晰的流程图和截图，这样即使是面对不熟悉的分析类型，也能对照着书本上的步骤，一步步地构建出可靠的仿真模型，从而保证我产出结果的工程可靠性和专业性。

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我接触有限元软件已经有些年头了，但每次升级或更换平台时，都会面临新的学习曲线。我对 ANSYS 7.0 接触不多，但对这种较早的、更偏向底层控制的版本怀有一种敬意，因为它往往能让你更清晰地看到有限元方法的本质。我希望这本书能够提供超越简单“点击-输入”的深度剖析。比如，它是否能详细解释 ANSYS 在求解大矩阵方程组时所采用的迭代求解器（如 Lanczos 还是 Jacobi 等）的特性，以及在何种工况下应该手动切换求解器以提高效率。在材料模型方面，我非常渴望看到对经典弹塑性模型（如 Von Mises 屈服准则）在 7.0 版本中的具体实现和参数设定，以及如何处理应变硬化这一关键的非线性因素。如果书中还能涵盖一些高级的预处理技术，例如利用对称性简化模型、使用约束方程（Coupling）或等效节点法（Equivalence Nodes）来处理复杂的连接，那就太棒了。我更倾向于那些行文风格比较严谨、逻辑清晰的书籍，即使语言上不那么花哨，只要能把复杂的物理过程用清晰的数学模型和软件操作步骤串联起来，就是一本值得反复研读的佳作。

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我是一个初入职场的结构分析师，学校里教的都是理论基础，对实际工业界的要求了解得还很肤浅。我希望从这本书中获取的，更多是一种“行业经验”的沉淀。我期待它不仅仅是一本软件操作手册，更像是一个经验丰富的老前辈在旁边耳提面命。例如，在进行模态分析时，如何区分哪些是物理振型，哪些是计算误差导致的“伪模式”？或者在进行预应力分析时，如何精确地定义预紧力的大小和施加顺序，以确保模型的初始状态符合真实世界的物理情况？我对书中对网格质量评估和网格重划分策略的探讨非常感兴趣。大家都知道，网格的质量直接决定了计算的精度和收敛性，一本好的书应该会详细讲解如何通过观察网格畸形度、雅可比比率等指标来判断网格的好坏，并提供几种行之有效的网格优化手段，而不是简单地让你点一下“自动网格划分”。此外，对于接触类型（如 Bonded, No Separation, Frictionless 等）的选择，不同情况下选择哪种接触算法的优劣，书中如果有深入的比较和案例说明，将对我理解接触力学的复杂性有巨大帮助。总而言之，我需要的是能够让我少走弯路、快速建立起对工程仿真可靠性信心的宝典。

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这本书的书名是《ANSYS 7.0实例精解》，我是一个对有限元分析抱有浓厚兴趣的工程师，最近接触到了一些非常复杂的结构力学问题，迫切需要一本实战性强的参考书来指导我的工作。我之前也翻阅过一些基础的有限元教材，理论部分理解得还算扎实，但真正上手操作 ANSYS 软件，尤其是在处理非线性材料和复杂接触条件时，总感觉力不从心，产出的结果也时常需要花费大量时间去验证和修正。因此，我一直在寻找一本能够弥合理论与实践之间鸿沟的优秀著作。我希望找到的这本书，能够深入剖析 ANSYS 7.0 这个经典版本中的核心模块，比如应力分析、模态分析、以及热应力分析的详细步骤。它不应该仅仅罗列菜单命令，而是要结合具体的工程案例，比如桥梁的疲劳分析、汽车碰撞模拟或者电子元件的热管理，来展示如何设置合理的边界条件、选择合适的单元类型，以及最关键的——如何解读和后处理那些密密麻麻的应力云图和变形曲线。如果这本书能提供一些作者在实际工程项目中遇到的“陷阱”和“避坑指南”，那就更完美了，毕竟实际项目中的“疑难杂症”远比教科书上的例题要复杂得多。我特别期待看到关于求解器设置的精妙之处，比如在迭代求解过程中如何调整收敛标准才能既保证精度又节省计算时间，这对于处理大型模型至关重要。这本书的出版时间虽然相对较早，但如果它对 7.0 版本的经典算法和操作逻辑讲解透彻，对于理解现代 FEA 软件的底层逻辑依然具有极高的参考价值。

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说实话，我当时选购这本书时，主要是被“实例精解”这四个字吸引的。我这个人学习新软件最怕的就是那种只讲理论、不给实操流程的书籍，看来看去都是一堆公式和符号，等到自己打开软件，面对一堆选项框，就彻底懵了。我最看重的是那种“手把手”的教学方式，最好是能够把一个完整的工程问题，从前处理的几何建立、划分网格，到求解设置、提交计算，最后到结果的专业呈现，都掰开了揉碎了讲清楚。尤其是在后处理阶段，我希望能看到作者是如何运用各种绘图工具，比如应力集中点的放大、截面力矩图的绘制，以及如何根据规范（比如 ASME 或国标）来判断一个设计是否合格的流程。对于 ANSYS 7.0 这个版本，我印象中它在某些高级功能的使用上可能不如现在的版本直观，所以如果这本书能针对性地指出 7.0 版本的特定操作技巧或者限制，对我这种需要维护老项目模型的人来说，简直是雪中送炭。我关注的重点还包括如何有效地进行参数化建模和批处理操作，因为在进行敏感性分析时，手动重复上百次修改模型参数是件极其痛苦的事情。如果书中能提供一些 APDL 脚本的入门指导，展示如何用代码来增强操作的自动化和可重复性，那这本书的价值就瞬间提升了好几个档次。

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