MSC.Nastran有限元分析理论基础与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:张永昌

出品人:

页数:506

译者:

出版时间:2004-11-1

价格:66.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787030136145

丛书系列:数码工程师系列丛书

图书标签:

• MSC
• Nastran
• 有限元
• 结构分析
• 工程力学
• 数值方法
• 理论基础
• 应用实例
• 航空航天
• 机械工程
• 仿真计算

结构动力学与计算建模：先进工程分析的实践指南 内容简介 本书旨在为结构工程、机械工程、航空航天工程领域的工程师、研究人员及高年级本科生提供一套深入而实用的结构动力学分析与有限元建模的综合教程。本书的重点不在于介绍特定商业软件的操作手册，而是侧重于理论原理的深度剖析、先进分析方法的构建逻辑，以及在复杂工程问题中如何有效运用计算模型。 第一部分：结构动力学理论的基石 本部分将彻底回顾和深化线性系统动力学的基础理论，为后续的有限元动力学分析打下坚实的数学和物理基础。 第1章：单自由度与多自由度系统的振动特性 我们将从最基本的单自由度系统（SDOF）出发，详细阐述其自由振动、受迫振动（简谐激励和瞬态激励）的解析解法。随后，重点转向多自由度系统（MDOF）。核心内容包括：系统刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵的建立，特征值问题的求解，固有频率和模态振型的确定。我们将深入探讨正交性理论及其在模态叠加法中的应用。本章特别强调如何从物理坐标系过渡到模态坐标系，并详细分析阻尼对系统响应的影响（包括瑞利阻尼和模态阻尼比的工程意义）。 第2章：连续体动力学与能量法 本章将结构动力学从离散系统扩展到连续体。我们将引入欧拉-伯努利梁理论和经典的刚体动力学方程，并详细推导弹性力学框架下的运动方程。重点将放在能量泛函法（如虚功原理和拉格朗日方程）在推导复杂结构振动方程中的应用，这为后续的有限元离散化提供了理论基础，而非仅仅依赖于刚度矩阵的组装。 第二部分：有限元方法在动力学分析中的实现 本部分是全书的核心，专注于如何将连续体系统转化为可解的离散化模型，并求解其动力学响应。 第3章：结构离散化与基础单元的动力学矩阵 本章详细讲解有限元方法（FEM）的变分原理和伽辽金法在推导梁单元、板单元运动方程中的应用。重点分析如何准确地建立单元质量矩阵（一致质量矩阵与集中质量矩阵的对比及其对高频模态的影响）和单元阻尼矩阵。我们将探讨高阶单元（如二次揷值单元）在捕捉应力梯度和提高动力学精度方面的优势与挑战。 第4章：模态分析与模型修正 介绍如何求解特征值问题以获取系统的模态信息。讨论如何处理实际工程中遇到的奇异性问题和刚度/质量矩阵的对称性、正定性。在模型修正方面，我们将深入探讨如何利用实验模态数据对初始有限元模型进行系统识别和参数修正，以确保计算模型与实际结构行为的一致性。内容涵盖直接法、最小二乘法在模型更新中的应用。 第5章：瞬态响应与模态叠加法 详细阐述在任意载荷作用下结构的时间域响应求解方法。重点讲解模态叠加法（Modal Superposition Method）的原理、适用范围及其误差来源。我们将分析如何选择足够的模态数以保证瞬态响应的精度。此外，本章还将介绍更高级的直接积分法（如中心差分法、Newmark-$eta$ 法）在求解高度非线性或阻尼复杂的系统中的应用，包括其稳定性和精度控制的准则。 第三部分：高级计算模型与工程应用 本部分将探讨超越线性、时不变系统的高级分析技术，并侧重于模型在实际工程设计中的应用。 第6章：谱分析与随机振动 本章处理激励是随机过程的分析问题。首先回顾傅里叶变换和功率谱密度（PSD）的基本概念，随后推导结构的动力学输入-输出关系，即转移函数。重点讲解随机振动响应的计算方法，包括模态法和直接法。我们将详细分析均方根（RMS）响应、峰值因子、以及如何利用疲劳损伤谱（如Miner准则的动力学扩展）进行随机载荷下的结构寿命评估。 第7章：非线性动力学建模与求解策略 探讨结构非线性（几何非线性和材料非线性）对动力学行为的影响。在几何非线性方面，重点分析大变形、应变率效应以及P-Delta效应在梁柱结构中的体现。在材料非线性方面，介绍粘塑性、弹塑性模型的引入及其对系统能量耗散的影响。本章将详细分析非线性瞬态问题的增量平衡迭代算法（如HHT-$alpha$ 方法或Arc-Length 方法）的收敛性与步长选择策略。 第8章：接触动力学与冲击响应分析 本章关注包含接触界面的复杂装配体分析。讨论非线性接触（如摩擦接触、粘着接触）在动力学分析中的处理方法，包括如何避免接触界面的“跳动”和能量失真。重点介绍冲击载荷（如爆炸、碰撞）的模拟技术，包括接触刚度法的局限性，以及使用侵入式材料模型（如Johnson-Cook模型）进行高应变率材料行为模拟的实践。 附录：数值稳定性与后处理技术 附录部分提供对计算结果进行验证和解释的工具。内容包括计算时间步长、模态截断误差的量化分析、结果可视化中的模态分离技术，以及如何进行模型有效性评估（Modal Assurance Criterion, MAC）以确保计算结果的可靠性。 本书特点： 本书严格遵循从第一原理出发构建分析模型的路径，强调对计算结果的物理意义的深刻理解，而非简单的“点选式”软件操作。它为读者提供了一套严谨的、可用于开发自定义分析模块或深入理解商业软件内核的理论工具箱。本书注重分析方法的鲁棒性、计算效率与结果准确性之间的权衡，是从事前沿结构动力学研究和高精度工程仿真人员的必备参考书。

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