具体描述
本书以有限元分析法为基础，以作者使用和开发经验为根基，结合丰富的工程实例，以专业化的语言和完善的理论体系，将ANSYS在各个专业领域的应用介绍给广大读者。全书首先简单介绍了有限元分析法、ANSYS、APDL基础知识；然后分土木工程、机械工程、材料工程、水利工程、电子工程5大专业，分别阐述了各专业的工程背景和ANSYS在上述领域的强大分析能力；最后，详细介绍了ANSYS的二次开发，并对大多数常见问题给予详细解答。全书共包含25个工程应用实例，所有实例均在ANSYS 9.0下经过了调试。本书配套光盘收录了近200个文件，如各章节实例所需的命令流文件、用户子程序源代码、数据文件和宏文件等。本书理论翔实，实例专业性和针对性强，可作为各理工科院校的高年级本科生、研究生、博士生教学用书，也可作为相关专业领域广大工程技术人员学习和使用ANSYS的参考用书。
现代结构动力学仿真与优化设计：理论基础、数值方法与工程实践 书籍核心内容聚焦于结构动力学领域的前沿理论、先进的数值分析技术及其在复杂工程结构优化设计中的实际应用。 第一部分：结构动力学基础理论的深入探讨 本部分系统梳理了经典结构动力学（包括单自由度、多自由度离散系统）的核心概念，并在此基础上深入探讨了连续体动力学（偏微分方程描述）的理论框架。重点关注模态分析、自由振动与强迫振动响应的精确求解方法。 1. 自由振动分析与模态识别： 详述了特征值问题的求解策略，包括子空间迭代法、Lanczos 算法等在大型稀疏矩阵处理中的应用。分析了系统阻尼对模态形态和固有频率的影响，并引入了实验模态分析（EMA）的基本原理，旨在桥接理论预测与实际测试数据。 2. 稳态与瞬态响应分析： 深入讲解了在简谐激励下的稳态响应计算（频响函数），并着重分析了瞬态冲击、地震等非周期激励下的时域积分方法。对 Newmark-β 法、中心差分法等隐式与显式积分方案的稳定性和精度进行了细致的对比和评估。 3. 非线性动力学： 涵盖了结构几何非线性和材料非线性在动力学问题中的体现。详细阐述了 Hysteresis 模型的建立（如双线性、Ramp-Bilinear 模型）以及在非线性瞬态分析中采用的修正牛顿法、线搜索策略等收敛控制技术。 第二部分：先进数值方法与计算力学前沿 本部分聚焦于求解复杂工程问题所必需的数值计算技术，特别是针对计算效率和精度提升的现代算法。 1. 显式与隐式时间积分的优化： 探讨了在大规模、高频响应分析中，如何通过改进的隐式积分算法（如广义-$alpha$ 法）来平衡计算成本与时间步长的选择。对于涉及接触、大变形等问题的显式动力学求解，详细介绍了接触算法（如罚函数法、增广拉格朗日法）以及冲击穿透的稳定化处理。 2. 损伤识别与状态监测的计算方法： 介绍了一种基于振动响应的结构健康监测（SHM）的数值框架。这包括利用传感器数据对结构刚度矩阵的迭代修正过程（损伤定位与严重度评估），并探讨了卡尔曼滤波在处理实时动态数据噪声方面的应用。 3. 随机振动理论及其应用： 讲解了在激励具有随机特性的环境（如湍流、随机波浪）下，结构响应的概率性描述。详细介绍了功率谱密度（PSD）的输入处理、零均值随机响应的计算，以及疲劳损伤评估中的随机过程理论。 第三部分：多物理场耦合与复杂结构动力学 现代工程问题往往涉及多物理场相互作用。本部分专门探讨了结构动力学与其他物理场（如热、流体、电磁）的耦合问题，并针对特殊结构（如土木、航空航天）的动力学挑战提供解决方案。 1. 流固耦合（FSI）的数值实现： 重点分析了弱耦合、强耦合 FSI 问题的数值建模。讨论了流体网格的运动处理技术，如 ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）描述法和浸入式边界法（IBM）在模拟结构表面非均匀压力载荷时的优势与局限性。 2. 压电与智能结构动力学： 探讨了压电材料的本构关系（电-力耦合），及其在主动振动控制系统中的应用。分析了耦合场下的特征方程求解，并介绍了基于有限元方法对智能结构进行振动抑制设计的策略。 3. 地震工程与岩土结构动力相互作用： 针对大型桥梁、高层建筑的基础隔离问题，深入分析了土-结 构相互作用（SSI）的简化模型（如 Winkler 弹簧模型、弹性半空间模型）与全耦合模型的选择。讨论了近场和远场地震波的输入处理技术。 第四部分：动力学模型的简化、验证与优化设计 本部分将理论与工程实践紧密结合，关注如何从复杂物理模型高效过渡到可用于实时分析的简化模型，并最终实现性能优化。 1. 模型降阶技术（MOR）： 详细介绍了基于模态叠加的降阶方法（如 Craig-Bampton 方法、Component Mode Synthesis, CMS）。特别关注如何有效地识别和保留系统中的“兴趣模态”，以构建高保真度的低阶动力学模型，这对于控制系统设计至关重要。 2. 响应面法与可靠性分析： 在结构参数存在不确定性的前提下，引入了结构可靠性分析的概念。讲解了如何利用响应面法或改进的 First-Order Reliability Method (FORM) 来评估结构在动力载荷下的失效概率，从而指导安全裕度的确定。 3. 拓扑优化与动力学性能指标的集成： 讨论了如何将动力学性能指标（如最大应变能、固有频率间距、峰值加速度等）纳入结构拓扑优化的目标函数中。这涉及对目标函数的梯度计算和优化算法（如 SIMP 法）的适应性调整，以实现轻量化与抗振性能的最佳折衷。 全书特色： 本书侧重于提供解决复杂工程动力学难题的系统性、可操作的数值框架和算法实现思路，而非仅仅停留在现象描述层面。内容深度覆盖了从基础理论到前沿计算方法的完整链条，为结构动力学研究人员和高级工程师提供了一套严谨的理论指导和先进的工具集。
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