ANSYS有限元分析完全自学手册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:张洪信

出品人:

页数:495

译者:

出版时间:2008-3

价格:58.00元

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isbn号码:9787111231905

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《有限元方法：理论与实践》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的有限元分析（FEA）理论基础和实际操作指南。我们将从最基本的概念出发，逐步构建读者对有限元方法原理的深刻理解，并引导读者掌握在工程实际问题中应用FEA的强大能力。 第一部分：理论基础 引言：有限元方法的起源与发展 简述数值分析在工程领域的重要性。 介绍有限元方法是如何从早期离散化方法演变而来。 探讨有限元方法在现代工程设计与分析中的关键作用，例如结构力学、传热学、流体力学以及电磁场分析等。 基本概念与数学原理 连续体方程的弱形式：详细讲解如何从偏微分方程（PDE）出发，推导出有限元分析的核心——变分原理或加权残量法（如伽辽金法）。我们将深入分析各种弱形式的推导过程，并解释其物理意义。 区域离散化与单元选择：介绍将连续求解域划分为有限数量的、简单的几何区域（单元）的概念。讨论不同维度（一维、二维、三维）和不同形状（三角形、四边形、六面体、棱柱体等）单元的特点、适用范围及优缺点。 形函数（插值函数）：讲解如何在单元内部近似未知场变量（如位移、温度、压力）。深入介绍拉格朗日形函数、Hermite形函数等多种插值方法的构建原理、自由度概念以及它们对精度和收敛性的影响。 单元刚度矩阵与载荷向量的推导：这是有限元方法的核心计算步骤。我们将详细推导单元刚度矩阵的计算公式，解释其物理意义（单元的刚度特性）。同时，也会讲解如何将外力、边界条件等转化为单元载荷向量。 整体方程组的组装：说明如何将所有单元的局部方程组，通过节点自由度的连接，组装成一个大型的、整体的线性方程组（[K] {u} = {F}）。深入讨论稀疏矩阵技术在高效组装过程中的应用。 边界条件的施加：详细介绍各种类型边界条件（如固定边界、位移约束、力载荷、温度边界等）在有限元方程组中的具体实现方法，以及它们对求解结果的影响。 求解与后处理：介绍求解大型线性方程组的常用数值方法（如高斯消元法、迭代法等）。讲解如何从节点解（位移、温度等）反算单元内的应力、应变、热流密度等工程上关心的物理量，并介绍结果的云图显示、列表输出等后处理技术。 第二部分：工程应用实例与进阶 结构力学分析 二维梁、板单元分析：详细讲解二维梁单元和板单元的构建原理，适用于分析受平面载荷的梁、框架以及薄板结构。 三维实体单元分析：深入讲解各种三维实体单元（如四面体、六面体单元）的特性，以及它们在复杂三维结构分析中的应用。 应力与应变分析：重点讲解如何通过单元位移解计算单元内的应力和应变，并分析不同应力状态（如拉伸、压缩、剪切、弯曲、扭转）的判定。 接触分析：介绍在包含多个相互作用部件的仿真中，如何处理接触问题，包括接触类型（刚接、滑动、粘结）、接触算法及摩擦力的影响。 模态分析：讲解如何进行结构的振动分析，确定结构的固有频率和振型，这对于防止结构发生共振至关重要。 屈曲分析：介绍如何分析结构的稳定性，预测结构在受压荷载作用下的失稳临界载荷。 传热分析 稳态与瞬态传热：讲解如何在稳态和瞬态条件下进行热传导、热对流和热辐射分析。 温度分布与热流密度计算：演示如何通过FEA计算物体的温度分布，以及由此产生的三维热流密度。 热应力分析：介绍当物体因温度变化而产生形变时，如何结合结构力学分析计算热应力。 其他领域简介 流体动力学（CFD）基础：简要介绍有限元方法在流体分析中的基本思路，如Navier-Stokes方程的求解。 电磁场分析简介：概述有限元方法在静电场、稳恒磁场以及电磁波传播分析中的应用。 第三部分：数值计算与优化 网格划分策略与质量控制 网格密度与精度的关系：深入讨论网格密度对计算结果精度的影响，以及如何根据工程需求和计算资源来确定合适的网格密度。 网格质量指标：介绍常用的网格质量评估指标（如长宽比、雅可比行列式、畸变度等），以及不良网格可能带来的问题。 网格自适应技术：讲解如何通过自动细化或粗化网格来提高计算精度，并减少不必要的计算量。 误差估计与收敛性分析 误差的来源：分析有限元方法计算误差的主要来源，包括截断误差、离散误差、数值误差等。 收敛性判据：讲解如何评估有限元解的收敛性，以及确保计算结果可靠性的方法。 参数化建模与优化设计 几何参数化：介绍如何通过参数来控制模型的几何形状，方便进行不同设计方案的迭代。 设计变量与响应面法：讲解如何将工程性能指标（如最大应力、变形量）定义为设计响应，并利用优化算法寻找最优设计参数。 本书特点： 理论与实践紧密结合：本书在讲解理论知识的同时，会穿插丰富的工程实例，使读者能够理论联系实际，快速掌握FEA的应用技巧。 循序渐进，深入浅出：从最基础的数学原理开始，逐步深入到复杂的工程问题，力求让不同背景的读者都能理解和掌握。 注重计算思维：引导读者理解有限元分析背后的计算逻辑，而不仅仅是停留在软件操作层面。 为独立建模与分析打下坚实基础：本书的目标是培养读者独立解决工程问题的能力，理解每一步的意义，而不是简单地复制粘贴模型。 本书适合机械工程、土木工程、航空航天工程、汽车工程、材料科学等领域的学生、研究人员及工程师阅读。通过学习本书，读者将能够自信地运用有限元方法解决复杂的工程分析问题，优化产品设计，提高工程效率。

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与其他市面上那些充斥着标准截图和“点击此处”指令的软件操作指南不同，这本书的论述方式显得非常“有主见”。它似乎不满足于仅仅教会读者如何操作菜单栏，而是致力于培养读者的工程判断力。例如，在模态分析那一章，作者花了很大篇幅讨论了如何确定模型自由度、如何判断模态的物理意义，而不是简单地告诉读者“运行特征值提取”就行了。它对各种约束条件的设置给出了深入的哲学思考，比如在固定约束和简支约束的选择上，它会引导你去思考实际工况下部件与支撑体之间的接触模式是如何影响最终刚度的。文字的编排上，行文流畅，逻辑严密，虽然涉及到大量技术术语，但作者的遣词造句使得这些概念很容易被吸收。我尤其欣赏它对高阶功能的介绍，比如优化设计模块，书中展示了如何将外部脚本语言与ANSYS集成，实现参数化和批处理，这极大地拓宽了我对有限元工具潜能的认识，让人感觉自己掌握的不仅仅是一个分析软件，而是一个强大的计算平台。

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这本书的排版和视觉设计虽然不追求现代感，但却异常实用。它采用了大量的对比色和图表来区分理论讲解、操作步骤和注意事项，使得长时间阅读也不会感到视觉疲劳。最让我感到惊喜的是它的“常见错误与解决方案”部分。这部分内容常常被其他书籍轻视，但恰恰是这些经验性的总结，才是自学者最需要的“避坑指南”。书中列举了从几何建模阶段的“缝隙处理”到求解阶段的“时间步长控制”等几十个具体的错误场景，并配有相应的截图和修正后的参数设置。例如，在处理流固耦合（FSI）问题时，书中明确指出了在耦合界面网格划分时需要注意的最小元素尺寸要求，这在官方帮助文档中往往需要花费大量时间去搜索和甄别。读完这本“手册”，我感觉自己不是在背诵知识点，而是在积累一套完整的、可复用的工程分析方法论。它不仅仅是教会了ANSYS的操作，更重要的是，它培养了一种严谨的、系统性的工程分析思维，这对于任何希望在CAE领域深入发展的人来说，都是一笔宝贵的财富。

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我是一个偏向理论研究的学生，平时阅读技术书籍的习惯是寻找那些能够将数学本质和工程应用完美结合的著作。这本书恰恰在这一点上做到了极佳的平衡。在讲解单元刚度矩阵的推导时，它没有跳过变分原理和形函数这两个核心，而是用一种非常清晰的向量化表达方式进行了阐述，确保了即使是不太擅长高等数学的读者也能抓住其内在逻辑。更难得的是，在这些理论推导之后，作者立刻会用一个具体的、贴近工程实际的例子来印证这些理论是如何转化为软件内部的计算过程的。比如，在薄壁结构分析中，它会解释为什么选择壳单元而不是实体单元会导致计算效率和精度的权衡。这种理论与实践的无缝对接，使得我对每一次计算结果的可靠性都有了更深层次的理解和信心。阅读这本书的过程，就像是跟着一位睿智的导师，从最底层的物理定律出发，逐步构建起复杂的数值模型，每一步都走得踏实而有力，完全不是那种浮于表面的“点点看”式的教程可以比拟的。

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我是在一个比较紧张的项目周期内接触到这本书的，当时急需在短时间内熟悉一个复杂的非线性接触问题求解。坦率地说，我抱着试试看的心态买了它，没想到它在处理实际工程难题方面的表现令人眼前一亮。书中的案例选择非常贴近实际工业应用，不像有些教程那样只停留在理论验证的小玩具模型上。书中关于材料本构模型选择的章节简直就是一本实战指南，它详细对比了弹塑性、超弹性模型在不同工况下的适用场景和参数设置的注意事项，甚至提到了如何根据实验数据反推出合适的模型参数。最让我印象深刻的是，它对“收敛性”问题的讨论。作者没有简单地说“当迭代不收敛时，检查载荷增量”，而是深入分析了残差计算的原理，并给出了从调整初值到修改求解器设置的一整套排错流程。这种由表及里的分析，让我在实际操作中少走了很多弯路，成功地在预定时间内完成了复杂的模拟任务。可以说，这本书不只是一本手册，更像是一位经验丰富的前辈在旁边指导，让人信心倍增。

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这本书的封面设计得非常朴实，几乎没有什么花哨的元素，但这反而让它在众多技术书籍中显得格外沉稳。我最初是被它“完全自学”这几个字吸引的，因为我确实想系统地掌握ANSYS，但又苦于没有扎实的理论基础和实践经验。翻开内页，首先映入眼帘的是对有限元基础理论的深入浅出地讲解。它没有像某些教材那样上来就堆砌晦涩的数学公式，而是通过大量的工程实例来引出理论的必要性。比如，在讲解网格划分时，它不仅告诉我们该用哪种单元类型，更详细地分析了不同单元在处理特定载荷和边界条件下的优劣势，这一点对于新手来说至关重要。很多时候，我们学软件只是记住了操作步骤，但一旦遇到实际问题，比如模型发散或者结果不合理，就会束手无策。这本书的价值就在于，它把“为什么”也解释得清清楚楚，让你从“会用”升级到“能思考”。特别是关于后处理部分，书中对S-N曲线、疲劳分析的介绍非常细致，远超我预期中一本入门指南的深度。整体阅读下来，感觉作者是真正站在一个渴望学习者的角度来编写的，条理清晰，循序渐进，让人对复杂的技术不再感到畏惧。

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还是学workbench吧

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