ANSYS 12有限元分析自学手册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:邓凡平

出品人:

页数:438

译者:

出版时间:2011-2

价格:58.00元

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isbn号码:9787115245366

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《机械设计与制造中的有限元方法应用实践》 简介 在当今高度竞争的工程领域，高效、准确的仿真分析能力已成为产品研发和性能优化的关键。有限元方法（Finite Element Method, FEM）作为一种强大的数值计算工具，广泛应用于结构力学、热传导、流体动力学、电磁场分析等众多工程学科，为工程师提供了深入理解复杂物理现象、优化设计方案、预测产品行为的强大手段。 本书旨在为广大工程技术人员、研究生及相关专业学生提供一本系统、实用且富有实践指导意义的有限元方法应用教程。我们不拘泥于某一特定软件版本或工具的浅层介绍，而是聚焦于有限元方法的核心理论、基本原理、建模策略、分析流程以及结果解读等方面，从而帮助读者建立起坚实的理论基础，并掌握将有限元方法灵活应用于实际工程问题的能力。 本书特色与内容概览 本书的编写理念在于“理论与实践并重”，力求在深入浅出地阐述有限元理论的同时，提供大量贴近实际工程需求的案例分析和操作指导。我们避免了对某个软件界面功能的详尽罗列，而是强调了“思想”和“方法”的传授，确保读者在掌握本书内容后，能够触类旁通，将其应用于包括ANSYS、ABAQUS、COMSOL等在内的多种主流有限元分析软件中。 第一部分：有限元方法的基础理论与概念 本部分将带领读者循序渐进地走进有限元分析的世界。我们将从最基本的概念入手，例如： 离散化思想： 深入理解如何将连续的物理域分割成有限个离散的单元（如梁单元、壳单元、体单元等），以及在节点处建立方程组的意义。 单元的形成与插值函数： 详细介绍不同类型单元（如线性单元、二次单元）的形函数（插值函数）是如何构建的，以及它们在逼近真实位移、温度等场量中的作用。我们将探讨如何根据单元的阶数和节点数量来选择合适的插值多项式，以达到预期的精度。 力的等效原则与刚度矩阵的推导： 详细阐述如何通过虚功原理或达朗贝尔原理，将作用在单元上的体力、形变和节点力之间建立起内在联系，并推导出单元刚度矩阵。我们将深入分析刚度矩阵的物理意义，理解其反映了单元抵抗变形的能力。 整体刚度矩阵的组装： 讲解如何根据单元的连接关系，将各个单元的局部刚度矩阵组装成一个全局的、描述整个结构的刚度矩阵。我们将探讨节点编号、自由度管理等关键步骤，以及边界条件施加在整体刚度矩阵上的方式。 荷载向量的建立： 介绍如何将各种外力（集中力、均布力、重力等）转化为节点荷载向量，以便于与整体刚度矩阵进行求解。 求解方程组： 介绍常用的求解线性方程组的方法，如直接法（高斯消元法）和迭代法，并分析它们在有限元分析中的适用性。 应力与应变计算： 在获得节点位移后，如何根据插值函数和材料本构关系，计算单元内的应力、应变等物理量。我们将强调应力后处理的几种常用方法，如节点应力、高斯点应力及其平均化技术。 第二部分：结构力学分析的核心技术 结构力学是有限元方法最广泛的应用领域之一。本部分将聚焦于静态、动态和屈曲分析等核心技术： 静态结构分析： 模型建立与网格划分： 强调几何模型的简化策略、网格划分的原则（单元类型选择、网格密度、网格质量检查）以及它们对分析结果准确性的影响。我们将讨论局部网格细化、边界层网格等进阶网格划分技巧。 材料属性的定义： 介绍不同材料模型的选择，如线弹性、弹塑性、各向同性、各向异性材料的定义，以及泊松比、杨氏模量等关键参数的意义。 边界条件的施加： 详细讲解约束（位移约束）和载荷（力、压力、温度载荷）的精确施加方法，以及它们如何影响结构的响应。我们将讨论多点约束、耦合约束等高级边界条件。 结果的分析与验证： 如何解读位移、应力、应变等云图，识别结构的薄弱环节和危险区域。我们将强调通过工程经验、简易公式验证等方式对仿真结果进行校核的重要性。 常见结构案例分析： 如桁架、梁、板、壳结构的静力分析，探讨实际工程中常见的加载情况和约束条件。 动力学结构分析： 模态分析： 学习如何求解结构的固有频率和振型，理解其在避免共振中的重要作用。我们将介绍质量矩阵的形成，以及如何求解广义特征值问题。 瞬态动力学分析： 掌握如何分析结构在随时间变化的载荷作用下的响应，包括位移、速度、加速度和应力的变化过程。我们将讨论不同时间积分算法（如中心差分法、Newmark法）的特点和选择。 谐响应分析： 分析结构在周期性外力作用下的稳态响应，重点在于幅值和相位的分析。 随机振动分析： 介绍如何分析结构在随机激励下的响应，如功率谱密度（PSD）的应用。 典型动力学问题： 如桥梁的抗风稳定性分析，机械设备的减震设计，航空航天器结构的动态响应分析。 屈曲分析： 屈曲的机理： 深入理解结构在受压荷载下可能发生的失稳现象。 屈曲载荷与屈曲模态的计算： 学习如何通过特征值分析计算结构的临界屈曲载荷，并分析屈曲后的变形形态。 非线性屈曲分析简介： 简要介绍在屈曲发生后，荷载-位移关系将变为非线性，以及进行非线性屈曲分析的必要性。 工程应用： 如压力容器、薄壁结构的稳定性设计，长细比大的杆件的稳定性校验。 第三部分：多物理场耦合分析的引入 现代工程问题往往涉及多种物理场的相互作用。本部分将介绍有限元方法在处理多物理场耦合问题中的应用： 热应力分析： 热传导与结构力学耦合： 学习如何计算温度场对结构应力、应变的影响，以及反之亦然。 热载荷的施加： 介绍温度边界条件、热源的定义。 热应力案例： 如发动机零部件的热应力分析，焊接件的残余应力分析。 流固耦合（Fluid-Structure Interaction, FSI）简介： 流体载荷与结构响应的相互作用： 简要介绍流体流动对结构产生的压力和剪切力，以及结构变形对流场的影响。 耦合分析的挑战与方法： 介绍弱耦合和强耦合的求解策略。 工程应用： 如桥梁、风力涡轮机叶片的空气动力学载荷分析，船舶的流体动力学性能分析。 其他耦合分析简介： 压电耦合、热电耦合等： 简要介绍其他常见的物理场耦合类型及其在特定领域的应用。 第四部分：高级建模与仿真策略 本部分将深入探讨更复杂、更贴近实际的仿真分析策略： 非线性分析： 几何非线性： 结构变形幅度较大时，应考虑几何形状的变化对刚度的影响。 材料非线性： 涉及材料进入塑性、损伤等状态时的分析。 接触非线性： 分析物体之间的接触、分离、滑动等复杂交互。 求解策略： 介绍弧长法、Newton-Raphson迭代等非线性求解方法。 工程案例： 如金属成形、碰撞仿真、大型结构的变形分析。 损伤力学与断裂力学基础： 损伤的概念与模型： 介绍材料损伤的产生和演化过程，以及常用的损伤本构模型。 裂纹扩展的模拟： 简要介绍如何利用能量释放率、J积分等概念来评估裂纹扩展的趋势。 工程应用： 如疲劳寿命预测，构件的断裂韧性评估。 参数化建模与优化设计： 参数化几何模型的建立： 学习如何创建能够方便修改尺寸、形状的几何模型。 仿真参数化： 将有限元分析中的关键参数（如材料属性、载荷大小、几何尺寸）进行参数化定义。 响应面法、遗传算法等优化方法简介： 介绍如何结合仿真分析，实现设计的自动优化，找到最佳的设计参数组合。 工程应用： 如轻量化设计、结构性能的参数优化。 设计稳健性与可靠性分析简介： 考虑不确定性： 介绍如何考虑材料参数、载荷等输入参数的不确定性。 概率分析方法： 简要介绍蒙特卡洛模拟等方法，用于评估结构在不确定性下的失效概率。 第五部分：实际工程案例深度解析 本部分将通过一系列详细的工程案例，展示有限元方法的实际应用过程，并提供操作思路和技巧。案例将涵盖机械、航空航天、汽车、土木工程等多个领域，例如： 汽车零部件的强度与疲劳分析 航空发动机叶片的结构与热应力分析 桥梁结构的静动力特性分析 压力容器的应力集中与安全评估 电子设备的散热与应力分析 每一个案例都将遵循“问题提出—模型建立—分析设置—结果解读—优化改进”的完整流程，并重点强调在实际操作中可能遇到的问题和解决方案。 适用对象 机械、航空航天、土木工程、材料科学、生物医学工程等相关专业的本科生、研究生。 从事工程设计、仿真分析、产品研发的工程师和技术人员。 希望系统学习和掌握有限元分析方法的自学者。 学习方法建议 本书的编写方式鼓励读者主动思考和实践。在学习理论章节时，建议结合自己熟悉的工程问题，思考如何应用所学的概念。在学习案例分析时，建议读者尝试使用自己熟悉的有限元软件，复现或修改案例，加深理解。理论与实践相结合，将是掌握有限元方法最有效途径。 《机械设计与制造中的有限元方法应用实践》致力于成为您在有限元分析领域坚实的知识伙伴和可靠的实践向导。通过本书的学习，您将能够更加自信地驾驭有限元方法，解决复杂的工程难题，为您的职业发展和创新实践提供强大的技术支撑。

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坦率地说，这本书的阅读体验，给我一种“老派匠人精神”的复古感。它的文字风格并不追求时下流行的那种轻快和网络化，反而带着一股沉稳和严谨，仿佛是某位资深工程师坐在你对面，用他多年积累的经验在娓娓道来。这种风格的优势在于，它极大地增强了知识的“深度感”。比如在讲解非线性分析时的收敛性问题，书中并没有简单地给出一两个参数就草草收场，而是深入探讨了牛顿法、弧长法等迭代策略背后的物理意义和数学原理，这对希望真正理解有限元分析而非仅仅停留在“点鼠标”层面的读者来说，价值无可估量。我个人尤其欣赏它对“错误排查”这一环节的重视程度。很多技术手册只教你怎么做对，这本书却花了大量的篇幅去分析“为什么会做错”——从单元选择不当导致的应力奇异点，到载荷施加顺序对结果的偏差影响，都做了深入剖析。这使得你在学习过程中，即便遇到报错信息，也能迅速定位问题根源，而不是陷入无助的“谷歌搜索”循环。它更像是一本可以反复研读的工具书，每次翻开，都能在不同的深度上找到新的启发。

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在结构和案例的编排上，这本书展现出一种循序渐进的“攀登感”。它不是那种上来就给你一个复杂模态分析的案例让你望而却步的教材。第一部分像是热身，讲解了基础的二维结构分析，确保读者对FEA的基本流程有一个感性认识。随着章节推进，难度曲线非常平滑地向上爬升。到了中后期，它开始触及一些更具挑战性的课题，比如接触分析（Contact Analysis）的设置，这块内容往往是新手的噩梦。书中对摩擦模型、求解器选择以及接触状态的判断标准进行了细致的描摹，配上了大量对比图，清晰地展示了不同设置如何影响最终的接触压力分布。更值得称道的是，它在案例选择上兼顾了工程实践的多样性，从简单的受力分析到热-结构耦合，都有所涉猎，这使得读者在学习完特定章节后，能立刻在自己的专业领域找到对应的应用场景。这种“学以致用，即时反馈”的结构，极大地增强了学习的动力和成就感，让人感觉每攻克一章，自己解决实际问题的能力就提升了一大截。

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这本书的封面设计着实吸引人，那种深沉的蓝与科技感的灰色搭配，一下子就给人一种专业、可靠的感觉。我当初在书店里随便翻阅，光是目录就能看出作者在内容组织上的用心良苦。它不像很多市面上那种堆砌理论的教材，而是更侧重于“实战”——从基础的概念引入，到具体的模块操作，每一步都像是手把手地在教你如何驾驭有限元分析这头“猛兽”。尤其是对于我这种非科班出身，但工作中又不得不接触CAE（计算机辅助工程）的工程师来说，它简直就是及时雨。书中对前处理、求解器设置以及后处理结果解读的讲解，逻辑性极强，即便是初次接触ANSYS软件的新手，也能很快抓住重点。我记得我第一次尝试用它来模拟一个简单的梁结构时，遇到的各种小陷阱，比如网格划分的敏感性测试，以及边界条件的合理设定，书里都有非常详尽的案例作为支撑，配图清晰到位，让人看了就不容易出错。它不是那种看完就能成为专家的书，但它绝对能帮你跨越新手村，快速进入独立解决问题的阶段。那种“豁然开朗”的感觉，很多时候都归功于书中那些看似不起眼但至关重要的操作细节说明。

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如果要从一个非常挑剔的角度来审视这本书，我认为它在“高级后处理可视化技巧”上的着墨略显保守。虽然它详尽地解释了如何查看应力云图、变形量以及反力等基础输出，但对于如何利用软件的高级功能制作出更具说服力的工程报告所需的那些精美、定制化的三维动态展示或复杂截面数据显示，篇幅相对有限。当然，这或许是因为作者的重点确实是在核心分析流程的搭建上，而非美学展示。但对于需要经常向管理层或非技术人员汇报分析结果的我来说，这部分内容的增强会是锦上添花。不过，话又说回来，这本书的“硬核”程度足以弥补这一点小小的遗憾。它提供的基础和进阶知识的深度，已经远超出了大多数同类书籍的平均水平。它更像是一把精钢锻造的“瑞士军刀”——虽然外形朴实，但在关键时刻，它展现出的切割力和可靠性，是那些花哨外壳下空有其表的工具所无法比拟的。它真正培养的是分析师的“骨骼”，而不是表面的“皮肤”。

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这本书最让我惊喜的地方，在于它对“软件版本迭代”的相对超脱性。我们都知道，工程软件更新换代极快，今天学的某个按钮可能下个版本就换了位置。然而，这本手册的价值核心，似乎并不完全依附于ANSYS 12这个特定的软件版本号上。虽然它以这个版本命名，但其传授的核心理念——比如单元刚度矩阵的建立、材料本构模型的选择哲学、以及如何构建一个有效的求解流程——这些都是有限元分析领域最根本的知识体系。我用它辅助学习，即便我实际操作的软件版本比12新了好几代，我发现绝大多数的理论推导和求解思路都是完全通用的。这极大地提升了这本书的“保质期”。它教会我的不是“如何点击菜单A、B、C”，而是“为什么需要执行A、B、C这三步操作”。这种从“术”到“道”的过渡，是许多速成类教程所不具备的。对于那些着眼于长期职业发展的工程师而言，投资于理解背后的原理，远比死记硬背界面操作要划算得多，这本书恰好做到了这一点，提供了一张坚实的底层知识地图。

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内容十分适合初学者，只是后面讲电磁感觉有点废

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太厚了！

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其实我觉得这个是最好的学习手册，只是太浅显了，需要更专业的书深入学习，入门的话最合适了。

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内容十分适合初学者，只是后面讲电磁感觉有点废

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内容十分适合初学者，只是后面讲电磁感觉有点废