机械结构有限元分析及强度设计

本书从工程实际出发，将机械结构分析理论与有限元方法紧密结合，进行机械产品结构设计及特性分析，并通过诸多实例，加深对基本概念及方法的理解。其主要内容包括有限元分析的弹性力学基本知识，有限元方法基本概念，机械结构分析有限元方法的实施技术，机械产品静、动、热特性分析的有限元方法，机械强度设计的基本理论与基本方法。 本书适合作为机械类本科和研究生的教材，也可供相关专业的工程设计和研究人员学习参考。

刘宏梅（1980-），女，辽宁盘锦人，讲师，硕士。主要研究方向：系统建模与仿真、机械结构有限元分析、机械设计及理论。

第1章 绪论 1.1 有限单元法简介 1.1.1 有限单元法简介 1.1.2 有限单元法的诞生及发展 1.1.3 有限单元法在机械中的应用 1.1.4 有限元分析软件 1.2 有限单元法分析的基本步骤 1.3 机械结构有限元分析中常用的单元 1.4 单元形函数的构造 1.4.1 形函数构造的一般原理 1.4.2 形函数的性质 1.4.3 用面积坐标表达的形函数 1.5 等效节点载荷列阵 1.5.1 单元载荷的移置 1.5.2 结构载荷列阵的形成 1.5.3 载荷移置与静力等效关系 1.6 有限元的收敛准则 习题 第2章 弹性力学基础 2.1 弹性力学概述 2.2 t?弹性体的基本假设 2.3 弹性力学的基本概念 2.3.1 外力与内力 2.3.2 应力 2.3.3 一点的应力状态 2.3.4 主应力 2.3.5 应变 2.4 弹性力学的基本力学方程 2.4.1 平衡方程 2.4.2 几何方程 2.4.3 物理方程 2.4.4 边界条件 2.4.5 变形协调方程 2.5 弹性力学问题的求解方法 2.5.1 用位移平衡微分方程求解平面问题 2.5.2 利用相容性条件按应力求解平面问题 2.6 弹性力学的基本原理和基本表达式 2.6.1 应变能 2.6.2 虚功原理 2.6.3 最小势能原理 习题 第3章 机械强度设计 3.1 强度与失效 3.2 应力状态与强度理论 3.3 常见的机械强度理论 3.3.1 第一强度理论 3.3.2 第二强度理论 3.3.3 第三强度理论 3.3.4 第四强度理论 3.4 常用(初始)屈服条件 3.4.1 Tresca屈服准则 3.4.2 Mises屈服准则。 3.4.3 Tresca和Mises屈服准则的比较 3.5 塑性应力应变关系的增量理论 3.5.1 应变增量与应力偏增量 3.5.2 应力增量与应变增量之间的关系 3.6 塑性应力应变关系的全量理论 3.6.1 全量理论 3.6.2 简单加载定理 3.6.3 单一曲线假定 3.7 含裂纹的强度理论 3.7.1 张开圆型(I型)裂纹及尖端附近的应力和位移 3.7.2 滑开型(Ⅱ型)裂纹及尖端附近的应力和位移 3.7.3 渐开型(Ⅲ型)裂纹及尖端附近的应力和位移 3.7.4 应力强度因子及其求法 3.8 脆性断裂的准则 3.8.1 应变能释放率与G准则 3.8.2 应力强度因子与应变能释放率之间的关系 3.8.3 脆性断裂的K准则 3.9 弹塑性断裂力学 3.9.1 条形塑性区简化模型 3.9.2 裂纹张开位移COD理论 3.9.3 J积分理论 习题 第4章 ANSYS10.0软件基本操作 4.1 ANSYS10.0软件介绍 4.1.1 ANSYS10.0软件的启动与设置 4.1.2 ANSYs10.0的菜单、窗口介绍 4.1.3 ANSYS10.0的退出 4.2 ANSYS机械结构分析 4.2.1 创建有限元模型 4.2.2 施加载荷进行求解 4.2.3 查看结果 习题 第5章 平面问题 5.1 引言 5.1.1 平面应力问题 5.1.2 平面应变问题 5.2 平面杆单元 5.2.1 杆单元分析 5.2.2 杆单元分析实例 5.3 平面悬臂梁单元 5.4 平面三角形单元 5.4.1 单元分析 5.4.2 三角形单元整体分析 5.4.3 应用实例 5.5 平面矩形单元 5.6 平面等参单元 5.6.1 等参单元的基本概念 5.6.2 八节点四边形等参单元 5.6.3 等参单元的单元分析 5.7 平面梁单元有限元分析 5.7.1 问题描述 5.7.2 交互式操作分析 5.8 平面问题有限元分析 5.8.1 问题描述 5.8.2 问题分析 5.8.3 交互式操作分析 习题 第6章 轴对称与空间问题 6.1 轴对称问题 6.1.1 轴对称问题的弹性力学基本方程 6.1.2 三角形截面环单元 6.1.3 轴对称单元刚度矩阵 6.1.4 等效节点力的计算 6.1.5 整体分析 6.2 四面体单元 6.2.1 位移模式 6.2.2 四面体单元应变 6.2.3 四面体单元应力 6.2.4 四面体单元刚度矩阵 6.2.5 等效节点载荷 6.3 空间等参单元 6.3.1 十节点二次四面体单元 6.3.2 六面体等参单元 6.3.3 空间等参单元刚度矩阵 6.4 空间轴对称等参单元 6.5 轴对称问题有限元分析 6.5.1 问题描述 6.5.2 交互式操作分析 6.6 空间问题有限元分析 6.6.1 问题描述 6.6.2 交互式操作分析 习题 第7章 薄板弯曲问题 7.1 薄板的弯曲变形 7.1.1 克希霍夫假设 7.1.2 位移分析 7.1.3 应变分析 7.1.4 应力和应变关系 7.1.5 微分方程 7.2 矩形薄板单元分析 7.2.1 矩形单元的位移模式 7.2.2 矩形单元的刚度矩阵 7.2.3 矩形单元的等效节点力和内力矩计算 7.3 三角形薄板单元分析 7.3.1 三角形薄板单元的位移模式 7.3.2 三角形薄板单元的形状函数 7.3.3 三角形薄板单元的刚度矩阵 7.3.4 三角形薄板单元的等效节点力和内力矩的计算 7.4 薄壳构件的滞回性能分析 7.4.1 滞回性能分析 7.4.2 SHELLl81壳单元的理解和