工程结构性能的数值分析及实例(精)/制造业先进技术系列

《工程结构性能的数值分析及实例》以建模为主线，针对工程结构性能数值分析与评估过程中普遍存在的计算模型问题进行了研讨。全书包括四部分：①介绍了硬件、软件以及建模之间的内在联系，从而确认了建模在结构数值分析与评估过程中的重要地位。②在数值计算基础方面，重点研讨了与建模密切相关的结构的承载传力特征、线性与非线性评估的理论模型、结构有限元的基础理论等，为建模过程中的数据流动厘清逻辑关系。③为便于对建模原则与方法的理解，列举了一批有代表性的工程实例，涉及结构线性、非线性强度的建模与计算，预测车辆焊接结构疲劳寿命的建模与计算，结构气动压力响应的建模与计算，帮助读者做到举一反三。④基于商业软件的二次开发等，通过有限元程序编写实例，激发读者主动增添自己专用软件的创新能力。

前言 第1章引论1 1.1数值分析与工程产品结构设计的关系1 1.2结构性能数值分析的理论内核与建模5 1.3撰写本书的目的10 第2章工程结构中承载单元的传力特征12 2.1本书对工程结构的界定12 2.2结构上母材的承载传力特征12 2.3弧焊接头的承载传力特征13 2.4电阻点焊接头的承载传力特征15 2.5螺纹连接结构的承载传力特征16 2.6本章小结17 第3章按位移求解的若干力学问题的微分方程与数据链19 3.1按位移求解二维平面问题的微分方程与数据链19 3.2按位移求解三维空间问题的微分方程与数据链21 3.3按小位移求解的薄板弯曲问题的微分方程与数据链24 3.4材料弹塑性问题的求解过程27 3.4.1材料弹塑性问题的本构关系27 3.4.2材料完全塑性问题的求解过程29 3.5接触问题概述及其求解特殊性29 3.6结构屈曲稳定问题的求解过程31 3.7本章小结33 第4章结构动力学问题中的微分方程与求解过程34 4.1结构动力学问题的基本微分方程35 4.1.1单自由度振动问题的基本微分方程及求解35 4.1.2多自由度振动问题的基本微分方程及求解36 4.2一般阻尼动力学问题固有频率的解法39 4.3模态叠加法的求解过程40 4.4具有一般阻尼动力系统的模态叠加法42 4.5逐步积分法中的求解过程43 4.6刚柔耦合结构动力学概述及求解44 4.7刚柔耦合模型的求解过程及其数据链44 4.8本章小结47 第5章结构位移有限元法的内涵及求解模式49 5.1结构位移有限元法概述49 5.2有限元法将微分方程转化为线性代数方程组的理论基础52 5.2.1结构平衡与微分方程52 5.2.2变分原理的基本思想54 5.2.3基于最小势能原理确认结构平衡状态55 5.3位移有限元法的核心技术——假定位移场57 5.4基于最小势能原理的有限元法求解模式59 5.5位移有限元法建模过程中单元离散的不唯一性61 5.6本章小结62 第6章预测焊接结构疲劳寿命的力学模型及程序设计63 6.1传统方法预测疲劳寿命的难点63 6.2对网格不敏感的结构应力64 6.3基于结构应力计算疲劳寿命的理论模型69 6.4预测焊接结构疲劳寿命的程序设计基础71 6.4.1定义疲劳载荷72 6.4.2定义有限元模型73 6.4.3焊线节点力获取及疲劳寿命计算74 6.4.4疲劳寿命计算数据可视化77 6.5本章小结79 第7章结构性能数值分析的建模技术80 7.1建模内涵81 7.2建模原则83 7.3建模任务与工具86 7.4建模方法87 7.4.1基于定性力学的预分析法88 7.4.2由浅入深的两阶段法89 7.4.3刚度或质量等效替代法90 7.5建模纠错93 7.5.1模型正向与逆向纠错94 7.5.2位移追踪纠错94 7.5.3基于实测数据的纠错95 7.6本章小结96 第8章结构性能评估中的灵敏度分析技术97 8.1灵敏度信息与设计修改97 8.2位移与应力关于设计变量的灵敏度97 8.3结构固有频率关于设计变量的灵敏度98 8.4结构吸能的灵敏度99 8.5焊接结构疲劳寿命的灵敏度100 8.6基于灵敏度信息的设计修改实例101 8.7本章小结103 第9章工程结构静态性能数值分析实例与建模体验105 9.1中空挤压铝型材车体结构强度数值分析实例及建模体验105 9.1.1建模背景105 9.1.2中空挤压铝型材的结构特点105 9.1.3建模难点及其解决对策106 9.1.4建模要点108 9.1.5数值分析结果验证110 9.1.6建模体验111 9.2车体结构关键承载部件精细计算实例与建模体验111 9.2.1建模背景111 9.2.2建模难点及其解决对策112 9.2.3数值分析结果验证113 9.2.4建模体验115 9.3螺栓连接结构数值分析实例与建模体验116 9.3.1建模背景116 9.3.2螺栓连接在高速动车组结构中的应用特点116 9.3.3建模方法117 9.3.4实体单元建模难点及其解决对策118 9.3.5数值分析结果验证121 9.3.6建模体验122 9.4钳夹货车结构强度数值分析实例与建模体验123 9.4.1建模背景123 9.4.2建模难点及其解决对策124 9.4.3数值分析结果验证126 9.4.4建模体验126 9.5不锈钢电阻点焊车体结构稳定性分析实例与建模体验127 9.5.1建模背景127 9.5.2不锈钢电阻点焊车体的结构特点127 9.5.3建模难点及其解决对策128 9.5.4分析过程129 9.5.5建模体验132 9.6考虑初始缺陷的结构稳定性分析实例与建模体验133 9.6.1建模背景133 9.6.2建模难点及其解决对策133 9.6.3建模要点135 9.6.4建模体验136 9.7机车焊接构架变形弹塑性矫正实例及建模体验136 9.7.1建模背景136 9.7.2机车焊接构架及其焊接变形特点137 9.7.3建模难点及其解决对策137 9.7.4数值分析过程139 9.7.5建模体验141 9.8本章小结142 第10章工程结构动态性能数值分析实例与建模体验143 10.1规则载荷下弧焊结构疲劳寿命数值分析实例与建模体验143 10.1.1关于疲劳载荷143 10.1.2建模要点144 10.1.3建模体验147 10.2不规则载荷下弧焊结构疲劳寿命数值分析实例与建模体验148 10.2.1建模背景148 10.2.2汽车驱动桥壳体焊件建模与疲劳载荷的获取149 10.2.3汽车驱动桥壳体焊缝的疲劳寿命计算149 10.2.4建模体验152 10.3碰撞吸能强度数值分析实例与建模体验153 10.3.1理论基础153 10.3.2建模要点154 10.3.3数值分析结果验证155 10.3.4建模体验157 10.4整备状态下结构模态精细分析实例与建模体验158 10.4.1建模背景158 10.4.2建模难点及其解决对策158 10.4.3数值分析结果验证159 10.4.4建模体验160 10.5焊接结构振动响应分析及疲劳寿命预测实例与建模体验161 10.5.1建模背景161 10.5.2问题定性的预分析161 10.5.3建模难点及其解决对策162 10.5.4数值分析结果验证162 10.5.5建模体验164 10.6基于刚柔耦合技术评估车体疲劳寿命的实例与建模体验164 10.6.1建模背景164 10.6.2建模初步验证165 10.6.3刚柔耦合建模及求解165 10.6.4疲劳寿命评估167 10.6.5建模体验167 10.7气动载荷作用下流固耦合结构强度数值分析实例与建模体验168 10.7.1建模背景168 10.7.2理论基础169 10.7.3建模难点及其解决对策169 10.7.4建模要点171 10.7.5建模体验174 10.8高寒动车组车下结构地面积雪效应数值分析实例与建模体验174 10.8.1建模背景174 10.8.2建模难点及其解决对策175 10.8.3数值分析结果验证与结构改进建议177 10.8.4建模体验180 10.9本章小结181 第11章有限元程序编写与商用软件的二次开发182 11.1鼓励动手编写有限元程序的动机182 11.2平面常应变三角形单元有限元源程序及验证182 11.3利用内部工具的二次开发实例204 11.3.1基于ABAQUS二次开发功能的车轮疲劳强度评估模块开发205 11.3.2车轮疲劳强度评估实例209 11.4利用外部工具的二次开发实例210 11.4.1对IDEAS软件的二次开发210 11.4.2应用实例221 11.5本章小结221 参考文献223