MSC.Marc有限元分析及其激光焊接过程实现

本书针对MSC.Marc软件 的使用与操作，从有限元法 的基本原理定义和发展历史 、MSC.Marc软件的介绍以 及具体工程问题的仿真分析 方法，对有限元分析基础理 论及软件进行了基础入门指 导。通过结合一系列的工程 应用案例，系统地讲解了 MSC.Marc软件在工程领域 的数值模拟分析。 本书适合于材料加工、 焊接技术与工程和结构工程 领域的高校教师和研究生以 及工程技术人员等阅读和参 考。希望通过本书让读者了 解并掌握有限元仿真分析的 基本原理，熟练运用 MSC.Marc软件，并能够将 仿真软件与日常焊接工程问 题相结合，优化并提高工程 案例中问题的解决效率。

占小红，南京航空航天大学二级教授、博士生导师。主要从事激光加工、增材制造、先进焊接与连接等领域相关的机理、技术与装备研究。入选国家“万人计划”科技创新领军人才、江苏省“六大人才高峰”高层次人才、江苏省“333人才”。担任中国机械工程学会焊接学会理事、中国机械工程学会再制造工程分会委员等学术职务。主持承担国家级项目十余项、航空航天型号研制十余项。研究成果成功应用于大型民用客机、军用飞机、运载火箭、XXX等重大型号的研制与批产。在行业知名期刊发表SCI论文150余篇，获授权发明专利60余件，出版专著1部。获江苏省科学技术奖一等奖、航空工业科技进步二等奖、江苏省教学成果二等奖两项、南航教学优秀奖一等奖等。

第1章 有限元法的基本理论 1.1 概述 1.2 有限元法简介 1.3 有限元法的发展与现状 1.3.1 有限元法的发展历史 1.3.2 有限元法的研究现状 1.4 有限元法的由来及基本思想 1.4.1 有限元法的由来 1.4.2 有限元法的基本思想 1.5 有限元分析的一般过程 1.5.1 结构的离散化 1.5.2 单元分析 1.5.3 整体分析 1.6 有限元法的特点 1.7 有限元法的应用领域 1.8 本章小结 第2章 弹性力学问题有限元法的一般原理 2.1 弹性力学的基本假设 2.2 弹性力学的基本概念 2.2.1 外力 2.2.2 应力 2.2.3 应变 2.2.4 位移 2.2.5 主应力 2.2.6 相当应力 2.2.7 主应变 2.3 弹性力学的基本方程 2.3.1 外力与内力的关系——平衡微分方程 2.3.2 位移与应变的关系——几何方程 2.3.3 应变与应力的关系——物理方程 2.3.4 边界条件 2.4 弹性理论问题的解题方法 2.5 弹性力学中的能量原理 2.5.1 虚功原理 2.5.2 最小势能原理 2.5.3 最小余能原理 2.6 两类平面问题 2.6.1 平面应力问题 2.6.2 平面应变问题 2.7 弹性体的位能 2.7.1 应变能 2.7.2 外力位能 2.7.3 弹性体的总能 2.8 有限元法求解问题的基本步骤 2.9 本章小结 第3章 热传导问题有限元法的一般原理 3.1 热传导方程 3.1.1 傅里叶定律 3.1.2 热传导的控制方程 3.1.3 初始条件和边界条件 3.2 有限元解法原理 3.2.1 有限元法简介 3.2.2 变分法 3.2.3 简单三角形单元变分法分析 3.2.4 加权余量法 3.3 本章小结 第4章 MSC.Marc的功能和特点 4.1 MSC.Marc软件简介 4.1.1 MSC.Marc软件的主要模块 4.1.2 Marc 2020安装后的目录 4.1.3 Marc 2020的帮助文档 4.2 MSC.Marc主要功能分析 4.2.1 结构分析 4.2.2 热分析 4.2.3 多物理场分析 4.2.4 联合仿真分析 4.3 MSC.Marc的建模分析流程与常用文件 4.3.1 建模流程 4.3.2 分析流程 4.3.3 常用文件 4.4 MSC.Marc的软件接口功能 4.4.1 模型导入 4.4.2 模型导出 4.5 本章小结 第5章 MSC.Marc入门教程 5.1 MSC.Marc的前后处理功能模块 5.1.1 几何和分网 5.1.2 表格和坐标系的定义 5.1.3 几何特性 5.1.4 材料特性定义 5.1.5 接触定义 5.1.6 初始条件定义 5.1.7 边界条件定义 5.1.8 网格自适应 5.1.9 分析工况的定义 5.1.10 作业参数的定义并提交运行 5.1.11 后处理 5.2 MSC.Marc求解平板对接电弧焊接热过程 5.2.1 平板模型的建立 5.2.2 网格划分 5.2.3 材料物性参数设置 5.2.4 焊接路线设置 5.2.5 定义初始条件 5.2.6 定义边界条件 5.2.7 定义焊接过程 5.2.8 定义冷却过程 5.2.9 定义作业 5.2.10 后处理 5.3 本章小结 第6章 基于MSC.Marc求解典型结构激光与电弧焊接过程 6.1 基于MSC.Marc求解铝锂合金平板对接激光焊接过程 6.1.1 2060铝锂合金焊接过程有限元模型的建立 6.1.2 2060铝锂合金对接结构激光焊接温度场仿真分析 6.2 基于MSC.Marc求解铝锂合金T型结构双激光束双侧同步焊接过程 6.2.1 2195铝锂合金T型结构焊接过程有限元模型的建立 6.2.2 2195铝锂合金T型结构焊接工艺优化有限元分析 6.3 基于MSC.Marc求解Invar合金激光-电弧复合焊接过程 6.3.1 Invar合金复合焊接有限元模型建立 6.3.2 Invar合金激光-MIG复合焊温度场求解与分析 6.4 基于MSC.Marc求解Invar钢多层多道MIG自动焊接过程 6.4.1 Invar钢焊接过程有限元模型的建立 6.4.2 Invar钢焊接工艺优化有限元分析 6.5 本章小结 第7章 典型工程机械结构焊接过程建模与仿真案例分析 7.1 问题描述 7.2 大吨位履带吊转台结构件有限元模型的建立 7.2.1 几何模型及单元网格划分 7.2.2 大吨位履带吊转台结构件材料参数库建立 7.2.3 焊接路径定义 7.2.4 填充金属定义 7.2.5 初始条件及边界条件定义 7.2.6 定义工况 7.2.7 定义作业 7.3 大吨位履带吊转台结构件模拟结果分析和验证 7.3.1 转台结构件焊后残余应力分布 7.3.2 转台结构件焊后等效应力分布 7.3.3 转台结构件焊后残余变形分布 7.3.4 转台结构件焊后残余变形结果验证 7.4 转台结构焊接变形控制与优化 7.4.1 组件焊接顺序优化 7.4.2 分段焊接顺序优化 7.4.3 长短焊接顺序优化 7.5 本章小结 第8章 典型航天结构激光焊接过程建模与仿真案例分析 8.1 需求介绍 8.2 铝锂合金蒙皮-桁条结构火箭