1、緒論第一篇有限單元法基礎第一章有限單元法基本概念1.1 引言1.2 有限單元法基本概念1.2.1 結構離散化1.2.2 單元剛度矩陣1.2.3 結構總體剛度方程第二章 平面問題的有限單元法2.1 平面問題概述2.1.1 平面應力問題2.1.2 平面應變問題2.2 結構離散化2.3 位移函數2.3.1 位移函數的一般形式2.3.2 3節點三角形單元的位移函數2.3.3 形函數的性質2.3.4 位移函數與解的收斂性2.4 單元剛度矩陣2.4.1 3節點三角形單元的單元剛度矩陣2.4.2 單元剛度矩陣的性質2.5 載荷移置與等效節點載荷2.6 結構剛度矩陣2.6.1 結構總體剛度方程的建立2.6.2

2、 形成結構總體剛度矩陣的方法2.6.3 結構總體剛度矩陣的性質2.7 位移邊界條件的處理2.7.1 降階法2.7.2 對角元置1法2.7.3 對角元乘大數法2.8 應力及導出結果的計算2.8.1 單元應力及應變的計算2.8.2 主應力和主方向2.8.3 節點的應力2.9 解題示例2.10 6節點三角形單元2.10.1 面積坐標2.10.2 位移函數2.10.3 單元應變2.10.4 單元應力2.10.5 單元剛度矩陣第三章基于最小勢能原理的有限單元法3.1 最小勢能原理3.1.1 泛函與變分的概念3.1.2 最小勢能原理3.2 基于最小勢能原理的有限單元法3.3 對有限單元法收斂和精度的分析3

3、.3.1 相容性要求3.3.2 完備性要求3.3.3 收斂和精度第四章三維問題的有限單元法4.1 三維應力狀態4.2 三維問題的四面體單元4.2.1 位移函數4.2.2 單元剛度矩陣4.2.3 載荷移置與等效節點載荷4.3 軸對稱問題及其有限單元法4.3.1 軸對稱問題4.3.2 軸對稱問題的有限單元法第五章梁單元5.1 直梁彎曲問題及梁單元5.1.1 直梁平面彎曲問題5.1.2 直梁平面彎曲問題的有限單元法5.2 鐵木辛科梁單元5.2.1 鐵木辛科梁理論5.2.2 鐵木辛柯梁單元5.2.3 剪切閉鎖第六章等參數單元6.1 4節點矩形單元6.2 平面4節點等參數單元6.2.1 坐標變換和等參數

4、單元6.2.2 單元剛度矩陣的計算6.2.3 其他的參數單元6.3 高斯積分6.3.1 高斯積分法6.3.2 完全積分和縮減積分6.4 剪切閉鎖、體積閉鎖、沙漏等概念簡介6.4.1 剪切閉鎖6.4.2 體積閉鎖6.4.3 沙漏第七章板殼單元7.1 板彎曲的有限單元法7.1.1 克希霍夫(Kirchhoff)薄板理論7.1.2 基于薄板理論的非協調板單元7.1.3 考慮橫向剪切影響的平板彎曲單元7.2 殼體結構的有限單元法第八章有限元方程解法8.1 概述8.2 總體剛度矩陣的一維變帶寬存儲8.3 直接法8.3.1 高斯消元法8.3.2 LU分解法8.3.3 波前法8.4 迭代法8.4.1 雅可比

5、（Jacobi）迭代法和賽德爾（Seidel）迭代法8.4.2 共軻梯度法第九章結構動力學分析9.1 結構的動力學方程9.1.1 結構的動力學方程9.1.2 質量矩陣和阻尼矩陣9.2 結構的自振頻率和振型9.2.1 概述9.2.2 基本QR法9.2.3 蘭索斯法9.3 結構動力響應的求解方法9.3.1 直接積分法9.3.2 振型疊加法第二篇ANSYS的基本使用方法第十章ANSYS基本知識10.1 實例E10-1平面桁架的受力分析10.2 ANSYS的主要功能10.2.1 結構分析10.2.2 熱分析10.2.3 電磁場分析10.2.4 流體動力學分析10.3 ANSYS的特點10.4 ANSY

6、S產品簡介10.5 處理器10.6 ANSYS軟件的使用10.6.1 ANSYS軟件解決問題的步驟10.6.2 命令輸入方法10.7 圖形用戶界面10.7.1 圖形用戶界面（GUI）10.7.2 對話框及其組成控件10.7.3 ANSYS的菜單系統第十一章實體建模技術11.1 概述11.2 基本建模技術11.2.1 關鍵點的創建11.2.2 線的創建11.2.3 面的創建11.2.4 體的創建11.3 工作平面11.3.1 工作平面的設置11.3.2 工作平面的偏移和旋轉11.4 高級建模技術11.4.1 布爾運算11.4.2 擠出11.4.3 有關實體建模的其他操作第十二章有限元模型的創建1

7、2.1 幾何模型的單元劃分12.1.1 單元劃分的步驟12.1.2 單元類型12.1.3 定義實常數12.1.4 材料屬性12.1.5 截面12.1.6 分配單元屬性12.1.7 單元形狀及劃分方法選擇12.1.8 單元尺寸控制12.1.9 劃分單元命令12.1.10 MeshTool 對話框12.1.11 單元形狀檢查12.1.12 修改網格12.2 常用ANSYS單元類型12.2.1 概述12.2.2 LINK1112.2.3 LINK18012.2.4 BEAM18812.2.5 BEAM18912.2.6 PLANE18212.2.7 PLANE18312.2.8 SOLID18512

8、.2.9 SOLID18612.2.10 SHELL18112.3 ANSYS結構分析常用材料模型12.3.1 常用材料模型的分類12.3.2 常用材料模型的創建12.4 直接生成有限元模型12.4.1 節點的創建和操作12.4.2 單元的創建和操作12.5 創建有限元模型的高級技術12.5.1 自適應單元劃分12.5.2 子模型技術第十三章加載和求解13.1 載荷和載荷步13.1.1 載荷的類型13.1.2 載荷步、子步和平衡迭代13.1.3 載荷步選項13.2 DOF 約束13.2.1 施力口 DOF約束13.2.2 約束操作13.2.3 對稱和反對稱約束13.2.4 約束沖突13.3 集

9、中載荷13.4 表面載荷13.4.1 施加表面載荷13.4.2 壓力梯度及加載13.4.3 函數加載13.4.4 表面效應單元13.5 體載荷13.5.1 施加體載荷13.5.2 操作體載荷13.5.3 慣性載荷13.6 特殊載荷13.6.1 耦合場載荷13.6.2 初始狀態13.6.3 預緊力載荷13.7 求解器13.7.1 概述13.7.2 求解器類型13.8 分析類型13.9 多載荷步求解13.9.1 用多個SOLVE命令直接求解13.9.2 用載荷步文件求解13.9.3 用載荷數組參數求解第十四章結果后處理14.1 概述14.1.1 結果文件14.1.2 基本解和導出解14.2 通用后

10、處理器14.2.1 讀取結果數據到數據庫14.2.2 結果坐標系14.2.3 單元表14.2.4 結果圖形顯示14.2.5 路徑圖14.2.6 列表操作14.2.7 結果查詢14.2.8 載荷工況14.2.9 誤差估計14.3 時間歷程后處理器14.3.1 概述14.3.2 用變量查看結果14.4 動畫技術14.4.1 直接生成動畫第十五章其他輔助功能15.1 文件和文件管理15.1.1 概述15.1.2 文件操作15.2 實體選擇、組件和部件15.2.1 實體選擇15.2.2 組件和部件15.3 坐標系15.3.1 坐標系和工作平面概述15.3.2 有關坐標系的操作第三篇ANSYS應用第十六

11、章結構線性靜力學分析16.1 概述16.2 桁架結構16.3 梁結構16.4 板殼結構16.5 平面結構16.6 空間結構第十七章ANSYS結構動力學分析17.1 概述17.2 模態分析17.2.1 模態分析的求解方法17.2.2 模態分析步驟17.2.3 模態分析操作17.3 諧響應分析17.3.1 諧響應分析概述17.3.2 諧響應分析的步驟17.3.3 諧響應分析操作17.4 瞬態動力學分析17.4.1 瞬態動力學分析方法17.4.2 完全法瞬態動力學分析的步驟17.4.3 模態疊加法瞬態動力學分析的步驟17.4.4 瞬態動力學分析操作17.4.5 積分時間步長的確定17.5 譜分析17

12、.5.1 概述17.5.2 單點響應譜分析步驟第十八章非線性分析18.1 非線性分析的基本概念18.1.1 概述18.1.2 非線性有限元方程的求解18.1.3 非線性分析的特性18.2 非線性分析的基本過程18.2.1 非線性分析的步驟18.2.2 非線性分析的操作18.3 幾何非線性分析18.3.1 幾何非線性概述18.3.2 應力和應變18.3.3 幾何非線性分析的注意事項18.3.4 屈曲分析18.4 材料非線性分析18.4.1 材料非線性概述18.4.2 塑性力學的基本法則18.4.3 輸入材料數據18.5 狀態非線性分析18.5.1 接觸概述18.5.2 接觸問題的基本知識18.5

13、.3 面-面接觸18.6 單元生死技術18.6.1 概述18.6.2 單元生死的實現和應用18.6.3 使用ANSYS結果控制單元生死18.6.4 單元生死有關操作第十九章耦合場分析19.1 耦合場分析概述19.1.1 耦合場分析的定義19.1.2 耦合場分析的類型19.2 熱應力計算19.2.1 ANSYS熱分析簡介19.2.2 穩態熱分析步驟19.2.3 瞬態熱分析步驟19.2.4 熱應力計算方法19.3 流固耦合分析19.3.1 ANSYS流體動力學分析簡介19.3.2 ANSYS流固耦合分析第二十章參數化設計語言APDL及優化設計20.1 參數及操作20.1.1 參量的定義和賦值20.

14、1.2 數組參量20.1.3 表格型數組的定義和應用20.2 ANSYS 內部函數和獲取函數20.2.1 內 部函數20.2.2 獲 取函數20.3 分支、循環和重復功能20.3.1 分 支20.3.2 循 環20.3.3 重 復功能20.4 宏20.4.1 宏 的創建20.4.2 宏 的運行20.4.3 宏 的參量20.5 定制用戶化界面20.5.1 創 建及編輯縮寫20.5.2 提 示用戶輸入單個參量值20.5.3 用 MULTIPRO 命令創建一個對話框20.5.4 消 息對話框20.6 優化設計20.6.1 優 化設計步驟應用實例目錄序號知識點描述使用單元頁次E2-1將限兀埋之用ANS

15、YS軟件提取單元及結構剛度矩陣PLANE182E6-1用SOLID185單元分析懸臂梁的剪切閉鎖SOLID185E6-2厚壁圓筒的體積閉鎖分析PLANE182E6-3觀察沙漏PLANE182E10-1*入口實例平面桁架的受力分析LINK180E11-1*兒何模型團建關鍵點和線的創建實例一一正弦曲線-E11-2一些特殊線日勺團建。包括：過一個已知關鍵點作一個已知 圓弧的切線、作兩條圓弧的公切線、作一組折線、按函數 關系作曲線一一正弦曲線、圓錐阿基米德螺旋線、圓錐對 數螺旋線和創建橢圓線-E11-3圓柱面的創建-E11-4按函數關系作曲面一一雙曲拋物面-E11-5*體的創建及工作平面的應用實例相交

16、圓柱體-E11-6*復雜形狀實體的創建實例一一螺栓-E11-7斜齒圓柱齒輪的創建-E11-8直齒錐齒輪齒廓曲面的創建-E12-1*單元劃分關何模型的單元劃分實例一一面-E12-2常見形狀幾何實體的單 元劃分回轉體、底座、直齒圓柱齒輪輪齒、容器接管PLANE182SOLID185MESH200E12-3常用單元類型的創建和應用路徑圖實例LINK11單元的應用LINK11E12-4BEAM188、BEAM189單元的應用基本應用、約束扭 轉、創建漸變截面梁、自定義梁截面一一雙金屬片BEAM188BEAM189E12-5PLANE182、PLANE183單元的應用平面應力問題、軸對稱問題PLANE1

17、82PLANE183E12-6循環對稱結構在離心力作用下的應力和變形分析SOLID186E12-7SHELL181單元的應用一一基本應用、用綁定接觸創建有 限元模型SHELL181E12-8直接生成有限元模型實例SOLID185E12-9自適應網格劃分實例受壓薄板PLANE182E12-10子模型技術實例受壓薄板SOLID186E13-1對稱和反對稱約束 載荷工況對稱性應用實例一一作用任意載荷的對稱結構BEAM188E13-2在梁單元上施加壓力載 荷均勻分布的壓力載荷、線性分布的壓力載荷BEAM188E13-3壓力梯度及加載在容器中施加靜水壓力SOLID185E13-4函數加載用表格數組進行函

18、數加載一一靜水壓力SOLID185E13-5函數加載用函數編輯器定義表面載荷SOLID185E13-6用表面效應單元施加切 向壓力轉矩的施加SOLID186SURF154E13-7施加預緊力載荷在單個螺栓聯接施加預緊力載荷、汽缸缸體和端蓋間螺紋 聯接的受力分析SOLID186TARGE170CONTA174PRETS179E14-1用云圖顯示線單元數據作剛架的彎矩圖BEAM188E14-2面操作計算實體單元某個面上的剪力、彎矩等內力SOLID186E14-3通過存儲禎創建動畫展成法加工齒輪模擬E15-1*坐標系以及選擇操作應 用實例圓軸扭轉分析SOLID186E16-1靜力學分析實例復雜靜定桁

19、架的內力計算LINK180E16-2*懸臂架的靜力學分析BEAM188E16-3空間桁架橋的靜力學分析BEAM188E16-4連續梁的內力計算BEAM189E16-5用目由度釋放創建梁單元的較接連接BEAM189E16-6薄板彎曲問題的理論解和有限元解的對比SHELL281E16-7殼單元結果與其他類型單元結果的對比一簡支梁SHELL181E16-8*平面問題的求解實例一厚壁圓筒問題PLANE183E16-9*空間問題的求解實例一扳手的受力分析PLANE182SOLID185E16-10用實體單元計算轉軸的應力SOLID186E16-11在連桿上施加軸承載荷PLANE183SOLID186E1

20、7-1*模態分析實例均勻直桿的固有頻率分析SOLID18660E17-2斜齒圓柱齒輪的固有頻率分析SOLID185E17-3有預應力模態分析實例一弦的橫向振動LINK180E17-4循環對稱結構模態分析實例一一轉子的固有頻率分析SHELL181E17-5*諧響應分析完全法分析實例一一單自由度系統的受迫振動MASS21COMBIN14E17-6模態疊加法分析實例一一懸臂梁的受迫振動SOLID186E17-7*瞬態動力學分析瞬態動力學分析實例一一凸輪機構PLANE182SOLID185E17-8施加初始條件一一將單自由度系統的質點從平衡位置撥開MASS21COMBIN14E17-9施加初始條件實例

21、拋物運動SOLID185E17-10瞬態動力學分析實例一一連桿機構的運動學分析MPC184BEAM188E17-11瞬態動力學分析實例一一車輛通過橋梁BEAM18870E17-12*譜分析譜分析實例一一地震譜作用下的結構響應分析SHELL181BEAM188E18-1結構非線性分析結構非線性分析一一盤形彈簧載荷和變形關系分析PLANE183E18-2特征值屈曲分析實例一一壓桿穩定性問題BEAM189E18-3施線性屈曲分析實例一一懸臂梁BEAM189E18-4材料非線性分析材料非線性分析實例一一自增強厚壁圓筒承載能力研究PLANE183E18-5材料蠕變分析實例一一受拉平板PLANE182E18-6狀態非線性分析接觸分析實例一一平行圓柱體承受法向載荷時的接觸應力 分析PLANE183SOLID186TARGE170CONTA174E18-7接觸分析實例一一組合厚壁圓筒PLANE183TARGE169CONTA172E18-8材線性分析實例一一將鋼板卷制成圓筒（柔體-柔體接觸）SHELL181SOLID185MPC184TARGE170CONTA173E18-9材線性分析實例一一將鋼板卷制成圓筒（剛體 -柔