清华大学曾攀_经典_Ansys_matlab有限元教程及应用实例

清华大学曾攀_经典_Ansys_matlab有限元教程及应用实例 有限元 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 基础教程 Fundamentals of Finite Element Analysis 曾 攀 清华大学 2008-12 有限元分析基础教程 曾攀 有限元分析基础教程 Fundamentals of Finite Element Analysis 曾 攀 清华大学 内容简介 全教程包括两大部分共分9章第一部分为有限元分析基本原理包括第1章至第5章内容有绪论、有限元分析过程的概要、杆梁结构分析的有限元方法、连续体结构分析的有限元方法、有限元分析中的若干问题讨论第二部分为有限元分析的典型应用领域包括第6章至第9章内容有静力结构的有限元分析、结构振动的有限元分析、传热过程的有限元分析、弹塑性 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的有限元分析。本书以基本变量、基本方程、求解原理、单元构建、典型例题、MATLAB程序及算例、ANSYS算例等一系列规范性方式来描述有限元分析的力学原理、程序编制以及实例应用给出的典型实例都详细提供有完整的数学推演过程以及ANSYS实现过程。本教程的基本理论阐述简明扼要重点突出实例丰富教程中的二部分内容相互衔接也可独立使用适合于具有大学高年级学生程度的人员作为培训教材也适合于不同程度的读者进行自学对于希望在MATLAB程序以及ANSYS平台进行建模分析的读者本教程更值得参考。 本基础教程的读者对象机械、力学、土木、水利、航空航天等专业的工程技术人员、科研工作者。 - 1 - 有限元分析基础教程 曾攀 作者简介 曾攀男1963年生海南省海口市人1988年在清华大学获博士学位1988-1992年先后在大连理工大学和西南交通大学从事两站博士后研究领域为计算力学为国家杰出青年科学基金获得者1998、长江学者2000、德国“洪堡”学者1994-1995、“新世纪百千万人才工程”国家级人选。现为清华大学机械工程系主任、教授、博士生导师为《机械工程学报》、《工程力学》、《塑性工程学报》等五个学术期刊的编委为上海交通大学振动冲击噪声国家重点实验室、华中科技大学塑性成形模拟与模具国家重点实验室学术委员会委员先后主持包括国家级重点基金项目、863项目、霍英东基金项目等科研项目30多个获教委科技进步二等奖、机械部一等奖、北京高等教育教学成果二等奖各一项获国家发明专利授权两项已出版及 翻译 阿房宫赋翻译下载德汉翻译pdf阿房宫赋翻译下载阿房宫赋翻译下载翻译理论.doc 学术著作有《材料的概率疲劳损伤力学及现代结构分析原理》曾攀1993、《有限元分析及应用》曾攀2004、《工程中的有限元方法》T.R.Chandrupatla曾攀译2006、《有限元方法第1卷基本原理》O.C.Zienkiewicz第5版曾攀译2008发表论文100多篇。主要从事计算力学、结构设计与分析、材料加工中的数值模拟等方面的研究。 - 2 - 有限元分析基础教程 曾攀 前 言 有限元分析已经在教学、科研以及工程应用中成为重要而又普及的数值分析方法和工具该基础教程力求提供具备现代特色的实用教程。在教材的内容体系上综合考虑有限元方法的力学分析原理、建模技巧、应用领域、软件平台、实例分析这几个方面按照教科书的方式深入浅出地叙述有限元方法并体现出有限元原理“在使用中学习在学习中使用”的交互式特点在介绍每一种单元的同时提供完整的典型推导实例、MATLAB实际编程以及ANSYS应用数值算例并且给出的各种类型的算例都具有较好的前后对应性使学员在学习分析原理的同时也进行实际编程和有限元分析软件的操作经历实例建模、求解、分析和结果评判的全过程在实践的基础上深刻理解和掌握有限元分析方法。 一本基础教材应该在培养学员掌握坚实的基础理论、系统的专业知识方面发挥作用因此教材不但要提供系统的、具有一定深度的基础理论还要介绍相关的应用领域以给学员进一步学习提供扩展空间本教程正是按照这一思路进行设计的全书的内容包括两个部分共分9章第一部分为有限元分析基本原理包括第1章至第5章内容有绪论、有限元分析过程的概要、杆梁结构分析的有限元方 法、连续体结构分析的有限元方法、有限元分析中的若干问题讨论第二部分为有限元分析的典型应用领域包括第6章至第9章内容有静力结构的有限元分析、结构振动的有限元分析、传热过程的有限元分析、弹塑性材料的有限元分析。在基本原理方面以基本变量、基本方程、求解原理、单元构建等一系列规范的方式进行介绍在阐述有限元分析与应用方面采用典型例题、MATLAB程序及算例、ANSYS算例的方式以体现出分析建模的不同阶段和层次引导学员领会有限元方法的实质还提供有大量的练习题。 本教程的重点是强调有限元方法的实质理解和融会贯通力求精而透强调学员综合能力掌握和应用有限元方法的培养为学员亲自参与建模、以及使用先进的有限元软件平台提供较好的素材同时给学员进一步学习提供新的空间。 本教程力求体现以下特点。 1考虑教学适应性强调对学员在数学原理、分析建模、软件应用几个方面的培养目标要求注重学员在工程数值方面的基础训练培养学员“使用先进软件分析实际问题”的初步能力。 2考虑认知规律性力求按照有限元分析方法的教学规律和认知规律在教材中设计了“基本变量、基本方程、求解原理、单元构建”这样的模块并体现出有限元原理“在使用中学习在学习中使用”的交互式特点在介绍每一种单元的同时提供实用的MATLAB实际编程和数值实例在每一章还进行要点总结给出典型例题以引导学员领会有限元方法的实质体现教材的启发性有利于激发学员学习兴趣和便于自学。 3考虑结构完整性本教程提供完整的教材结构绪论、正文、典型例题、基于MATLAB的编程算例与数值算例、具有一定深度的ANSYS算例、各章要点、习题、专业术语的英文标注、关键词中文和英文索引、参考文献便于学员查阅。 4内容上的拓展性除基本内容外还介绍了较广泛的应用领域包括静力结构分析、结构振动分析、传热过程分析、弹塑性材料分析提供了有关的典型问题的建模详细分析过程基本上反映了有限元分析在一些主要领域的应用状况及建模方法。 5编排上的逻辑性本教程力求做到具有分明的层次和清楚的条理在每一章中重点突出有限元方法的思想、数理逻辑及建模过程强调相应的工程概念提供典型例题及详解许多例题可作为读者进行编程校验的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 考题Benchmark还提供了对应的MATLAB编程 - 3 - 有限元分析基础教程 曾攀 算例与ANSYS算例特别是介绍了基于APDL参数化的ANSYS建模方法并给出具体的实例力求反映有限元分析的内在联系及特有思维方式。 由于作者的水平有限所写的教程一定会出现不少错误敬请读者提出批评。 曾 攀 于清华大学 2008-12-11 - 4 -有限元分析基础教程 曾攀 有限元分析基础教程 Fundamentals of Finite Element Analysis 目 录 第一部分 有限元分析基本原理 第1章 绪论 1.1 概况 1 1.2 有限元方法的历史 1 1.3 有限元分析的作用 5 第2章 有限元分析过程的概要 7 2.1 有限元分析的目的和概念 7 2.2 一维阶梯杆结构问题的求解 9 2.3有限元分析的基本流程 17 2.4有限元分析的特点 20 2.5 本章要点 22 第3章 杆梁结构分析的有限元方法 23 3.1 杆梁结构分析的工程概念 23 3.2 杆件有限元分析的标准化表征与算例 24 3.2.1 杆件分析的基本力学原理 24 3.2.2 局部坐标系中的杆单元描述 28 3.2.3 杆单元的坐标变换 32 3.2.4 杆单元分析的MATLAB程序 35 3.2.5杆结构分析的算例 38 3.3 梁件有限元分析的标准化表征与算例 47 3.3.1 梁件分析的基本力学原理 48 3.3.2局部坐标系中的平面梁单元 54 3.3.3 平面梁单元的坐标变换 62 3.3.4 空间梁单元及坐标变换 63 3.3.5 梁单元的常用等效节点载荷 66 3.3.6 梁单元分析的MATLAB程序 68 3.3.7梁结构分析的算例 70 3.4 应用桥梁结构的ANSYS参数化分析 77 I有限元分析基础教程 曾攀 3.4.1 桥梁结构描 述 77 3.4.2 基于ANSYS的桁架桥梁结构分析 78 3.5 本章要点 83 3.6 习题 83 第4章 连续体结构分析的有限元方法 89 4.1 连续体结构分析的工程概念 89 4.2 连续体结构分析的基本力学原理 89 4.3 平面问题有限元分析的标准化表征 95 4.3.1 平面问题的3节点三角形单元描述 95 4.3.2 平面问题的4节点矩形单元描述 101 4.3.3 平面问题3节点三角形单元的MATLAB程序 114 4.3.4 平面问题4节点矩形单元的MATLAB程序 116 4.4 轴对称问题有限元分析的标准化表征 118 4.4.1 轴对称问题的基本变量及方程 118 4.4.2 3节点三角形轴对称单元环形单元 120 4.4.3 4节点矩形轴对称单元环形单元 122 4.5 空间问题有限元分析的标准化表征 123 4.5.1 空间问题的4节点四面体单元描述 123 4.5.2 空间问题的8节点正六面体单元描述 126 4.5.3 空间问题4节点四面体单元的MATLAB程序 128 4.5.4 空间问题8节点正六面体单元的MATLAB程序 130 4.6 形状映射参数单元的一般原理和数值积分 133 4.6.1两个坐标系之间的三个方面的变换 133 4.6.2参数单元的三种类型 137 4.6.3参数单元刚度矩阵计算的数值积分 137 4.7 平面问题分析的算例 143 4.7.1 平面3节点三角形单元分析的算例 143 4.7.2 平面4节点四边形单元分析的算例 151 4.8空间问题分析的算例 155 4.8.1 空间4节点四面体单元分析的算例 155 4.8.2 空间8节点六面体单元分析的算例 161 4.9 本章要点 165 4.10习题 166 第5章 有限元分析中的若干问题讨论 169 5.1 单元的节点编号与总刚度阵的存储带宽 169 5.2 单元形状 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 矩阵与刚度矩阵的性质 170 5.2.1 形状函数矩阵的性质 170 5.2.2 刚度矩阵的性质 171 5.3 边界条件的处理与支反力的计算 177 II有限元分析基础教程 曾攀 5.4 单元位移函数构造与收敛性要求 188 5.4.1 选择单元位移函数的一般原则 188 5.4.2关于收敛性问题 189 5.4.3 位移函数构造的收敛性准则 190 5.5 C0型单元与C1型单元 192 5.6 有限元分析结果的性质与节点应力的平均处理 193 5.6.1 有限元分析结果的下限性质 193 5.6.2 共用节点上应力的平均处理 195 5.7 高阶单元的构建 196 5.7.1 一维高阶单元 196 5.7.2 二维高阶单元 199 5.7.3 三维高阶单元 202 5.8 提高计算精度的h方法和p方法 204 5.9 本章要点 205 5.10习题 205 第二部分 有限元分析的典型应用领域 第6章 静力结构的有限元分析 208 6.1 连续体平面问题的MATLAB有限元分析程序 208 6.1.1 程序原理 208 6.1.2 完整的MATLAB程序源代码 212 6.2 受均匀载荷方形板的有限元分析 216 6.3 自主程序开发与ANSYS前后处理器的衔接 222 6.4 工程应用预应力万吨液压机机架的参数化建模与分析 228 6.4.1 模锻液压机的描述 228 6.4.2 8万吨模锻液压机主牌坊的简化模型的有限元分析 230 6.5 习题 235 第7章 结构振动的有限元分析 237 7.1 结构振动分析的基本原理 237 7.1.1 结构振动分析的基本方程 237 7.1.2 结构振动的有限元分析列式 239 7.1.3 常用单元的质量矩阵 241 7.2 汽车悬挂系统的振动模态分析 243 7.3 带有张拉的绳索的振动模态分析 247 7.4 机翼模型的振动模态分析 251 7.5 习题 255 第8章 传热过程的有限元分析 258 III有限元分析基础教程 曾攀 8.1 传热过程分析的基本原理 258 8.1.1 传热过程的基本方程 258 8.1.2 稳态传热过程的有限元分析列式 259 8.1.3 热应力问题的有限元分析列式 262 8.2 平面矩形板的稳态温度场分析 264 8.3 金属材料凝固过程的瞬态传热分析 267 8.4 温度变化下的结构热应力分析 271 8.5 习题 275 第9章 弹塑性材料的有限元分析 279 9.1弹塑性材料分析的基本原理 279 9.1.1 弹塑性材料的物理方程 279 9.1.2基于全量理论的有限元分析列式 282 9.1.3 基于增量理论的有限元分析列式 282 9.1.4 非线性方程求解的 Newton-RaphsonN-R迭代法 283 9.2 三杆结构塑性卸载后的残余应力分析 284 9.3 悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性分析 289 9.4 习题 294 参考文献 296 附录AMATLAB程序基本操作 297 附录BANSYS程序基本操作 309 附录C常用材料的力学性能 316 附录D常用材料的热力学参数 317 附录E计量单位换算 318 中文索引 319 英文索引 323 单元及编程索引 327 IV 有限元分析基础教程 曾攀 典型例题、求解原理、MATLAB算例、ANSYS算例 目 录 第2章 【典型例题】2.11 一个一维函数的两种展开方式的比较 【典型例题】2.21 1D阶梯杆结构问题的材料力学求解 【典型例题】2.22 1D阶梯杆结构的节点位移求解及平衡关系 【典型例题】2.23 1D阶梯杆结构基于位移求解的通用形式 【典型例题】2.31 1D三连杆结构的有限元分析过程 第3章 【基本变量】3.2.11 1D问题的基本变量 【基本方程】3.2.12 1D问题的基本方程 【求解原理】3.2.13 1D问题的直接求解 【求解原理】3.2.14 1D问题的虚功原理求解 【求解原理】3.2.15 1D问题的最小势能原理求解 【典型例题】3.2.16 变截面杆单元的推导 【单元构造】3.2.21 杆单元的描述 【MATLAB程序】3.2.41 1D杆单元的有限元分析程序Bar1D2Node 【MATLAB程序】3.2.42 2D杆单元的有限元分析程序Bar2D2Node 【典型例题】3.2.51 四杆桁架结构的有限元分析 【MATLAB算例】3.2.52 四杆桁架结构的有限元分析Bar2D2Node 【ANSYS算例】3.2.53 四杆桁架结构的有限元分析 【基本变量】3.3.11 平面梁的基本变量 【基本方程】3.3.12 平面梁的基本方程 【求解原理】3.3.13 简支梁的微分方程解 【求解原理】3.3.14 简支梁的虚功原理求解 【求解原理】3.3.15 简支梁的最小势能原理求解 【单元构造】3.3.21 平面纯弯梁单元的描述 【单元构造】3.3.22 一般平面梁单元的描述 【典型例题】3.3.23 受均布载荷平面梁单元的等效节点载荷 【典型例题】3.3.24 悬臂-简支平面连续梁的有限元分析 【MATLAB程序】3.3.61 1D梁单元的有限元分析程序Beam1D2Node 【MATLAB程序】3.3.62 2D梁单元的有限元分析程序Beam2D2Node 【典型例题】3.3.71 三梁平面框架结构的有限元分析 【MATLAB算例】3.3.72 三梁平面框架结构的有限元分析Beam2D2Node 【ANSYS算例】3.3.73 三梁平面框架结构的有限元分析 【ANSYS算例】3.4.21 基于图形界面GUI的桁架桥梁结构分析 【ANSYS算例】3.4.22 基于命令流方式的桁架桥梁结构分析 i 有限元分析基础教程 曾攀 【ANSYS算例】3.4.23 基于参数化方式的桁架桥梁结构分析 第4章 【基本变量】4.2.11 连续体问题的三大类变量 【基本方程】4.2.12 连续体问题的三大类方程及边界条件 【求解原理】4.2.13 直接法以及试函数法的求解思想 【求解原理】4.2.14 连续体问题求解的虚功原理 【求解原理】4.2.15 连续体问题求解的最小势能原理 【强度准则】4.2.16 结构分析中的受力状态诊断强度准则 【单元构造】4.3.11 平面问题的3节点三角形单元 【单元特征】4.3.12 平面3节点三角形单元的位移坐标变换问题 【单元特征】4.3.13 平面3节点三角形单元的常系数应变和应力 【单元构造】4.3.21 平面问题的4节点矩形单元 【单元特征】4.3.22 4节点矩形单元的线性应变和应力 【典型例题】4.3.23 三角形单元与矩形单元计算精度的比较 【ANSYS算例】4.3.24 三角形单元与矩形单元的精细网格的计算比较 【MATLAB程序】4.3.31 3节点三角形单元的有限元分析程序Triangle2D3Node 【MATLAB程序】4.3.41 平面4节点矩形单元的有限元分析程序Quad2D4Node 【基本变量】4.4.11 轴对称问题的三大类变量 【基本方程】4.4.12 轴对称问题的三大类方程及边界条件 【单元构造】4.4.21 3节点三角形轴对称单元环形单元 【单元构造】 4.4.31 4节点矩形轴对称单元环形单元 【单元构造】4.5.11 空间问题的4节点四面体单元 【单元特征】4.5.12 4节点四面体单元的位移坐标变换问题 【单元特征】4.5.13 4节点四面体单元的常系数应变和应力 【单元构造】4.5.21 空间问题的8节点正六面体单元 【单元特征】4.5.22 8节点正六面体单元的一次线性应变和应力 【MATLAB程序】4.5.31 4节点四面体单元的有限元分析程序Tetrahedron3D4Node 【MATLAB程序】4.5.41 8节点正六面体单元的有限元分析程序Hexahedral3D8Node 【基本原理】4.6.11 两个坐标系之间的函数映射 【基本原理】4.6.12 两个坐标系之间的偏导数映射 【基本原理】4.6.13 两个坐标系之间的面体积元映射 【基本原理】4.6.21 等参元、超参元以及亚参元 【基本原理】4.6.31 数值积分的Gauss方法 【典型例题】4.6.32 平面4节点四边形等参元的刚度矩阵的计算 【典型例题】4.7.11 基于3节点三角形单元的矩形薄板分析 【MATLAB算例】4.7.12 基于3节点三角形单元的矩形薄板分析Triangle2D3Node 【ANSYS算例】4.7.13 基于3节点三角形单元的矩形薄板分析 【MATLAB算例】4.7.21 基于4节点四边形单元的矩形薄板分析Quad2D4Node 【ANSYS算例】4.7.22 基于4节点四边形单元的矩形薄板分析 【MATLAB算例】4.8.11 基于4节点四面体单元的空间块体分析Tetrahedron3D4Node 【ANSYS算例】4.8.12 基于4节点四面体单元的空间块体分析 【MATLAB算例】4.8.21 基于8节点六面体单元的空间块体分析Hexahedral3D8Node ii 有限元分析基础教程 曾攀 【ANSYS算例】4.8.22 基于8节点六面体单元的空间块体分析 第5章 【基本原理】5.2.11 单元形状函数性质10/1性质 【基本原理】5.2.12 单元形状函数性质2和1性质 【基本原理】5.2.21 单元刚度矩阵性质1对角线元素的1/0性质 【基本原理】5.2.22 单元刚度矩阵性质2非对角线元素的1/0性质 【基本原理】5.2.23 单元刚度矩阵性质3对称性质 【基本原理】5.2.24 单元刚度矩阵性质4半正定性质 【基本原理】5.2.25 单元刚度矩阵性质5奇异性质 【基本原理】5.2.26 单元刚度矩阵性质6行或列的代数和为零的性质 【典型例题】5.2.27 平面梁单元形状函数的性质 【基本原理】5.31 处理边界条件的直接法 【基本原理】5.32 处理边界条件的置“1”法 【基本原理】5.33 处理边界条件的乘大数法 【基本原理】5.34 支反力的计算 【基本原理】5.35 处理耦合边界条件的拉格朗日Lagrange乘子法 【基本原理】5.36 处理耦合边界条件的罚函数法 【典型例题】5.37 平面问题斜支座的处理 【ANSYS算例】5.38 平面问题斜支座的处理 【基本原理】5.4.31 收敛性准则1完备性要求针对单元内部 【基本原理】5.4.32 收敛性准则2协调性要求针对单元之间 【典型例题】5.4.33 平面单元位移函数选取的要求 【典型例题】5.4.34 平面弯曲梁单元位移函数选取的要求 【典型例题】5.4.35 平面3节点三角形单元的二次位移函数的选择与分析 【基本原理】5.51 C0型单元的位移函数连续性 【基本原理】5.52 C1型单元的位移函数连续性 【基本原理】5.6.11 有限元位移结果的下限性质 【基本原理】5.6.12 有限元模型的刚化性 【典型例题】5.6.13 基于网格加密的求解精度估计 【基本原理】5.6.21 共用节点上应力的直接平均 【基本原理】5.6.22 共用节点应力的加权平均 【单元构造】5.7.11 1D高阶单元二次杆单元 【单元构造】5.7.12 1D高阶单元高次梁单元 【基本原理】5.7.21 面积自然坐标 【单元构造】5.7.22 2D高阶单元6节点三角形二次单元 【单元构造】5.7.23 2D高阶单元矩形高阶Lagrange型单元 【单元构造】5.7.31 3D高阶单元10节点四面体二次单元 【单元构造】5.7.32 3D高阶单元20节点正六面体高阶单元 【基本原理】5.81 提高计算精度的h方法h-version或h-method 【基本原理】5.82 提高计算精度的p方法p-version或p-method iii 有限元分析基础教程 曾攀 第6章 【MATLAB程序】6.1.21 平面问题有限元分析的通用.