结构有限元分析基础及ANSYS应用_黄维平，杨永春，陈常龙编著_9787113227364

本书共分为两部分。第一部分介绍有限元方法的基础理论和基本方法，内容包括：微分方程的近似解法、泛函的构造、弹性力学变分原理、单元类型及其位移函数和插值函数、单元插值函数的构造方法、有限元方程的建立及计算结果处理、程序模块化的基础-等参变换与数值积分、有限元程序结构-ANSYS基础、结构力学有限元的特点、非线性问题的有限元方法。第二部分介绍ANSYS在结构分析中的应用，内容包括：ANSYS的结构分析功能、ANSYS单元类型、结构分析模块的功能及使用方法、水动力分析模块的功能及使用方法、流体力学及流固耦合分析模块的功能及使用方法。

  随着有限元理论与方法的不断完善及计算机技术的突飞猛进，通用和专业有限元软件的功能越来越强大，有限元方法已经成为结构领域不可或缺甚至赖以生存的工具，其精准程度甚至被冠以数值实验室的美誉。虽然它还不能也不可能完全取代物理模型试验，但它已在很大程度上替代了部分模型试验，被广泛应用于土木建筑、航空航天、机械制造、水利水电和海洋工程等领域，成为工程设计和科学研究不可或缺的工具。
  三十多年前，人们还主要靠个人编程来完成结构的有限元分析。很多学者花费了大量时间和精力致力于计算程序的开发，以便于完成自己的科学研究。为提高程序的计算精度和计算速度，他们不仅需要掌握有限元的知识和相关的数学方法，还需要具备运用计算机语言编程的能力。
商用有限元软件的出现为用户节省了个人编程的大量时间和精力，对有限元方法的普及起到了重要的作用。除特殊问题外，一般的结构设计分析问题都已经有了相应的有限元软件。而且，软件的应用也随着视窗操作系统的出现而变得越来越方便。用户甚至可以通过人机对话的方式完成一个大型结构的有限元分析，而不需要人工划分网格并编制输入文件来完成结构分析。但也正是商用软件的出现，使用户对有限元方法的理论和编程技巧越来越生疏。尽管大多数情况下，这并不影响软件的使用，但面对软件给出的“答案”却很难作出合理的解释，甚至不知“答案”的正确与否，即便是正确的“答案”也很难作出计算误差的判断。同时，随着商用有限元软件的普及，介绍有限元理论的书籍越来越少，介绍编程方法和技巧的书籍更是凤毛麟角。笔者在多年的教学及科研实践中，深切地感受到用好商用有限元软件对有限元知识的依赖程度之高，要想随心所欲地用好这个工具，必须对有限元方法有一个比较全面的了解，理解和掌握其中的基本理论与方法。鉴于此，将自己授课的体会和科研的经验整理成书，以为读者提供有益的参考。
  为了更好地实现理论与实践的结合，书的第一篇比较详尽地介绍了有限元分析的理论基础与数值方法，第二篇则以大型有限元软件ANSYS（160版）为例介绍了结构有限元分析的程序实现方法。读者可通过第一篇的阅读更好地了解ANSYS的结构分析功能及单元适用条件，掌握ANSYS各种结构分析功能的理论基础与方法特点，为精准地使用ANSYS进行结构设计分析打下良好的基础。本书具体内容如下：第1章从微分方程的近似解法引出有限元方法所依赖的理论基础，主要内容包括：微分方程的近似解法、变分原理与里兹方法和弹性力学变分原理。第2章介绍了广义变分原理，主要内容包括：约束变分原理、弹性力学广义变分原理和弹性力学修正变分原理。第3章为弹性力学有限元法，介绍了单元刚度矩阵及荷载向量的构造、系统矩阵及有限元方程的形成、边界条件的引入和方程的求解以及单元应力计算。第4章为杆系结构的有限元方法，介绍了杆和梁单元的插值函数及刚度矩阵、桁架与刚架结构的坐标变换等。第5章为平板弯曲问题的有限元方法，介绍了薄板的基本方程，不同类型板单元的插值函数构造以及应力杂交板单元。第6章为单元与插值函数构造，介绍了弹性力学和结构力学的各种类型单元及其插值函数构造，包括：一维的杆和梁单元、二维的三角形和四边形单元、三维的六面体和四面体单元，最后，简单介绍了等参单元的概念。第7章介绍了轴对称壳单元，主要内容包括：基于薄壳理论的轴对称壳单元、平移和转角独立插值的轴对称壳单元和轴对称超参数壳体单元。第8章介绍了一般壳体单元，主要内容包括：平板壳体单元和超参数壳体单元。第9章为非线性问题的有限元方法。首先，介绍了ANSYS软件采用的主要非线性方程的解法，包括：迭代法、牛顿—拉夫森方法和增量法。然后，分别介绍了几何非线性问题和材料非线性问题，并重点介绍了弹塑性问题的求解方法。第10章和第11章分别为ANSYS软件的结构静力和结构动力分析部分，主要介绍了软件的静力和动力分析功能和方法，并以Windows操作系统的ANSYS 160版本为例分别介绍了结构静力和结构动力分析的步骤，并通过算例演示了结构静力和结构动力分析（模态分析）的软件操作步骤。第12章介绍了ANSYS软件结构分析的常用单元，包括一维单元中的杆和梁单元、二维单元中的平面三角形和四边形单元、三维单元中的六面体和四面体单元以及板壳单元，内容包括单元的几何形状、局部坐标系统及结点参数的定义，以及单元的位移函数与功能。
  由于笔者对有限元理论的理解还不够准确全面，对ANSYS还缺乏深入的了解，书中一定存在一些阐述不准确、不到位的内容，还请读者多提宝贵意见。

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