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出版者:第1版 (2003年1月1日)

作者:刘国庆

出品人:

页数:327

译者:

出版时间:2003-1

价格:32.0

装帧:平装

isbn号码:9787113049959

丛书系列:

图书标签:

• ANSYS
• 有限元
• 机械工程
• 仿真
• 结构分析
• 材料力学
• 工程应用
• 教程
• 机械设计
• 数值计算

机械工程数值模拟与结构分析实战指南 本书聚焦于机械工程领域中，结构强度、动力学特性以及热应力等关键问题的数值模拟与有限元分析（FEA）技术。 内容纲要： 第一部分：有限元分析基础与前处理技术 第一章：现代机械工程中的数值模拟地位 机械设计流程的演进： 从传统图纸设计到数字化原型制造（Digital Prototyping）的转变。 数值模拟的必要性： 解释为什么仅凭经验公式和简化理论已无法满足现代高精度、高性能产品的设计要求（如航空航天、精密仪器、高速列车等）。 有限元方法（FEM）的理论基石： 简述变分原理、虚功原理在线弹性力学中的应用，为后续软件操作提供理论支撑。 FEA 软件生态概览： 介绍主流商业和开源 FEA 软件的功能侧重，为读者选择合适的工具奠定基础。 第二章：几何建模与清理的艺术 CAD 模型导入与兼容性挑战： 处理 IGES, STEP, Parasolid 等不同格式文件的误差和缺陷。 简化策略（Defeaturing）： 识别并去除对分析结果影响极小但会极大增加计算量的特征（如小倒角、螺纹、装配体中的非关键小孔）。 简化处理的度量标准： 如何判断一个简化操作是否会显著改变分析结果（如应力集中区域的保留）。 实体、壳体与梁单元的选择依据： 根据构件的几何特征（长细比、厚度）和分析需求，合理选择降维建模技术，以平衡精度与计算效率。 第三章：高质量网格划分的精要 网格质量的决定性作用： 深入探讨网格形状（四面体、六面体、三角形、线单元）对解精度的影响（如 Jaccard 系数、Aspect Ratio、Skewness）。 边界层网格的构建： 在高梯度区域（如角点、载荷施加面、接触面）如何使用高质量的六面体或楔形单元构建高密度网格。 自适应网格细化（Adaptive Meshing）： 介绍基于应力梯度、能量误差的自动网格加密技术，实现“哪里需要，哪里加密”。 网格划分流程自动化： 结合参数化脚本，实现复杂装配体网格划分的批量处理与规范化。 第二部分：静态与模态分析的深入应用 第四章：线性静力学分析的实操细节 材料模型的精确选择： 区别线弹性、弹塑性（如 J2 流动法则）、超弹性（橡胶/高分子材料）的应用场景及参数标定。 载荷施加的真实性： 模拟真实世界的载荷：压力分布、惯性载荷、柔性体施加载荷（Rigid Body Loads）。 约束条件的设置与反作用力验证： 如何在约束不完全（Kinematically Unconstrained）的情况下，通过平衡方程检查整体受力平衡。 结果后处理与许用应力判据： 冯· mises 应力、主应力分析，以及基于屈服强度、安全系数的评估标准。 第五章：接触分析的复杂性处理 接触算法的选择与对比： 罚函数法、增广拉格朗日法、纯法向接触法的优缺点及适用性。 接触类型的精准定义： 缝隙（Gaps）、粘结（Bonded）、分离（Separation）、摩擦接触的建模细节。 摩擦系数的影响分析： 探讨库仑摩擦模型在静止、滑动状态下的响应差异，以及在大型装配体中的迭代收敛问题。 自接触（Self-Contact）的应对： 在挤压、折叠等场景中，如何有效识别和处理构件自身的相互接触，避免计算中断。 第六章：结构模态与振动特性识别 模态分析的基础理论： 质量矩阵、刚度矩阵、特征值问题的求解。 自由边界与固定边界的模态差异： 分析不同约束条件对结构固有频率和振型的影响。 有效质量因子（Effective Mass Factor）： 评估多少阶模态需要被提取才能充分代表结构的整体振动特性。 Campbell 图与稳定性分析引言： 介绍模态分析在预测旋转机械（如齿轮箱、涡轮）潜在失稳点（振子、发散）中的应用。 第三部分：进阶分析：非线性与多物理场耦合 第七章：几何非线性与大变形分析 从线性到几何非线性： 当位移与转动角度超过特定阈值时，必须考虑的二阶和三阶应力项。 应变关系的选取： 欧拉-伯努利梁理论（小变形）与 Green-Lagrange 应变（大变形）的选择边界。 非线性求解器的收敛性控制： 牛顿-拉夫逊法、弧长法（Arc-Length Method）在求解位移突变、屈曲问题中的应用。 屈曲分析（Buckling）： 线性屈曲（Eigenvalue Buckling）与非线性屈曲的对比，以及后屈曲行为的预测。 第八章：瞬态动力学与冲击响应 时域求解方法： 显式积分（Explicit Integration）与隐式积分（Implicit Integration）在冲击和准静态问题中的适用性。 冲击载荷的施加： 集中冲击力、爆炸载荷（内部或外部冲击波）的建模技术。 粘滞阻尼与材料阻尼： 在瞬态响应中引入 Rayleigh 阻尼或其他基于材料的阻尼模型，以模拟能量耗散。 时程后处理： 提取特定节点在时间历程上的位移、速度、应力变化曲线，进行峰值响应评估。 第九章：热-结构耦合分析基础 耦合分析的类型： 单向耦合（热对结构的影响）与双向耦合（结构变形对热边界条件的影响）。 热载荷的导入： 对流换热、辐射换热、体内热源（如电路板散热）的 FEA 实现。 热应力与蠕变分析： 考察高温环境下材料松弛和时间依赖性变形对结构寿命的影响。 第十章：实践中的质量控制与后处理 结果的可靠性评估： 检查支撑处的约束是否合理、载荷是否平衡、网格敏感性分析（Mesh Convergence Study）。 应力奇异性处理： 识别并区分因几何突变导致的局部应力奇点与材料破坏前兆的真实高应力区域。 报告生成与可视化： 高质量的云图、动画演示的制作规范，以及关键工程参数的提取与报告。 读者对象： 本书面向机械设计工程师、结构分析师、从事产品研发的高级技术人员，以及相关专业（如材料、航空航天、土木工程）的研究生和本科高年级学生。要求读者具备基本的机械原理和材料力学知识，对使用商业数值模拟软件有初步接触或强烈学习意愿。通过本书，读者将能够建立起一套严谨、高效的机械结构数值分析流程，确保设计决策的科学性和产品的可靠性。

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这本《ANSYS工程应用教程（机械篇）》给我的感觉，就像是拿到了一把能开启复杂工程问题大门的万能钥匙。我之前在学校里接触过一些有限元分析的基础知识，但真正要上手处理实际项目时，总感觉手里缺了点“干货”。这本书的厉害之处就在于，它没有停留在枯燥的理论公式上打转，而是非常注重实战操作的每一个细节。从最基础的几何建模、材料属性定义，到网格划分的精细控制，每一个步骤作者都讲解得极其到位。特别是关于结构分析中的载荷施加和边界条件的设定，书中提供了大量的案例分析，这些案例贴近工业生产中的真实场景，让我可以清晰地看到不同设置对最终结果影响的差异。比如，在处理一个受复杂载荷的机械臂模型时，我之前总是对如何准确模拟接触应力感到头疼，这本书里关于高级接触设置的章节，简直是雪中送炭。它不仅告诉你“怎么做”，更重要的是解释了“为什么这么做”，这种深入浅出的讲解方式，极大地提升了我对ANSYS软件的理解深度，让我不再是简单的“软件操作员”，而更像是一个能驾驭分析工具的工程师。我强烈推荐给所有希望从理论走向实践的机械设计与分析人员，这本书绝对值得放在手边作为参考手册。

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如果让我用一个词来形容这本书给我的最大收获，那一定是“系统性”和“应用性”的完美结合。很多教程只是零散地介绍了一些功能点，你学完后可能知道如何点开某个按钮，但却不清楚这个分析在整个工程流程中处于什么位置，它的输出结果如何指导后续的制造或改进。这本书则不然，它总是将技术点置于一个完整的工程背景下进行讲解。例如，它不仅仅教你如何进行应力云图的后处理，更会引导你去分析这些应力分布的物理意义，并结合材料的许用应力标准来判断结构是否安全，甚至延伸到如何根据结果优化结构以减轻重量。这种“知其所以然”的教学方法，极大地培养了我的工程判断力。对于我这种工作需求经常涉及新材料和新结构的工程师来说，书中对于高级材料模型（如超弹性、粘塑性）的介绍和实例演示，为我应对前沿技术挑战提供了坚实的理论和操作基础。它不是教你如何写一份报告，而是教你如何进行一次有说服力的、基于科学计算的工程决策。

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这本书的排版和图示质量，也绝对是同类书籍中的佼佼者。在进行工程软件的学习时，视觉信息的传达效率至关重要。很多教程的截图模糊不清，或者步骤说明过于简略，导致读者需要反复对照软件界面来确认操作。但在这本《ANSYS工程应用教程（机械篇）》中，几乎所有的关键操作界面和结果展示图都清晰、准确，并且关键的菜单选项和参数设置都被高亮标记出来，配上精炼的文字描述，阅读体验非常顺畅。特别是对于那些需要进行参数化建模和脚本化操作的部分，书中的代码示例和解释逻辑清晰，即使用户对APDL（ANSYS Parametric Design Language）不太熟悉，也能很快理解其背后的计算逻辑。我曾经花了好几天时间尝试用其他资料去理解一个复杂的壳单元的厚度定义问题，结果一头雾水。直到翻阅这本书中专门讲解壳单元特性的章节，通过它提供的对比案例，我瞬间就明白了不同输入方式对结果的细微差别。这种对细节的极致追求，体现了编者对读者学习体验的真正重视，让人感到非常贴心和专业。

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说实话，我拿到这本书的时候，内心其实是抱着一丝怀疑的，市面上的教程太多了，很多都是华而不实的“花架子”，读完后感觉啥也没学会。然而，这本书的编排逻辑完全颠覆了我的固有印象。它构建了一个非常清晰的学习路径，从入门级的静态结构分析，逐步过渡到动态、热力耦合，乃至更复杂的疲劳和断裂分析，每一步的衔接都非常自然流畅，没有那种硬生生堆砌知识点的感觉。最让我惊喜的是，作者在讲解每个模块时，都会穿插一些“避坑指南”，这些都是基于作者多年实践经验的总结，比如在进行模态分析时如何避免“刚体位移”的陷阱，或者在非线性分析中如何调整求解器设置以确保收敛。这种“过来人”的经验分享，比任何标准的帮助文档都要宝贵得多。它让你在学习软件功能的同时，也在培养一种严谨的工程分析思维。我感觉自己在使用这本书的过程中，仿佛有位经验丰富的导师在旁边随时指导，帮我规避了许多不必要的弯路。这本书的价值，已经远远超出了一个普通的教程范畴，它更像是一本高阶工程师的经验宝典。

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坦白说，这本书的厚度让我有些望而生畏，但当我真正沉浸其中后，才发现每一页的价值都非常高，完全不存在灌水凑篇幅的情况。它仿佛是作者多年工作经验的精华提炼，既有面向初学者的友好引导，也有为资深用户准备的深入探讨。尤其值得称赞的是，作者似乎对国内外的行业标准和规范有深入的了解，在讲解如疲劳寿命评估时，会适当地引用相关的行业规范要求，这使得书中的分析结果更具实际应用价值和说服力，而不是停留在纯粹的数学计算层面。例如，在处理一个疲劳寿命预测问题时，书中不仅给出了ANSYS的求解步骤，还对比了不同寿命评估方法的适用场景，这种多角度的比较分析，极大地拓宽了我的视野。这本书让我深刻体会到，高效的有限元分析不仅仅是跑出结果，更重要的是对结果进行批判性的评估和解读。对于希望在机械仿真领域快速成长、真正将仿真技能转化为生产力的专业人士来说，这本书无异于一份不可多得的财富。

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