具体描述
本书由浅入深地介绍了有关大型有限元软件——ANSYS7.0的基础知识。通过大量有针对性的实例，首先详尽地介绍了ANSYS7.0的前处理过程、加载与求解以及后处理过程；然后对使用ANSYS7.0进行静力分析、动力分析和非线性分析作了详细、重点的介绍。另外，本书还特别对使用ANSYS7.0进行梁分析与横截面以及MechanicalToolbar做了专门细致的介绍。本书中所采用的实例，大多来源于工程实际与平时的科研课题，例如悬索桥动力特性计算和移动荷载作用下的桥梁振动，都是非常热门的科研领域。通过对本书的学习，可以让读者对ANSYS7.0的强大功能有充分、深入的了解，并能尽快熟练地掌握它的使用方法，从而为自己的工作学习服务。
本书内容新颖翔实、结构严谨合理、实例精典、语言简练通俗，既可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、硕士、博士研究生及教师学习大型有限元软件ANSYS7.0的理想教材，也可作为从事土木工程、地质矿产、水利、铁道、汽车交通、航天航空、船舶、机械制造、核工业、石油化工、轻工、电子、日用家电、生物医学等专业的科研人员和工程技术人员使用ANSYS7.0难得的参考书。
深入探索现代工程仿真与数值方法 本书聚焦于超越特定软件版本的通用工程仿真原理、数值计算方法及其在解决复杂工程问题中的实际应用。 本书旨在为工程师、研究人员以及高年级学生提供一个坚实的基础，使其不仅能够熟练操作现有的仿真工具，更能理解其背后的数学原理、算法选择的合理性以及结果验证的科学性。我们相信，真正的仿真能力来源于对底层理论的深刻洞察，而非简单地对特定软件界面的机械操作。 第一部分：工程仿真与数值分析的基石 本部分着重构建现代计算工程学的基础框架，为后续的深入分析打下坚实的理论基础。 第一章：工程问题的数学建模与离散化 本章详细阐述如何将复杂的物理现象（如传热、流体流动、结构变形等）转化为可求解的偏微分方程（PDEs）。我们深入探讨各种物理定律在数学语言下的表达方式，强调物理守恒律在模型构建中的核心地位。随后，重点介绍将连续的PDEs转化为离散代数方程组的关键步骤——离散化技术。我们将对比有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM）和有限元法（FEM）在处理不同类型域和边界条件时的优劣，侧重于对FVM和FEM在现代多物理场仿真中的适用性进行深入剖析，而不局限于任何特定软件的实现细节。 第二章：线性与非线性代数方程求解技术 离散化过程最终生成庞大的线性或非线性方程组。本章将系统回顾高效求解这些方程组的数值算法。在线性系统求解方面，我们将对比直接法（如LU分解）和迭代法（如Jacobi、Gauss-Seidel，及其预条件共轭梯度法CGS、GMRES等）的收敛特性、计算成本和内存需求。对于非线性问题，本书将详尽阐述牛顿法及其各种修正形式（如准牛顿法），并探讨在处理大规模、强非线性问题时，如何通过合理的初始猜测和步长控制策略来确保收敛的鲁棒性。 第三章：时域与频域分析的数值方法 针对涉及时间演化的问题，本章探讨常微分方程组的数值积分方法。我们将对比显式和隐式时间步进格式（如欧拉法、龙格-库塔法RK4、向后差分公式BDF），并详细分析它们的稳定性和精度限制（例如CFL条件）。对于涉及周期性或模态分析的问题，本章将介绍傅里叶变换、拉普拉斯变换在工程分析中的应用，以及如何利用模态叠加法进行高效的瞬态响应预测。 第二部分：关键物理场仿真的高级主题 本部分将聚焦于流体力学（CFD）和固体力学（CSM）领域中，超越基础入门的专业高级计算技术。 第四章：计算流体力学（CFD）的高级算法 本章深入探讨了求解纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）的尖端技术。重点放在如何处理湍流模型，包括对雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型（如$k-epsilon, k-omega$）的物理意义和系数校准进行深入探讨。此外，还将介绍大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）的基本思想和计算挑战。在网格生成方面，本书讨论了非结构化网格的优化策略、边界层网格的划分技术，以及动态网格重构（如网格变形和网格重剖分）在处理剧烈流动界面问题中的关键作用。 第五章：结构与材料的非线性有限元分析 本章侧重于固体力学中涉及大变形、材料非线性和接触相互作用的复杂分析。在几何非线性方面，我们将剖析应变和应力张量的更新算法（如全拉格朗日、增广拉格朗日和混合拉格朗日描述）。材料非线性部分，详细分析弹塑性本构关系（如Von Mises屈服准则、各向同性/运动硬化模型）的数值实现。尤其重要的是接触算法，包括罚函数法、增广拉格朗日法在处理多点接触和摩擦条件下的收敛控制策略。 第六章：多物理场耦合与优化设计 现代工程问题往往涉及多个物理场之间的相互作用（如流固耦合FSI、热电耦合）。本章探讨实现这些耦合分析的两种主要策略：单向耦合与双向（或完全）耦合。我们将分析不同耦合算法（如分区法、整体法）的稳定性和计算效率。最后，本章引入计算优化设计的基础，介绍如何将数值仿真模型与迭代优化算法（如梯度下降法、遗传算法）结合，实现基于仿真的结构轻量化、效率最大化等目标。 第三部分：仿真结果的评估与可靠性保证 有效的仿真不仅在于运行成功，更在于对结果的科学评估和可信度验证。 第七章：网格收敛性研究与误差估计 本章强调网格质量对计算结果准确性的决定性影响。我们将系统介绍如何进行网格收敛性研究，包括网格渐进分析（Richardson Extrapolation）的方法和应用。此外，探讨求解器误差和模型误差的量化方法，介绍后处理误差估计技术，帮助用户识别计算域中误差集中的区域，从而指导自适应网格加密策略的实施。 第八章：仿真结果的验证与确认（V&V） 本章是确保仿真可靠性的关键。验证（Verification）关注“我们是否正确地解了方程？”，确认（Validation）关注“我们是否解了正确的方程？”。我们将详细讨论与实验数据对比、分析模型简化假设的适用范围、以及使用标准基准问题进行对标测试的科学流程。本章内容独立于任何特定软件工具，强调的是工程科学的严谨性标准。 本书不提供任何现成软件的操作手册，而是致力于构建读者对计算科学的深度理解，使他们能够自信地驾驭任何前沿的、基于数值方法构建的工程仿真平台。
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