具体描述
《使用ANSYS 6.1 进行结构力学分析》适合于ANSYS的初学者和具有一定基础的读者使用，并可供有限元工程计算人员参考。
《使用ANSYS 6.1 进行结构力学分析》特色：提供全新用户交互图形界面，以及在计算机模块、应用数值方法和计算优化方面均获改进的ANSYS 6.1的软件学习，重点介绍使用ANSYS 6.1进行静力学分析、非线性分析、瞬态动力学分析、模态分析、屈曲分析与接触分析等多种类型结构分析的典型分析实例。
深入结构动力学与先进有限元方法：面向工程实际的理论与应用 本书旨在为结构工程、机械工程及相关领域的工程师和高级研究人员提供一套全面、深入且高度聚焦于现代结构分析的理论框架与实践工具。它并非聚焦于特定软件版本的操作指南，而是致力于构建坚实的计算力学基础，并探索超越传统静力学分析的先进课题。 本书内容涵盖了从基础的连续介质力学回顾到前沿的非线性动力学分析、多物理场耦合以及面向实际工程挑战的数值方法优化。其核心目标是使读者能够独立地理解、建立和求解复杂的工程问题，而非仅仅依赖软件的默认设置。 --- 第一部分：结构分析的理论基石与数值方法深化 本部分首先对经典弹性力学和塑性理论进行严谨的回顾，重点强调材料本构模型的选择与参数化在数值模拟中的关键作用。 第一章：连续介质力学与本构关系进阶 本章将详细阐述应力与应变张量的微分几何基础，并深入探讨线弹性、弹塑性、粘弹性及粘塑性材料模型的数学描述。特别地，我们将引入损伤力学（Damage Mechanics）的概念，分析材料在循环载荷和疲劳过程中的演化规律，并对比不同损伤模型（如Lemaître模型与Kachanov模型）在数值实现上的差异与适用性。此外，对超材料（Metamaterials）的有效介质理论（Effective Medium Theory）及其在有限元框架下的建模挑战进行深入探讨。 第二章：有限单元法的数学理论与稳定性分析 本章超越基础的形函数插值，聚焦于有限元方法的收敛性、精度与稳定性。内容包括： 高阶单元与奇异性处理： 讨论$p$-有限元法和$h-p$自适应策略，重点分析尖角、裂纹尖端等应力奇异区域的建模技巧，例如使用$J_2$或$M$-积分的能量释放率计算方法。 数值积分方案的深入研究： 对不同时间积分格式（如Newmark-$eta$法、中心差分法）在非线性问题中的稳定性和精度进行严格的比较和分析，特别关注自适应时间步长控制算法的设计与实现。 锁死现象（Locking Phenomena）： 详细剖析剪切锁死（Shear Locking）和体积锁死（Volumetric Locking）的成因，并提供如混合有限元法（Mixed FEM）和退化单元（Reduced Integration）的精确修正方案。 --- 第二部分：结构动力学与瞬态响应分析 本部分是本书的重点，专注于处理时间和惯性效应显著的结构问题，涵盖从模态分析到高度非线性的碰撞与冲击问题。 第三章：特征值问题与模态分析的工程应用 本章详述提取结构固有特性——特征值（固有频率）和特征向量（振型）的数值算法，如子空间迭代法、Lanczos方法。重点探讨： 随机动力学基础： 如何使用Monte Carlo模拟或随机场理论来处理结构参数（如材料模量、边界条件）的不确定性，并进行可靠性评估。 模态叠加法的局限性与修正： 在高频响应和非线性问题中，超越经典模态叠加法的精确动力学传递函数（Exact Dynamic Influence Functions）的建立与应用。 第四章：非线性动力学：显式与隐式方法 本章集中讨论处理大变形、大应变和接触问题的动态分析方法。 显式积分（Explicit Integration）： 深入解析中心差分法的稳定性和时间步长限制，探讨质量缩放（Mass Scaling）在显式分析中的应用与潜在风险。重点分析其在高速冲击、爆炸载荷等瞬态问题中的优势。 隐式积分（Implicit Integration）的非线性迭代： 详细阐述牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson）及修正牛顿法在求解结构屈曲、几何非线性（大变形）问题时的收敛性控制，包括线搜索和线下面搜索技术。 第五章：接触、碰撞与摩擦学的数值实现 本章专门针对复杂的接触问题，这是许多工程实际问题（如装配、碰撞、磨损）的核心难点。 接触算法的数学表述： 引入Kuhn-Tucker互补性条件，详细讲解基于罚函数法、增广拉格朗日法和乘子法的接触判定与求解策略。 摩擦模型的演化： 对库仑摩擦模型的数值实现进行深入分析，并引入粘滑（Stick-Slip）现象的模拟技术，包括对摩擦系数随速度或温度变化的非保守摩擦模型的处理。 --- 第三部分：先进结构分析与多场耦合 本部分拓展到超越纯结构力学的范畴，探讨结构系统如何与其他物理场相互作用。 第六章：热-结构耦合分析（Thermo-Mechanical Coupling） 本章探讨温度场对结构力学性能的影响，主要围绕瞬态和稳态热载荷下的响应分析： 耦合的数值策略： 分析单向耦合（One-Way Coupling）与全隐式双向耦合（Fully Coupled Implicit Schemes）的异同，特别关注在高温蠕变（Creep）和热应力松弛问题中的应用。 材料的热依赖性： 如何在有限元模型中准确描述材料的热膨胀系数、杨氏模量随温度的变化，以及蠕变本构关系（如Norton-Bailey模型）的积分。 第七章：疲劳寿命与断裂力学的高级评估 本章聚焦于结构的长期服役可靠性评估： 基于应变控制的低周疲劳（LCF）： 应用Manson-Coffin关系，讨论如何从瞬态或模态分析结果中提取等效应变范围。 基于应力强度的疲劳（HCF）与断裂评估： 深入探讨应力强度因子（Stress Intensity Factors, SIFs）的数值计算方法（如虚拟裂纹闭合技术VCCT），以及弹塑性断裂参数（如$J_2$积分）在裂纹扩展模拟中的应用。 第八章：优化设计与逆向工程的计算方法 本章探讨如何将结构分析模型集成到设计迭代循环中。内容包括： 拓扑优化与形状优化基础： 介绍密度法（SIMP）和水平集方法（Level Set Method）在有限元框架下的实现，以及如何处理伴随问题的灵敏度分析。 结构系统的识别与参数估计： 使用最小二乘法、迭代卡尔曼滤波等方法，基于实验模态数据对模型参数进行反演校正，以提高仿真与实测的一致性。 --- 总结而言，本书为读者提供了一个从基础理论到复杂工程问题解决的完整技术路线图，强调的是“为什么”和“如何精确地”建模和求解，而非仅仅“如何操作软件按钮”。它要求读者具备扎实的线性代数、微分方程和基础固体力学知识，致力于培养具备独立、批判性地进行高级结构数值模拟的能力。
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