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出版者:清华大学出版社

作者:张帆

出品人:

页数:446

译者:

出版时间:2005-2-1

价格:42.00

装帧:平装（带盘）

isbn号码:9787302101598

丛书系列:

图书标签:

• AutoCAD
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• 专家经验
• 设计规范

《机械设计中的应力分析与有限元方法实践》 内容简介 本书系统地阐述了现代机械设计中至关重要的应力分析理论与工程实践，并深入介绍了如何运用先进的有限元分析（FEA）方法来解决复杂的结构力学问题。全书内容紧密结合实际工程案例，旨在为机械工程师、结构设计师以及相关专业的高年级学生和研究生提供一本既具理论深度又具操作指导性的参考手册。 第一部分：机械设计基础理论回顾与应力分析核心概念 本部分首先对经典材料力学和结构力学的基本原理进行了回顾，重点强调了与实际工程应用紧密相关的部分，如应力、应变、弹性模量、泊松比等基本参数的物理意义及其在设计中的作用。 应力状态与应力分析基础： 详细解析了平面应力、平面应变以及三维应力状态的概念，并引入了柯西应力张量，阐述了如何通过转换坐标系求解主应力与最大剪应力。深入探讨了扭转、弯曲、压扁等基本载荷情况下的应力分布规律，并提供了精确的解析解公式及其适用条件。 失效理论的工程应用： 重点讲解了指导材料安全使用的两大类失效准则：屈服准则（如冯·米塞斯准则、特雷斯卡准则）和疲劳准则（如 Soderberg、Goodman、Gerber 准则）。书中通过大量的工程实例，指导读者如何根据材料特性（韧性材料或脆性材料）和载荷性质（静载或交变载荷）选择合适的失效理论，并计算出安全系数。 接触应力分析： 针对齿轮、轴承、凸轮等机械部件中常见的接触问题，详细介绍了赫兹接触理论，包括线接触和点接触的应力分布特征。书中还探讨了在复杂工况下（如存在摩擦或冲击载荷时）如何对接触区域进行初步评估。 第二部分：有限元分析（FEA）的原理与实施 本部分是本书的核心，旨在建立读者对有限元方法的理论理解和软件操作能力，使其能够独立完成复杂结构的数值模拟分析。 有限元方法的数学基础： 从变分原理出发，推导了结构力学问题在有限元框架下的离散化过程。详细介绍了位移法、力的平衡方程、刚度矩阵的组装过程。重点讲解了在二维和三维问题中，不同单元（如桁架单元、梁单元、板壳单元和实体单元）的形函数（插值函数）的构建与性质。 单元类型与选择策略： 全面对比了线单元、四面体单元、六面体单元（砖单元）的特点、计算效率和精度。书中提供了详细的单元选择指南，帮助设计人员根据几何形状的复杂度和所需的精度要求，合理选择单元类型和网格密度。 网格划分的艺术与科学： 强调了网格质量对分析结果准确性的决定性影响。探讨了均匀网格、非均匀网格的划分技术，以及在应力集中区域如何实施局部网格加密。书中还专门设立章节讨论了网格畸变（如高纵横比、非正交性）对解收敛性的负面影响及应对措施。 边界条件与载荷施加： 细致讲解了在 FEA 软件中准确施加位移约束（固定约束、对称/反对称约束）和各种载荷类型（点载荷、面压力、体积力、热载荷）的方法。特别指出，不恰当的边界条件是导致分析结果失真的最常见原因之一。 第三部分：高级分析技术与工程应用实例 本部分将理论与实际应用相结合，展示了如何运用 FEA 解决实际工程中遇到的复杂问题，并介绍了更深入的分析方法。 模态分析与振动特性： 介绍了结构动力学的基础知识，包括自由振动和强迫振动的概念。详细讲解了如何进行模态分析以确定结构的固有频率和振型，以及如何运用瑞利泰勒公式进行频率的初步估算。同时，阐述了如何通过模态叠加法或瞬态动力学分析来评估结构在周期性载荷下的响应。 稳态热分析与热应力计算： 阐述了稳态热传导的有限元求解过程，并展示了如何将热分析的结果（温度场分布）作为载荷输入到结构分析中，计算复杂几何形状和多材料结构中的热应力分布，为高温设备和精密仪器的设计提供依据。 非线性分析的引入： 区分了线性分析的局限性，并介绍了进行几何非线性（大变形）、材料非线性（塑性、蠕变）和接触非线性分析的必要性。书中选取了压力容器屈服分析和重型机械连接件的摩擦接触案例，演示了非线性求解器的迭代收敛控制方法。 优化设计与结果后处理： 介绍了如何基于 FEA 结果进行结构形状优化（如拓扑优化、尺寸优化）以减轻重量或提高刚度。最后，详细指导读者如何对分析结果进行专业化的后处理，包括应力云图的解读、关键节点的位移检查、以及如何撰写符合工程规范的分析报告。 本书力求做到理论严谨、图文并茂，通过丰富的工程案例剖析，帮助读者建立结构力学思维，熟练掌握现代工程分析工具，从而设计出更安全、更可靠、更经济的机械产品。

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