CADCAMCAE教学基地·Pro/ENGINEER Wildfire 3.0结构、热、运动分析基础与典型范例 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:370

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出版时间:2008-3

价格:49.00元

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isbn号码:9787121058813

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深入探索现代制造业的数字基石：一个聚焦于高级仿真与优化方法的概述 本书系旨在为工程技术人员、设计工程师以及相关专业的学生提供一套全面而深入的知识体系，涵盖了现代产品开发流程中至关重要的高级有限元分析（FEA）、计算流体力学（CFD）以及多体动力学（MBD）的理论基础、应用方法与实际案例。我们避开了对特定商业软件如Pro/ENGINEER Wildfire 3.0界面的具体操作的详尽描述，而是将重点放在驱动这些仿真工具的核心工程物理原理和数学模型之上，确保读者掌握可迁移的核心技能。 第一部分：结构完整性与线性/非线性力学分析的精髓 本部分深入剖析了工程结构分析的基石——连续介质力学。 1. 弹性力学基础与应力-应变关系： 详细阐述了三维直角坐标系下的应力张量和应变张量，重点讲解了广义胡克定律在各向同性、正交各向异性材料中的具体表达形式。我们不仅探讨了静态载荷下的线性弹性行为，更花费大量篇幅解析屈服准则（如冯·米塞斯、特雷斯卡准则）和塑性本构模型（如完美塑性、随动硬化模型）在处理材料大变形和永久变形问题中的应用。 2. 有限元方法的数学框架： 本节是结构分析的理论核心。我们将详细介绍变分原理（如最小势能原理）如何导出有限元方程[K]{u} = {F}。重点分析了不同单元类型（梁单元、板壳单元、实体单元）的形函数插值原理及其对分析精度的影响。特别关注单元选择的策略：如何根据几何特征、载荷分布和预期失效模式，选择最合适的单元类型和网格密度，避免“锁定”现象或过度约束。 3. 接触问题与高级边界条件处理： 接触分析是复杂装配体仿真中最具挑战性的部分之一。本书将区分点对点、点对线、面接触的数值算法，探讨惩罚法、拉格朗日乘子法等接触约束的实现机制。对于非线性分析中的大变形与几何非线性（大转角、后屈曲分析），详述了牛顿-拉夫森迭代法的收敛性判断标准和载荷增量步的选取策略，确保复杂非线性问题的求解稳定。 第二部分：热传递、传热与耦合分析的物理深度 本部分侧重于能量的传递与平衡，这是涉及温度效应、热应力以及与流体相互作用分析的基础。 1. 传热学基本定律与数值求解： 深入探讨稳态与瞬态传热的微分方程，详细分析了导热、对流和辐射这三种主要传热模式的数学描述。在有限元框架下，介绍如何离散化热传导方程，并形成热传导刚度矩阵。特别强调在瞬态分析中，时间积分格式（如欧拉法、Crank-Nicolson法）对计算稳定性和精度的影响。 2. 热-结构耦合分析（Thermo-Mechanical Coupling）： 精确模拟温度变化导致的尺寸变化和内力重分布是现代工程设计的关键。本章将分析热膨胀应变如何被引入到结构力学方程中。讨论单向耦合（温度场独立于结构场）与双向（完全）耦合（结构形变反作用于温度场，例如在摩擦或压缩加热中）的建模差异与求解流程。 3. 材料热性能的表征： 讲解了影响热分析精度的关键材料参数，如热膨胀系数（CTE）、热导率和比热容。对于复合材料和多层结构，如何利用微观力学方法或混合律来准确预测宏观热响应。 第三部分：运动学、动力学与系统行为仿真 本部分聚焦于系统的时间依赖行为，包括振动、冲击响应和复杂机械系统的运动仿真。 1. 模态分析与自由/强迫振动理论： 详尽阐述特征值问题——固有频率与振型（特征向量）的计算方法。讨论阻尼在动力学分析中的建模，对比粘滞阻力阻尼、瑞利阻尼和材料阻尼的适用场景。对于瞬态动力学分析，重点讲解中心差分法等时间积分方法的稳定性和对高频响应的捕捉能力。 2. 冲击与瞬态响应分析： 处理非线性动力学问题，如碰撞、爆炸或快速冲击载荷。本章将区分显式动力学（适用于短时、高非线性、大变形问题，采用中心差分法）和隐式动力学（适用于准静态或低速非线性问题，采用牛顿迭代法）。对比两种方法的计算效率、内存需求及适用范围。 3. 多体系统动力学（MBD）的抽象与求解： MBD是仿真复杂机械机构（如悬架系统、机器人）的利器。本部分将介绍如何将复杂的物理系统抽象为铰链、关节、约束的网络模型。重点讲解约束方程的建立（如球铰、万向节、滑动副）以及使用拉格朗日方程求解系统的运动学和动力学方程组的方法。 第四部分：高级仿真结果的解读与验证 本部分超越了单纯的数值计算，转向如何确保仿真结果的可靠性、准确性与工程实用性。 1. 误差来源与网格敏感性研究： 系统性地分析数值误差的来源，包括离散化误差（网格质量与密度）、截断误差（时间步长）和材料模型误差。指导读者进行网格收敛性研究，通过网格细化测试来确定工程上可接受的网格密度，确保解的独立于网格的性质。 2. 仿真模型的校准与验证（Verification & Validation, V&V）： 强调了模型验证（Verification）——确保数值解正确地满足了所建立的数学方程；以及模型验证（Validation）——确保数学模型准确地反映了物理现实。介绍对比实验数据、简化模型分析或解析解的方法来校准仿真结果的准确性。 3. 疲劳寿命预测的初步概念： 在结构分析的结论基础上，简要介绍如何利用高应力集中区域的应力历史数据，结合应力-寿命（S-N）曲线或应变-寿命（E-N）曲线，对结构进行初步的疲劳损伤评估，从而指导设计安全裕度的确定。 本书通过这种聚焦于底层物理原理、算法逻辑和工程应用策略的方法，旨在培养读者成为能够独立设计、执行和批判性评估复杂工程仿真分析的专家，而不局限于任何特定软件的版本或操作。

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