工程结构性能的数值分析及实例

前言

第1章引论1

11数值分析与工程产品结构

设计的关系1

12结构性能数值分析的理论

内核与建模5

13撰写本书的目的10

第2章工程结构中承载单元的

传力特征12

21本书对工程结构的界定12

22结构上母材的承载传力特征12

23弧焊接头的承载传力特征13

24电阻点焊接头的承载

传力特征15

25螺纹连接结构的承载传力

特征16

26本章小结17

第3章按位移求解的若干力学问题

的微分方程与数据链19

31按位移求解二维平面问题的

微分方程与数据链19

32按位移求解三维空间问题的

微分方程与数据链21

33按小位移求解的薄板弯曲问题

的微分方程与数据链24

34材料弹塑性问题的求解过程27

341材料弹塑性问题的本构

关系27

342材料完全塑性问题的求解

过程29

35接触问题概述及其求解

特殊性29

36结构屈曲稳定问题的求解

过程31

37本章小结33

第4章结构动力学问题中的微分

方程与求解过程34

41结构动力学问题的基本微分

方程35

411单自由度振动问题的基本

微分方程及求解35

412多自由度振动问题的基本

微分方程及求解36

42一般阻尼动力学问题固有频率

的解法39

43模态叠加法的求解过程40

44具有一般阻尼动力系统的

模态叠加法42

45逐步积分法中的求解过程43

46刚柔耦合结构动力学概述及

求解44

47刚柔耦合模型的求解过程及其

数据链44

48本章小结47

第5章结构位移有限元法的内涵

及求解模式49

51结构位移有限元法概述49

52有限元法将微分方程转化为线性

代数方程组的理论基础52

521结构平衡与微分方程52

522变分原理的基本思想54

523基于小势能原理确认

结构平衡状态55

53位移有限元法的核心技术——

假定位移场57

54基于小势能原理的有限元法

求解模式59

55位移有限元法建模过程中单元

离散的不性61

56本章小结62

第6章预测焊接结构疲劳寿命的

力学模型及程序设计63

61传统方法预测疲劳寿命的

难点63

62对网格不敏感的结构应力64

63基于结构应力计算疲劳寿命的

理论模型69

64预测焊接结构疲劳寿命的程序

设计基础71

641定义疲劳载荷72

642定义有限元模型73

643焊线节点力获取及疲劳

寿命计算74

644疲劳寿命计算数据可视化77

65本章小结79

第7章结构性能数值分析的

建模技术80

71建模内涵81

72建模原则83

73建模任务与工具86

74建模方法87

741基于定性力学的预分析法88

742由浅入深的两阶段法89

743刚度或质量等效替代法90

75建模纠错93

751模型正向与逆向纠错94

752位移追踪纠错94

753基于实测数据的纠错95

76本章小结96

第8章结构性能评估中的灵敏度

分析技术97

81灵敏度信息与设计修改97

82位移与应力关于设计变量的

灵敏度97

83结构固有频率关于设计变量的

灵敏度98

84结构吸能的灵敏度99

85焊接结构疲劳寿命的灵敏度100

86基于灵敏度信息的设计修改

实例101

87本章小结103

第9章工程结构静态性能数值

分析实例与建模体验105

91中空挤压铝型材车体结构强度

数值分析实例及建模体验105

911建模背景105

912中空挤压铝型材的结构

特点105

913建模难点及其解决对策106

914建模要点108

915数值分析结果验证110

916建模体验111

92车体结构关键承载部件精细

计算实例与建模体验111

921建模背景111

922建模难点及其解决对策112

923数值分析结果验证113

924建模体验115

93螺栓连接结构数值分析实例与

建模体验116

931建模背景116

932螺栓连接在高速动车组结

构中的应用特点116

933建模方法117

934实体单元建模难点及其解决

对策118

935数值分析结果验证121

936建模体验122

94钳夹货车结构强度数值分析

实例与建模体验123

941建模背景123

942建模难点及其解决对策124

943数值分析结果验证126

944建模体验126

95不锈钢电阻点焊车体结构稳定性

分析实例与建模体验127

951建模背景127

952不锈钢电阻点焊车体的

结构特点127

953建模难点及其解决对策128

954分析过程129

955建模体验132

96考虑初始缺陷的结构稳定性

分析实例与建模体验133

961建模背景133

962建模难点及其解决对策133

963建模要点135

964建模体验136

97机车焊接构架变形弹塑性矫正

实例及建模体验136

971建模背景136

972机车焊接构架及其焊接

变形特点137

973建模难点及其解决对策137

974数值分析过程139

975建模体验141

98本章小结142

第10章工程结构动态性能数值

分析实例与建模体验143

101规则载荷下弧焊结构疲劳寿命

数值分析实例与建模体验143

1011关于疲劳载荷143

1012建模要点144

1013建模体验147

102不规则载荷下弧焊结构疲劳寿命

数值分析实例与建模体验148

1021建模背景148

1022汽车驱动桥壳体焊件建模

与疲劳载荷的获取149

1023汽车驱动桥壳体焊缝的

疲劳寿命计算149

1024建模体验152

103碰撞吸能强度数值分析实例与

建模体验153

1031理论基础153

1032建模要点154

1033数值分析结果验证155

1034建模体验157

104整备状态下结构模态精细分析

实例与建模体验158

1041建模背景158

1042建模难点及其解决

对策158

1043数值分析结果验证159

1044建模体验160

105焊接结构振动响应分析及疲劳

寿命预测实例与建模体验161

1051建模背景161

1052问题定性的预分析161

1053建模难点及其解决对策162

1054数值分析结果验证162

1055建模体验164

106基于刚柔耦合技术评估车体

疲劳寿命的实例与建模体验164

1061建模背景164

1062建模初步验证165

1063刚柔耦合建模及求解165

1064疲劳寿命评估167

1065建模体验167

107气动载荷作用下流固耦合

结构强度数值分析实例与

建模体验168

1071建模背景168

1072理论基础169

1073建模难点及其解决

对策169

1074建模要点171

1075建模体验174

108高寒动车组车下结构地面

积雪效应数值分析实例与

建模体验174

1081建模背景174

1082建模难点及其解决

对策175

1083数值分析结果验证与结构

改进建议177

1084建模体验180

109本章小结181

第11章有限元程序编写与商用

软件的二次开发182

111鼓励动手编写有限元程序的

动机182

112平面常应变三角形单元有限元

源程序及验证182

113利用内部工具的二次开发

实例204

1131基于ABAQUS二次开发

功能的车轮疲劳强度

评估模块开发205

1132车轮疲劳强度评估

实例209

114利用外部工具的二次开发

实例210

1141对IDEAS软件的二次

开发210

1142应用实例221

115本章小结221

参考文献223 2100433B

《工程结构性能的数值分析及实例》以建模为主线，针对工程结构性能数值分析与评估过程中普遍存在的计算模型问题进行了研讨。全书包括四部分：①介绍了硬件、软件以及建模之间的内在联系，从而确认了建模在结构数值分析与评估过程中的重要地位。②在数值计算基础方面，重点研讨了与建模密切相关的结构的承载传力特征、线性与非线性评估的理论模型、结构有限元的基础理论等，为建模过程中的数据流动厘清逻辑关系。③为便于对建模原则与方法的理解，列举了一批有代表性的工程实例，涉及结构线性、非线性强度的建模与计算，预测车辆焊接结构疲劳寿命的建模与计算，结构气动压力响应的建模与计算，帮助读者做到举一反三。④基于商业软件的二次开发等，通过有限元程序编写实例，激发读者主动增添自己专用软件的创新能力。

1 将数值算法的复杂计算编程化：数值算法的计算基本上都是高等数学的复杂运算，计算机编程大大提高了效率和准确性。2 列举20多个数值算法工程计算典型实例：作者从事工程软件设计、程序开发的编程计算多年，积累了丰富工程实例，本书提供了所有计算的程序源代码，供读者直接调用参考。

《工程数值算法及VB编程实例》一书分为上、下两篇：上篇是工程数值算法应用程序编程基础，主要介绍了数值算法所需的各种不同的用户界面及建立方法，其中数值算法常用的用户界面是一种非常实用的用户界面，设有菜单，并在代码中加有过滤器使运行后把计算结果保存到文本文档，可从文本文档中直接获取计算书；下篇是工程数值算法应用实例，列举了21个工程技术应用的实例来介绍VB数值算法，附送所有编程实例的源代码供读者下载使用。本书可供企业工程技术人员、高等院校理工科学生学习和参考，也可供工程软件开发的技术人员参考使用。 2100433B

多尺度分析方法是目前科学工程计算领域最热门的数值模拟方法之一。复合材料工程制品多为板壳结构，材料设计、制备和应用常常需要进行材料性能预测，对影响微观结构的工艺过程进行数值模拟，并对材料与结构进行多尺度性能分析。本项目利用多尺度分析方法和有限元计算方法，研究复合材料制品周期构型板结构和双曲扁壳结构在静力学服役环境下的力学行为，以及两种结构在瞬态热弹性环境下的性能。采用宏、细观相关联的技术路线，从细观力学出发，基于均匀化方法、多尺度分析方法、有限元方法以及板壳结构的几何特性，构造可以捕捉到由三维构型微结构导致的微观三维力学行为的高阶多尺度模型；并进行多尺度模型和算法的理论分析，建立复合材料板壳结构三维数学模型与二维力学假设之间的近似关系；设计高效的多尺度数值算法。 2100433B