工程結構性能的數值分析及實例

前言

第1章引論1
1.1數值分析與工程產品結構設計的關係1
1.2結構性能數值分析的理論內核與建模5
1.3撰寫本書的目的10

第2章工程結構中承載單元的傳力特徵12
2.1本書對工程結構的界定12
2.2結構上母材的承載傳力特徵12
2.3弧焊接頭的承載傳力特徵13
2.4電阻點焊接頭的承載傳力特徵15
2.5螺紋連接結構的承載傳力特徵16
2.6本章小結17

第3章按位移求解的若干力學問題的微分方程與資料鏈19
3.1按位移求解二維平面問題的微分方程與資料鏈19
3.2按位移求解三維空間問題的微分方程與資料鏈21
3.3按小位移求解的薄板彎曲問題的微分方程與資料鏈24
3.4材料彈塑性問題的求解過程27
3.4.1材料彈塑性問題的本構關係27
3.4.2材料完全塑性問題的求解過程29
3.5接觸問題概述及其求解特殊性29
3.6結構屈曲穩定問題的求解過程31
3.7本章小結33

第4章結構動力學問題中的微分方程與求解過程34
4.1結構動力學問題的基本微分方程35
4.1.1單自由度振動問題的基本微分方程及求解35
4.1.2多自由度振動問題的基本微分方程及求解36
4.2一般阻尼動力學問題固有頻率的解法39
4.3模態疊加法的求解過程40
4.4具有一般阻尼動力系統的模態疊加法42
4.5逐步積分法中的求解過程43
4.6剛柔耦合結構動力學概述及求解44
4.7剛柔耦合模型的求解過程及其資料鏈44
4.8本章小結47

第5章結構位移有限元法的內涵及求解模式49
5.1結構位移有限元法概述49
5.2有限元法將微分方程轉化為線性代數方程組的理論基礎52
5.2.1結構平衡與微分方程52
5.2.2變分原理的基本思想54
5.2.3基於最小勢能原理確認結構平衡狀態55
5.3位移有限元法的核心技術——假定位移場57
5.4基於最小勢能原理的有限元法求解模式59
5.5位移有限元法建模過程中單元離散的不唯一性61
5.6本章小結62

第6章預測焊接結構疲勞壽命的力學模型及程式設計63
6.1傳統方法預測疲勞壽命的難點63
6.2對網格不敏感的結構應力64
6.3基於結構應力計算疲勞壽命的理論模型69
6.4預測焊接結構疲勞壽命的程式設計基礎71
6.4.1定義疲勞載荷72
6.4.2定義有限元模型73
6.4.3焊線節點力獲取及疲勞壽命計算74
6.4.4疲勞壽命計算資料視覺化77
6.5本章小結79

第7章結構性能數值分析的建模技術80
7.1建模內涵81
7.2建模原則83
7.3建模任務與工具86
7.4建模方法87
7.4.1基於定性力學的預分析法88
7.4.2由淺入深的兩階段法89
7.4.3剛度或品質等效替代法90
7.5建模糾錯93
7.5.1模型正向與逆向糾錯94
7.5.2位移追蹤糾錯94
7.5.3基於實測資料的糾錯95
7.6本章小結96

第8章結構性能評估中的靈敏度分析技術97
8.1靈敏度資訊與設計修改97
8.2位移與應力關於設計變數的靈敏度97
8.3結構固有頻率關於設計變數的靈敏度98
8.4結構吸能的靈敏度99
8.5焊接結構疲勞壽命的靈敏度100
8.6基於靈敏度資訊的設計修改實例101
8.7本章小結103

第9章工程結構靜態性能數值分析實例與建模體驗105
9.1中空擠壓鋁型材車體結構強度數值分析實例及建模體驗105
9.1.1建模背景105
9.1.2中空擠壓鋁型材的結構特點105
9.1.3建模難點及其解決對策106
9.1.4建模要點108
9.1.5數值分析結果驗證110
9.1.6建模體驗111
9.2車體結構關鍵承載部件精細計算實例與建模體驗111
9.2.1建模背景111
9.2.2建模難點及其解決對策112
9.2.3數值分析結果驗證113
9.2.4建模體驗115
9.3螺栓連接結構數值分析實例與建模體驗116
9.3.1建模背景116
9.3.2螺栓連接在高速動車組結構中的應用特點116
9.3.3建模方法117
9.3.4實體單元建模難點及其解決對策118
9.3.5數值分析結果驗證121
9.3.6建模體驗122
9.4鉗夾貨車結構強度數值分析實例與建模體驗123
9.4.1建模背景123
9.4.2建模難點及其解決對策124
9.4.3數值分析結果驗證126
9.4.4建模體驗126
9.5不銹鋼電阻點焊車體結構穩定性分析實例與建模體驗127
9.5.1建模背景127
9.5.2不銹鋼電阻點焊車體的結構特點127
9.5.3建模難點及其解決對策128
9.5.4分析過程129
9.5.5建模體驗132
9.6考慮初始缺陷的結構穩定性分析實例與建模體驗133
9.6.1建模背景133
9.6.2建模難點及其解決對策133
9.6.3建模要點135
9.6.4建模體驗136
9.7機車焊接構架變形彈塑性矯正實例及建模體驗136
9.7.1建模背景136
9.7.2機車焊接構架及其焊接變形特點137
9.7.3建模難點及其解決對策137
9.7.4數值分析過程139
9.7.5建模體驗141
9.8本章小結142

第10章工程結構動態性能數值分析實例與建模體驗143
10.1規則載荷下弧焊結構疲勞壽命數值分析實例與建模體驗143
10.1.1關於疲勞載荷143
10.1.2建模要點144
10.1.3建模體驗147
10.2不規則載荷下弧焊結構疲勞壽命數值分析實例與建模體驗148
10.2.1建模背景148
10.2.2汽車驅動橋殼體焊件建模與疲勞載荷的獲取149
10.2.3汽車驅動橋殼體焊縫的疲勞壽命計算149
10.2.4建模體驗152
10.3碰撞吸能強度數值分析實例與建模體驗153
10.3.1理論基礎153
10.3.2建模要點154
10.3.3數值分析結果驗證155
10.3.4建模體驗157
10.4整備狀態下結構模態精細分析實例與建模體驗158
10.4.1建模背景158
10.4.2建模難點及其解決對策158
10.4.3數值分析結果驗證159
10.4.4建模體驗160
10.5焊接結構振動回應分析及疲勞壽命預測實例與建模體驗161
10.5.1建模背景161
10.5.2問題定性的預分析161
10.5.3建模難點及其解決對策162
10.5.4數值分析結果驗證162
10.5.5建模體驗164
10.6基於剛柔耦合技術評估車體疲勞壽命的實例與建模體驗164
10.6.1建模背景164
10.6.2建模初步驗證165
10.6.3剛柔耦合建模及求解165
10.6.4疲勞壽命評估167
10.6.5建模體驗167
10.7氣動載荷作用下流固耦合結構強度數值分析實例與建模體驗168
10.7.1建模背景168
10.7.2理論基礎169
10.7.3建模難點及其解決對策169
10.7.4建模要點171
10.7.5建模體驗174
10.8高寒動車組車下結構地面積雪效應數值分析實例與建模體驗174
10.8.1建模背景174
10.8.2建模難點及其解決對策175
10.8.3數值分析結果驗證與結構改進建議177
10.8.4建模體驗180
10.9本章小結181

第11章有限元程式編寫與商用軟體的二次開發182
11.1鼓勵動手編寫有限元程式的動機182
11.2平面常應變三角形單元有限元來源程式及驗證182
11.3利用內部工具的二次開發實例204
11.3.1基於ABAQUS二次開發功能的車輪疲勞強度評估模組開發205
11.3.2車輪疲勞強度評估實例209
11.4利用外部工具的二次開發實例210
11.4.1對IDEAS軟體的二次開發210
11.4.2應用實例221
11.5本章小結221
參考文獻223