有限元分析及應(yīng)用版高清.pdf
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2020年11月18日
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有限元分析及應(yīng)用版
有限元法是求解工程科學中數(shù)學物理問題的一種通用數(shù)值方法。本書介紹有限元法的基本原理、建模方法及工程應(yīng)用,強調(diào)理論與實踐的結(jié)合,《有限元分析及應(yīng)用》強調(diào)有限元分析的工程概念、數(shù)學力學基礎(chǔ)、建模方法以及實際應(yīng)用,有需要的就快來吧
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內(nèi)容簡介
有限元法是求解工程科學中數(shù)學物理問題的一種通用數(shù)值方法。本書介紹有限元法的基本原理、建模方法及工程應(yīng)用,強調(diào)理論與實踐的結(jié)合。全書包括兩篇共16章,第1篇由第1~10章組成,介紹有限元法的基本理論和方法,內(nèi)容包括:有限元法基本理論、平面問題、軸對稱問題和空間問題、桿梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、薄板彎曲問題以及熱傳導問題、結(jié)構(gòu)動力學問題、非線性問題的有限元法。
第2篇由第11~16章組成,介紹有限元建模技術(shù)及基于ANSYS的有限元分析工程應(yīng)用,內(nèi)容包括:有限元建模的基本流程、模型簡化技術(shù)、網(wǎng)格劃分技術(shù)、邊界條件處理與模型檢查以及基于ANSYS的有限元分析工程應(yīng)用實例。
考慮到面向工程碩士和工程技術(shù)人員的特點,本書力求使理論和實際應(yīng)用有機地結(jié)合起來,突出概念、簡練易懂,可操作性強。書中提供了大量圖示說明和工程實例,以求直觀易讀。
應(yīng)用領(lǐng)域
隨著市場競爭的加劇,產(chǎn)品更新周期愈來愈短,企業(yè)對新技術(shù)的需求更加迫切,而有限元數(shù)值模擬技術(shù)是提升產(chǎn)品質(zhì)量、縮短設(shè)計周期、提高產(chǎn)品競爭力的一項有效手段,所以,隨著計算機技術(shù)和計算方法的發(fā)展,有限元法在工程設(shè)計和科研領(lǐng)域得到了越來越廣泛的重視和應(yīng)用,已經(jīng)成為解決復雜工程分析計算問題的有效途徑,從汽車到航天飛機幾乎所有的設(shè)計制造都已離不開有限元分析計算,其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、船舶、鐵道、石化、能源和科學研究等各個領(lǐng)域的廣泛使用已使設(shè)計水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍。
有限元分析中的單位問題
有限元分析作為一種強有力的數(shù)值分析方法,已經(jīng)成為高校和企業(yè)研發(fā)部門不可或缺的工具。目前,結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域常用的有限元分析工具包括ANSYS、Abaqus、LS-DYNA、HyperWorks等。
多數(shù)有限元分析工具都不規(guī)定所使用的物理量的單位,建模過程中的材料、載荷輸入,以及計算結(jié)果都只有一個數(shù)值。因此,很多剛開始接觸有限元分析的朋友可能都有一個疑問,那它們的單位是什么?下面以ANSYS為例來討論這個問題。
ANSYS中的單位問題
ANSYS自11.0版本開始,在MAPDL版本的基礎(chǔ)上,增加了Workbench版本。相較于MAPDL,Workbench極大的降低了用戶的上手難度,隨著版本的更新功能不斷完善,現(xiàn)在越來越多的ANSYS老用戶已經(jīng)轉(zhuǎn)向于應(yīng)用Workbench。
ANSYS Workbench自帶材料庫,包含常用材料的力學參數(shù),方便直接選用。另外,即使用戶自己定義材料,可以選擇不同的"Unit"輸入“Value”,如下圖。
roperty of Structural Steel in ANSYS Workbench
除了材料定義,ANSYS Workbench中力、位移載荷的定義,以及計算結(jié)果,都給出明確的單位信息,如下圖的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析結(jié)果。
ANSYS Workbench 應(yīng)力分析結(jié)果
從以上信息可以看到,ANSYS Workbench的輸入輸出數(shù)據(jù)都包含單位信息,用戶基本不會有疑惑。
然而,ANSYS MAPDL以及Abaqus、LS-DYNA中定義材料參數(shù)或是載荷,是沒有單位信息的,用戶只需要輸入一個數(shù)值。
ANSYS MAPDL中定義線彈性材料
那么,如何確定這些分析軟件輸入輸出數(shù)據(jù)的單位呢?答案是,軟件只負責數(shù)值計算,用戶需要保證各物理量輸入數(shù)據(jù)量綱一致性,并知曉計算結(jié)果的單位。舉個例子,比如一根等截面的直桿受軸向拉力,計算橫截面的正應(yīng)力。分析軟件根據(jù)公式 應(yīng)力=拉力/截面積 算出截面正應(yīng)力數(shù)值,如用戶輸入拉力時用的單位是
常用單位系統(tǒng)
為了保證有限元模型中各物理量單位的一致性,同時避免自己推導時出錯,可以參照現(xiàn)有的單位系統(tǒng)。根據(jù)分析問題的尺度,選擇一套合適的單位系統(tǒng),然后各物理量均按照該單位系統(tǒng)的單位輸入數(shù)值。
有限元計算中常用的單位制 來源:新浪博客Glulam
可以簡單推導一下。比如結(jié)構(gòu)分析中,常用的幾個基本量綱單位:長度
常見誤區(qū)
1)在ANSYS MAPDL命令流窗口輸入 /units, si 將單位設(shè)置成國際單位?
ANSYS官方關(guān)于/units命令的部分說明如下,特別強調(diào)了該命令只是生成一個記錄模型所采用的單位系統(tǒng)的標記,并不會將模型的數(shù)據(jù)從一個單位系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到另一個系統(tǒng)。
以前經(jīng)常從日本同事那邊獲取有限元模型,但他們模型里面的材料單位系統(tǒng)和我們不太一樣,模型中材料種類又比較多,全部重新定義要花不少時間。因此,專門寫了一段APDL代碼,讀入他們的模型,將材料數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成我們習慣采用的單位系統(tǒng)。
有限元分析及應(yīng)用版截圖



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