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【内容】
本书主要从工程应用角度介绍有限元分析的应用问题，以仿真思路的讲解为核心，结合软件功能、操作流程以及模型简化等内容进行展开，力求还原学习者和工程师在实际项目过程中可能遇到的问题。本书主要内容包括力学建模、零件静力学分析基础、网格划分、一般装配体的连接及接触问题、边界条件和圣维南原理的应用、单元和自由度、金属疲劳强度分析、优化设计。本书提供了丰富的案例模型，并且配备了电子版彩色云图以及有声教学视频，以帮助读者更好地理解本书内容。本书适合从事工程应用的工程技术人员以及高等院校、职业技术院校的师生使用。
【目录】
序
前言
1.1力学建模的基本概念1
1.2有限元分析流程2
1.2.1可行性方案制定3
1.2.2数学模型假设6
1.2.3数学模型的修正及迭代6
1.3定性分析和定量分析6
1.3.1错误和误差6
1.3.2数值解和解析解7
1.3.3定性分析和定量分析的区分7
1.3.4误差来源8
1.4有限元分析的价值8
1.5仿真工程师的职责9
1.6有限元分析技术的发展史以及 SOLIDWORKS Simulation介绍9
1.6.1有限元理论的发展史9
1.6.2有限元分析软件的发展史10
1.6.3 SOLIDWORKS Simulation及设计仿真一体化12
2.1学习前的准备工作16
2.1.1模型下载16
2.1.2插件激活17
2.1.3SOLIDWORKS Simulation的设置18
2.2零件静应力分析的基本操作22
2.2.1分析案例：吊具 22
2.2.2分析操作流程说明22
2.2.3案例操作22
2.2.4后处理29
2.3材料力学的相关概念及结果解读32
2.3.1分析案例：传动链支撑法兰32
2.3.2案例操作32
2.3.3材料力学的相关概念36
2.3.4安全系数和屈服准则41
2.3.5材料参数对计算结果的影响44
2.3.6载荷对计算结果的影响47
2.4小结与讨论49
3.1有限单元法的离散化思想50
3.1.1离散化数学思想50
3.1.2割圆术51
3.1.3有限元分析中的单元类型52
3.2网格精度的判定及控制54
3.2.1分析案例： T型推臂 54
3.2.2案例操作54
3.2.3网格无关性检查59
3.2.4应力集中60
3.2.5局部网格控制62
3.2.6位移结果和网格密度的关系66
3.3应力奇异 66
3.3.1分析案例： T型支架66
3.3.2案例操作67
3.3.3应力奇异的三种常见情况 70
3.3.4网格品质检查75
3.4网格划分报错77
3.4.1分析案例：踏板78
3.4.2网格错误排查方法79
3.4.3基于曲率的网格83
3.5自适应网格技术 84
3.5.1自适应网格技术介绍84
3.5.2分析案例： T型推臂自适应分析 84
3.5.3自适应网格技术的局限性 87
3.6小结与讨论：关于结构仿真中四面体单元和六面体单元的讨论 87
4.1接触和接头形式介绍 90
4.2复杂装配体分析92
4.2.1分析案例：电机支架 92
4.2.2分析思路整理 92
4.2.3案例操作93
4.2.4后处理103
4.2.5位移结果的网格无关性检查107
4.3螺栓简化 108
4.3.1螺栓接头的数学模型 108
4.3.2紧密配合的设置 110
4.3.3实体螺栓的简化方法111
4.3.4地脚螺栓的简化方式—固定 114
4.3.5虚拟壁和地脚螺栓的应用 116
4.3.6预紧力设置 118
4.3.7案例思路总结 120
4.4静应力分析 120
4.4.1“静”的概念120
4.4.2分析案例：三点弯实验121
4.4.3刚体运动 126
4.4.4微小力的处理方法 127
4.4.5零件之间的间隙及穿透问题 131
4.5实体焊接 134
4.5.1分析案例：焊接立柱134
4.5.2全局接触136
4.5.3兼容网格和不兼容网格 137
4.5.4接触优先级问题 140
4.6小结与讨论：复杂装配体分析思路梳理 141
5.1均布载荷问题 42
5.1.1分析案例：工作台载荷简化142
5.1.2模型简化方案 146
5.2圣维南原理 152
5.2.1一般对称问题 152
5.2.2分析案例：轮毂153
5.2.3圣维南原理介绍 161
5.3赫兹接触和平面问题 162
5.3.1赫兹接触 162
5.3.2分析案例：圆柱体挤压 163
5.3.3平面问题164
5.3.4结果统计及案例小结 167
5.4弹簧计算及子模型 168
5.4.1分析案例：拉伸弹簧 168
5.4.2结构非线性 171
5.4.3子模型174
5.4.4不确定因素的处理177
5.5大转动177
5.6小结与讨论：解算器及其性能测试 179
6.1杆梁、壳及实体单元 181
6.1.1分析案例：简支梁181
6.1.2壳单元 184
6.1.3杆梁单元189
6.2约束和自由度194
6.2.1自由度的概念194
6.2.2壳单元及杆梁单元的约束形式 196
6.2.3简支梁的实体单元约束形式200
6.3远程位移的应用202
6.4混合单元分析问题207
6.4.1分析案例：控制柜 207
6.4.2三向重力检查法213
6.4.3壳单元和梁单元应力结果的说明 216
6.5小结与讨论：有限元分析结果的验证 217
7.1金属疲劳失效理论 218
7.1.1金属疲劳发展简史 218
7.1.2金属疲劳的基本知识 219
7.1.3SOLIDWORKS Simulation疲劳模块220
7.2周期性疲劳事件220
7.2.1分析案例：弹簧周期性疲劳事件 221
7.2.2S-N曲线225
7.2.3疲劳结果说明 228
7.2.4疲劳分析的“悖论” 232
7.2.5周期载荷组合工况234
7.3非周期载荷疲劳235
7.3.1雨流计数法235
7.3.2分析案例：弹簧非周期变幅载荷疲劳 236
7.3.3平均应力修正对计算结果的影响 239
7.4装配体疲劳分析241
7.4.1分析案例：三点弯实验 241
7.4.2疲劳仿真的企业现实问题 243
7.5小结与讨论：雨流计数法和雨流计数箱的工作原理 243
8.1优化设计介绍 246
8.2尺寸优化 247
8.2.1SOLIDWORKS的参数化建模 248
8.2.2分析案例：绞龙 249
8.2.3分析案例：绞龙优化256
8.2.4响应曲面设计法 263
8.3拓扑优化264
8.3.1分析案例：带孔板拓扑优化 265
8.3.2案例操作265
8.4小结与讨论：设计仿真一体化 271
前言
1.1力学建模的基本概念1
1.2有限元分析流程2
1.2.1可行性方案制定3
1.2.2数学模型假设6
1.2.3数学模型的修正及迭代6
1.3定性分析和定量分析6
1.3.1错误和误差6
1.3.2数值解和解析解7
1.3.3定性分析和定量分析的区分7
1.3.4误差来源8
1.4有限元分析的价值8
1.5仿真工程师的职责9
1.6有限元分析技术的发展史以及 SOLIDWORKS Simulation介绍9
1.6.1有限元理论的发展史9
1.6.2有限元分析软件的发展史10
1.6.3 SOLIDWORKS Simulation及设计仿真一体化12
2.1学习前的准备工作16
2.1.1模型下载16
2.1.2插件激活17
2.1.3SOLIDWORKS Simulation的设置18
2.2零件静应力分析的基本操作22
2.2.1分析案例：吊具 22
2.2.2分析操作流程说明22
2.2.3案例操作22
2.2.4后处理29
2.3材料力学的相关概念及结果解读32
2.3.1分析案例：传动链支撑法兰32
2.3.2案例操作32
2.3.3材料力学的相关概念36
2.3.4安全系数和屈服准则41
2.3.5材料参数对计算结果的影响44
2.3.6载荷对计算结果的影响47
2.4小结与讨论49
3.1有限单元法的离散化思想50
3.1.1离散化数学思想50
3.1.2割圆术51
3.1.3有限元分析中的单元类型52
3.2网格精度的判定及控制54
3.2.1分析案例： T型推臂 54
3.2.2案例操作54
3.2.3网格无关性检查59
3.2.4应力集中60
3.2.5局部网格控制62
3.2.6位移结果和网格密度的关系66
3.3应力奇异 66
3.3.1分析案例： T型支架66
3.3.2案例操作67
3.3.3应力奇异的三种常见情况 70
3.3.4网格品质检查75
3.4网格划分报错77
3.4.1分析案例：踏板78
3.4.2网格错误排查方法79
3.4.3基于曲率的网格83
3.5自适应网格技术 84
3.5.1自适应网格技术介绍84
3.5.2分析案例： T型推臂自适应分析 84
3.5.3自适应网格技术的局限性 87
3.6小结与讨论：关于结构仿真中四面体单元和六面体单元的讨论 87
4.1接触和接头形式介绍 90
4.2复杂装配体分析92
4.2.1分析案例：电机支架 92
4.2.2分析思路整理 92
4.2.3案例操作93
4.2.4后处理103
4.2.5位移结果的网格无关性检查107
4.3螺栓简化 108
4.3.1螺栓接头的数学模型 108
4.3.2紧密配合的设置 110
4.3.3实体螺栓的简化方法111
4.3.4地脚螺栓的简化方式—固定 114
4.3.5虚拟壁和地脚螺栓的应用 116
4.3.6预紧力设置 118
4.3.7案例思路总结 120
4.4静应力分析 120
4.4.1“静”的概念120
4.4.2分析案例：三点弯实验121
4.4.3刚体运动 126
4.4.4微小力的处理方法 127
4.4.5零件之间的间隙及穿透问题 131
4.5实体焊接 134
4.5.1分析案例：焊接立柱134
4.5.2全局接触136
4.5.3兼容网格和不兼容网格 137
4.5.4接触优先级问题 140
4.6小结与讨论：复杂装配体分析思路梳理 141
5.1均布载荷问题 42
5.1.1分析案例：工作台载荷简化142
5.1.2模型简化方案 146
5.2圣维南原理 152
5.2.1一般对称问题 152
5.2.2分析案例：轮毂153
5.2.3圣维南原理介绍 161
5.3赫兹接触和平面问题 162
5.3.1赫兹接触 162
5.3.2分析案例：圆柱体挤压 163
5.3.3平面问题164
5.3.4结果统计及案例小结 167
5.4弹簧计算及子模型 168
5.4.1分析案例：拉伸弹簧 168
5.4.2结构非线性 171
5.4.3子模型174
5.4.4不确定因素的处理177
5.5大转动177
5.6小结与讨论：解算器及其性能测试 179
6.1杆梁、壳及实体单元 181
6.1.1分析案例：简支梁181
6.1.2壳单元 184
6.1.3杆梁单元189
6.2约束和自由度194
6.2.1自由度的概念194
6.2.2壳单元及杆梁单元的约束形式 196
6.2.3简支梁的实体单元约束形式200
6.3远程位移的应用202
6.4混合单元分析问题207
6.4.1分析案例：控制柜 207
6.4.2三向重力检查法213
6.4.3壳单元和梁单元应力结果的说明 216
6.5小结与讨论：有限元分析结果的验证 217
7.1金属疲劳失效理论 218
7.1.1金属疲劳发展简史 218
7.1.2金属疲劳的基本知识 219
7.1.3SOLIDWORKS Simulation疲劳模块220
7.2周期性疲劳事件220
7.2.1分析案例：弹簧周期性疲劳事件 221
7.2.2S-N曲线225
7.2.3疲劳结果说明 228
7.2.4疲劳分析的“悖论” 232
7.2.5周期载荷组合工况234
7.3非周期载荷疲劳235
7.3.1雨流计数法235
7.3.2分析案例：弹簧非周期变幅载荷疲劳 236
7.3.3平均应力修正对计算结果的影响 239
7.4装配体疲劳分析241
7.4.1分析案例：三点弯实验 241
7.4.2疲劳仿真的企业现实问题 243
7.5小结与讨论：雨流计数法和雨流计数箱的工作原理 243
8.1优化设计介绍 246
8.2尺寸优化 247
8.2.1SOLIDWORKS的参数化建模 248
8.2.2分析案例：绞龙 249
8.2.3分析案例：绞龙优化256
8.2.4响应曲面设计法 263
8.3拓扑优化264
8.3.1分析案例：带孔板拓扑优化 265
8.3.2案例操作265
8.4小结与讨论：设计仿真一体化 271
