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书 名：万水ANSYS技术丛书--ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用
丛 书 名：万水ANSYS技术丛书
著 译 者：尚晓江
出 版 社：中国水利水电出版社
书 号：
ISBN 7-5084-3338-6
图书编号：B10031423印刷日期：2006-01-01
出版日期：2006-01-01上架时间：2005-12-21
规 格：
平装16开,392页
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原 价：
￥45.00元
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SVIP 会员价：￥37.30
元折扣：82 折节省：￥7.70
元
图书简介
前 言
目前，很多高校的相关理工科专业(土木、机械、航空、力学等)都将有限单元法作为必修的专业课。但在学了有限元课程之后，还必须熟练地掌握相关的有限元分析软件，才能将有限元基本理论有效应用到工程问题的分析中。
作为著名的通用有限元分析软件，ANSYS因其强大的功能而受到越来越多的结构分析及其他相关专业科研与工程计算人员的青睐，可以说，ANSYS是架设于有限元理论和实际工程结构计算问题之间的桥梁。
本书的写作特色是将结构有限元分析的基本力学概念与ANSYS实践紧密结合，通过大量生动的原创性分析实例，向读者系统全面地介绍ANSYS结构分析的方法。尽量照顾到科研以及工程计算两方面读者的需要。本书在内容组织上分为三篇：
第一篇：ANSYS有限元分析基础
内容包括桁架结构、梁系结构、弹性平面问题、轴对称问题、空间问题、板壳结构等各种弹性结构的有限元静力分析问题，本篇列举了7个典型的工程实例。
第二篇：ANSYS高级结构分析
内容包括结构非线性分析、结构的动力分析、结构的稳定性分析、结构最优化设计以及子结构技术的应用等5个结构分析高级专题，本篇列举了11个典型的工程实例。
第三篇：工程范例精选
内容包括三个精选的很有代表性的工程结构综合分析范例，即：海洋钢导管架石油平台结构、框架剪力墙高层建筑结构以及施威德勒型球面网壳结构的ANSYS分析。每个问题均进行了一系列相关的分析，帮助读者将ANSYS结构分析方法融会贯通。
建议读者不妨在学习有限元课程时，把ANSYS作为一个数值仿真的实验室，通过大量的同步上机实践(用本书的例题即可)，亲自体会结构有限元分析的计算机实现过程。我们认为只要基本概念清楚，基本操作熟练，就不难结合自身的专业背景和本书介绍的基本操作方法，由浅入深地进行一些有特色的专业问题的分析。相信通过本书的学习，读者定能迅速地提高自身的ANSYS操作水平以及利用有限元技术进行结构分析的功底，从而具备在相关专业领域中从事高级结构分析的能力。
本书适合于作为土木、机械、航空、力学等相关专业研究生或高年级本科生学习结构数值分析及ANSYS软件应用课程的主要学习参考书。对从事结构分析的工程技术人员，也是很有价值的参考资料。
本书由中科院力学所尚晓江、邱峰、赵海峰、李文颖等负责编写。参加编写和录入工作的还有魏久安、苏建宇、张骥、潘冠群、谢季佳、左树春、冯丽萍、刘金兴、卢靖、蒋迪、李德聪、袁志达、张自兵、王艺、王化锋、陈小亮、杨海波、宋谦、杨伟、石伟兴、聂慧萍、史雪松、张永芳、王惠平等。同济大学结构工程专业研究生宋谦向作者提供了关于空间结构分析的资料，中科院力学所的邓守春博士、ANSYS-China北京办事处龙丽平博士等在本书编写过程中帮助作者解决了一些具体的技术问题，一并在此表示感谢。此外，还要感谢中国水利水电出版社编辑人员为本书出版而付出的辛勤劳动。
由于时间仓促和编写者认识水平的局限，书中不当和错误之处在所难免，欢迎读者朋友批评指正。作者联系方式：
shj_cas@sina．com，zhf@lnm．imech．ac．cn
编 者
2005年7月
目前，很多高校的相关理工科专业(土木、机械、航空、力学等)都将有限单元法作为必修的专业课。但在学了有限元课程之后，还必须熟练地掌握相关的有限元分析软件，才能将有限元基本理论有效应用到工程问题的分析中。
作为著名的通用有限元分析软件，ANSYS因其强大的功能而受到越来越多的结构分析及其他相关专业科研与工程计算人员的青睐，可以说，ANSYS是架设于有限元理论和实际工程结构计算问题之间的桥梁。
本书的写作特色是将结构有限元分析的基本力学概念与ANSYS实践紧密结合，通过大量生动的原创性分析实例，向读者系统全面地介绍ANSYS结构分析的方法。尽量照顾到科研以及工程计算两方面读者的需要。本书在内容组织上分为三篇：
第一篇：ANSYS有限元分析基础
内容包括桁架结构、梁系结构、弹性平面问题、轴对称问题、空间问题、板壳结构等各种弹性结构的有限元静力分析问题，本篇列举了7个典型的工程实例。
第二篇：ANSYS高级结构分析
内容包括结构非线性分析、结构的动力分析、结构的稳定性分析、结构最优化设计以及子结构技术的应用等5个结构分析高级专题，本篇列举了11个典型的工程实例。
第三篇：工程范例精选
内容包括三个精选的很有代表性的工程结构综合分析范例，即：海洋钢导管架石油平台结构、框架剪力墙高层建筑结构以及施威德勒型球面网壳结构的ANSYS分析。每个问题均进行了一系列相关的分析，帮助读者将ANSYS结构分析方法融会贯通。
建议读者不妨在学习有限元课程时，把ANSYS作为一个数值仿真的实验室，通过大量的同步上机实践(用本书的例题即可)，亲自体会结构有限元分析的计算机实现过程。我们认为只要基本概念清楚，基本操作熟练，就不难结合自身的专业背景和本书介绍的基本操作方法，由浅入深地进行一些有特色的专业问题的分析。相信通过本书的学习，读者定能迅速地提高自身的ANSYS操作水平以及利用有限元技术进行结构分析的功底，从而具备在相关专业领域中从事高级结构分析的能力。
本书适合于作为土木、机械、航空、力学等相关专业研究生或高年级本科生学习结构数值分析及ANSYS软件应用课程的主要学习参考书。对从事结构分析的工程技术人员，也是很有价值的参考资料。
本书由中科院力学所尚晓江、邱峰、赵海峰、李文颖等负责编写。参加编写和录入工作的还有魏久安、苏建宇、张骥、潘冠群、谢季佳、左树春、冯丽萍、刘金兴、卢靖、蒋迪、李德聪、袁志达、张自兵、王艺、王化锋、陈小亮、杨海波、宋谦、杨伟、石伟兴、聂慧萍、史雪松、张永芳、王惠平等。同济大学结构工程专业研究生宋谦向作者提供了关于空间结构分析的资料，中科院力学所的邓守春博士、ANSYS-China北京办事处龙丽平博士等在本书编写过程中帮助作者解决了一些具体的技术问题，一并在此表示感谢。此外，还要感谢中国水利水电出版社编辑人员为本书出版而付出的辛勤劳动。
由于时间仓促和编写者认识水平的局限，书中不当和错误之处在所难免，欢迎读者朋友批评指正。作者联系方式：
shj_cas@sina．com，zhf@lnm．imech．ac．cn
编 者
2005年7月
图书目录
前言
第1篇 ANSYS结构有限元分析基础
第1章 ANSYS结构有限元分析概述 2
1．1 有限元基本思想及其ANSYS实现过程 2
1．1．1 结构有限元分析的基本思想 2
1．1．2 ANSYS结构有限元分析流程 6
1．2 ANSYS基本操作精要 9
1．2．1 ANSYS的两种操作方式与基本程序架构 9
1．2．2 ANSYS的GUI操作方法精要 10
1．2．3 ANSYS批处理操作与APDL语言 23
1．3 ANSYS工程结构分析的演示性例题 29
1．3．1 GUI中的分析过程 29
1．3．2 批处理分析过程 33
第2章 桁架杆系有限元分析及ANSYS实例 35
2．1 桁架杆系的有限元分析概要 35
2．2 ANSYS中提供的二力杆单元 38
2．2．1 Link1单元特性简介 38
2．2．2 Limk8单元特性简介 39
2．2．3 Link10单元特性简介 40
2．3 应用实例：平板网架结构的静力分析 42
第3章 梁系结构分析方法及ANSYS实例 51
3．1 梁系结构有限元分析提要 51
3．2 ANSYS中的梁单元 52
3．2．1 BEAM3单元特性介绍 52
3．2．2 BEAM4单元特性介绍 54
3．2．3 BEAM188和BEAM189梁单元特性简介 56
3．3 分析实例：建筑井式斜梁格的分析 58
第4章 弹性平面问题的有限元分析及ANSYS算例 68
4．1 弹性平面问题有限元分析的基本方法 68
4．2 ANSYS提供的平面问题单元 70
4．3 分析实例：岩体中的公路隧洞工程 73
第5章 轴对称问题的有限元分析及ANSYS算例 82
5．1 ANSYS轴对称问题有限元分析提要 82
5．2 分析实例：厚壁空心球的轴对称分析 83
第6章 三维实体结构的ANSYS分析及算例 95
6．1 三维实体结构ANSYS有限元分析提要 95
6．2 分析实例：工业厂房牛腿柱的受力分析 96
第7章 板壳结构的ANSYS分析及算例 108
7．1 板壳结构ANSYS有限元分析提要 108
7．2 应用实例：圆柱壳屋面结构的静力分析 110
第2篇 ANSYS结构分析高级专题
第8章 ANSYS动力有限元分析 119
8．1 动力分析综述 119
8．1．1 结构固有振动特性的分析 120
8．1．2 皆响应分析 121
8．1．3 瞬态动力学分析 122
8．1．4 谱分析 122
8．2 结构振动模态分析的过程和实例 122
8．2．1 模态分析操作过程 122
8．2．2 预应力模态分析 126
8．2．3 模态分析实例：预应力简支梁的模态分析 126
8．3 谐响应分析的过程和实例 133
8．3．1 完全法谐响应分析操作过程 133
8．3．2 缩减法谐响应分析过程 136
8．3．3 模态叠加法谐响应分析 138
8．3．4 皆响应分析实例：悬索拱桥的谐响应分析 139
8．4 瞬态分析的过程和实例 147
8．4．1 完全法瞬态动力学分析 147
8．4．2 缩减法瞬态动力学分析 151
8．4．3 模态叠加法瞬态动力学分析 151
8．4．4 瞬态分析实例：吊车梁在移动载荷作用下的响应分析 153
8．5 谱分析的过程和实例 158
8．5．1 单点响应谱分析 159
8．5．2 随机振动分析 162
8．5．3 单点响应谱分析实例：悬索拱桥地震载荷响应 164
第9章 利用ANSYS进行结构非线性分析 169
9．1 ANSYS结构非线性分析概述 169
9．1．1 结构非线性问题的三种类型 169
9．1．2 非线性有限元问题的一般求解方法 171
9．2 ANSYS结构非线性分析的过程与选项 174
9．3 接触问题的分析方法 180
9．3．1 接触问题概述 180
9．3．2 ANSYS的接触分析功能 180
9．3．3 ANSYS接触分析的一般过程 181
9．4 工程实例1：油罐底效应的简化分析 182
9．5 工程实例2：钢筋混凝土梁的弹塑性分析 191
9．5．1 SOLID65单元简介及问题分析规划 191
9．5．2 建立分析模型 192
9．5．3 分析及后处理 202
9．6 工程实例3：插销拨拉过程的接触分析 211
第10章 结构的稳定性分析方法及ANSYS范例 225
10．1 ANSYS结构稳定性分析的基本概念 225
10．2 圆柱面屋盖的特征值屈曲分析 226
10．3 工字梁的弯扭屈曲分析 229
10．3．1 建立分析模型 229
10．3．2 特征值屈曲分析与结果显示 235
10．3．3 非线性屈曲分析与结果评价 237
第11章 ANSYS结构最优化设计 243
11．1 ANSYS优化设计问题的数学表述与一般流程 243
11．2 分析实例：平板网架结构的优化设计 245
第12章 子结构技术简介 261
12．1 子结构的概念 261
12．2 子结构分析的步骤 262
12．2．1 生成部分 263
12．2．2 使用部分 265
12．2．3 扩展部分 266
12．3 子结构分析实例 267
12．3．1 问题描述 267
12．3．2 分析过程 267
第3篇 工程范例精选
第13章 框架-剪力墙结构的分析 281
13．1 框架-剪力墙结构简介 281
13．1．1 框架-剪力墙基础知识 281
13．1．2 分析对象介绍 282
13．2 框架-剪力墙结构的模型建立 283
13．2．1 结构建模的总体规划 283
13．2．2 几何模型的建立 284
13．2．3 划分网格 287
13．3 重力载荷作用下的结构响应 289
13．3．1 计算重力载荷作用下的结构响应 289
13．3．2 观察变形位移和应力分布 290
13．4 风载荷作用下的结构响应 292
13．4．1 风载荷简介 292
13．4．2 计算风载荷作用下的结构响应 293
13．4．3 观察变形位移和应力分布 294
13．5 结构模态分析 298
13．5．1 计算模态解 298
13．5．2 结果观察与分析 298
13．6 地震作用下的结构响应 300
13．6．1 地震载荷简介 300
13．6．2 计算地震作用瞬态解 300
13．6．3 观察地震作用结构响应 301
13．7 单元实常数表 305
13．8 模型建立命令流文件 305
13．9 地震加速度数组 310
第14章 海洋石油平台结构的动力分析 315
14．1 海洋平台结构简介 315
14．1．1 海洋平台的发展历史及应用背景 315
14．1．2 海洋石油平台的结构特点 316
14．2 平台结构的模型建立 316
14．2．1 结构建模的总体规划 317
14．2．2 几何模型的建立 317
14．2．3 划分网格 320
14．3 海洋平台模态分析 322
14．3．1 计算模态解 322
14．3．2 结果观察与分析 323
14．4 海洋平台谐响应分析 325
14．4．1 计算谐响应解 325
14．4．2 结果观察与分析 327
14．5 冰载荷作用下海洋平台结构响应 329
14．5．1 获得瞬态分析解 329
14．5．2 观察结果 331
14．6 波浪载荷作用下海洋平台随机分析 333
14．6．1 波浪载荷简介 334
14．6．2 获得谱解 334
14．6．3 合并模态 337
14．6．4 计算响应的功率谱密度 337
14．7 单元实常数表 340
14．8 模型建立命令流文件 340
第15章 大跨空间结构的建模与分析 353
15．1 大跨空间结构的ANSYS建模与分析概述 353
15．2 一个施威德勒型球面网壳的建模过程详解 355
15．3 网壳结构的固有振动特型分析 360
15．4 网壳的特征值屈曲分析 362
15．5 考虑初始缺陷的非线性屈曲分析 366
附录A 部分结构单元的形函数 370
A．1 一维单元 370
A．2 维单元 370
A．3 三维单元 371
附录B ANSYS结构分析常用命令参考 373
第1篇 ANSYS结构有限元分析基础
第1章 ANSYS结构有限元分析概述 2
1．1 有限元基本思想及其ANSYS实现过程 2
1．1．1 结构有限元分析的基本思想 2
1．1．2 ANSYS结构有限元分析流程 6
1．2 ANSYS基本操作精要 9
1．2．1 ANSYS的两种操作方式与基本程序架构 9
1．2．2 ANSYS的GUI操作方法精要 10
1．2．3 ANSYS批处理操作与APDL语言 23
1．3 ANSYS工程结构分析的演示性例题 29
1．3．1 GUI中的分析过程 29
1．3．2 批处理分析过程 33
第2章 桁架杆系有限元分析及ANSYS实例 35
2．1 桁架杆系的有限元分析概要 35
2．2 ANSYS中提供的二力杆单元 38
2．2．1 Link1单元特性简介 38
2．2．2 Limk8单元特性简介 39
2．2．3 Link10单元特性简介 40
2．3 应用实例：平板网架结构的静力分析 42
第3章 梁系结构分析方法及ANSYS实例 51
3．1 梁系结构有限元分析提要 51
3．2 ANSYS中的梁单元 52
3．2．1 BEAM3单元特性介绍 52
3．2．2 BEAM4单元特性介绍 54
3．2．3 BEAM188和BEAM189梁单元特性简介 56
3．3 分析实例：建筑井式斜梁格的分析 58
第4章 弹性平面问题的有限元分析及ANSYS算例 68
4．1 弹性平面问题有限元分析的基本方法 68
4．2 ANSYS提供的平面问题单元 70
4．3 分析实例：岩体中的公路隧洞工程 73
第5章 轴对称问题的有限元分析及ANSYS算例 82
5．1 ANSYS轴对称问题有限元分析提要 82
5．2 分析实例：厚壁空心球的轴对称分析 83
第6章 三维实体结构的ANSYS分析及算例 95
6．1 三维实体结构ANSYS有限元分析提要 95
6．2 分析实例：工业厂房牛腿柱的受力分析 96
第7章 板壳结构的ANSYS分析及算例 108
7．1 板壳结构ANSYS有限元分析提要 108
7．2 应用实例：圆柱壳屋面结构的静力分析 110
第2篇 ANSYS结构分析高级专题
第8章 ANSYS动力有限元分析 119
8．1 动力分析综述 119
8．1．1 结构固有振动特性的分析 120
8．1．2 皆响应分析 121
8．1．3 瞬态动力学分析 122
8．1．4 谱分析 122
8．2 结构振动模态分析的过程和实例 122
8．2．1 模态分析操作过程 122
8．2．2 预应力模态分析 126
8．2．3 模态分析实例：预应力简支梁的模态分析 126
8．3 谐响应分析的过程和实例 133
8．3．1 完全法谐响应分析操作过程 133
8．3．2 缩减法谐响应分析过程 136
8．3．3 模态叠加法谐响应分析 138
8．3．4 皆响应分析实例：悬索拱桥的谐响应分析 139
8．4 瞬态分析的过程和实例 147
8．4．1 完全法瞬态动力学分析 147
8．4．2 缩减法瞬态动力学分析 151
8．4．3 模态叠加法瞬态动力学分析 151
8．4．4 瞬态分析实例：吊车梁在移动载荷作用下的响应分析 153
8．5 谱分析的过程和实例 158
8．5．1 单点响应谱分析 159
8．5．2 随机振动分析 162
8．5．3 单点响应谱分析实例：悬索拱桥地震载荷响应 164
第9章 利用ANSYS进行结构非线性分析 169
9．1 ANSYS结构非线性分析概述 169
9．1．1 结构非线性问题的三种类型 169
9．1．2 非线性有限元问题的一般求解方法 171
9．2 ANSYS结构非线性分析的过程与选项 174
9．3 接触问题的分析方法 180
9．3．1 接触问题概述 180
9．3．2 ANSYS的接触分析功能 180
9．3．3 ANSYS接触分析的一般过程 181
9．4 工程实例1：油罐底效应的简化分析 182
9．5 工程实例2：钢筋混凝土梁的弹塑性分析 191
9．5．1 SOLID65单元简介及问题分析规划 191
9．5．2 建立分析模型 192
9．5．3 分析及后处理 202
9．6 工程实例3：插销拨拉过程的接触分析 211
第10章 结构的稳定性分析方法及ANSYS范例 225
10．1 ANSYS结构稳定性分析的基本概念 225
10．2 圆柱面屋盖的特征值屈曲分析 226
10．3 工字梁的弯扭屈曲分析 229
10．3．1 建立分析模型 229
10．3．2 特征值屈曲分析与结果显示 235
10．3．3 非线性屈曲分析与结果评价 237
第11章 ANSYS结构最优化设计 243
11．1 ANSYS优化设计问题的数学表述与一般流程 243
11．2 分析实例：平板网架结构的优化设计 245
第12章 子结构技术简介 261
12．1 子结构的概念 261
12．2 子结构分析的步骤 262
12．2．1 生成部分 263
12．2．2 使用部分 265
12．2．3 扩展部分 266
12．3 子结构分析实例 267
12．3．1 问题描述 267
12．3．2 分析过程 267
第3篇 工程范例精选
第13章 框架-剪力墙结构的分析 281
13．1 框架-剪力墙结构简介 281
13．1．1 框架-剪力墙基础知识 281
13．1．2 分析对象介绍 282
13．2 框架-剪力墙结构的模型建立 283
13．2．1 结构建模的总体规划 283
13．2．2 几何模型的建立 284
13．2．3 划分网格 287
13．3 重力载荷作用下的结构响应 289
13．3．1 计算重力载荷作用下的结构响应 289
13．3．2 观察变形位移和应力分布 290
13．4 风载荷作用下的结构响应 292
13．4．1 风载荷简介 292
13．4．2 计算风载荷作用下的结构响应 293
13．4．3 观察变形位移和应力分布 294
13．5 结构模态分析 298
13．5．1 计算模态解 298
13．5．2 结果观察与分析 298
13．6 地震作用下的结构响应 300
13．6．1 地震载荷简介 300
13．6．2 计算地震作用瞬态解 300
13．6．3 观察地震作用结构响应 301
13．7 单元实常数表 305
13．8 模型建立命令流文件 305
13．9 地震加速度数组 310
第14章 海洋石油平台结构的动力分析 315
14．1 海洋平台结构简介 315
14．1．1 海洋平台的发展历史及应用背景 315
14．1．2 海洋石油平台的结构特点 316
14．2 平台结构的模型建立 316
14．2．1 结构建模的总体规划 317
14．2．2 几何模型的建立 317
14．2．3 划分网格 320
14．3 海洋平台模态分析 322
14．3．1 计算模态解 322
14．3．2 结果观察与分析 323
14．4 海洋平台谐响应分析 325
14．4．1 计算谐响应解 325
14．4．2 结果观察与分析 327
14．5 冰载荷作用下海洋平台结构响应 329
14．5．1 获得瞬态分析解 329
14．5．2 观察结果 331
14．6 波浪载荷作用下海洋平台随机分析 333
14．6．1 波浪载荷简介 334
14．6．2 获得谱解 334
14．6．3 合并模态 337
14．6．4 计算响应的功率谱密度 337
14．7 单元实常数表 340
14．8 模型建立命令流文件 340
第15章 大跨空间结构的建模与分析 353
15．1 大跨空间结构的ANSYS建模与分析概述 353
15．2 一个施威德勒型球面网壳的建模过程详解 355
15．3 网壳结构的固有振动特型分析 360
15．4 网壳的特征值屈曲分析 362
15．5 考虑初始缺陷的非线性屈曲分析 366
附录A 部分结构单元的形函数 370
A．1 一维单元 370
A．2 维单元 370
A．3 三维单元 371
附录B ANSYS结构分析常用命令参考 373
