ANSYS核心产品系列·万水ANSYS技术丛书：ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张洪伟，高相胜，张庆余 著

图书标签:

• ANSYS
• 非线性有限元
• 有限元分析
• 结构力学
• 万水
• 技术丛书
• 工程分析
• 仿真
• 数值计算
• 应用实例

出版社： 中国水利水电出版社

ISBN：9787517003809

版次：1

商品编码：11221594

包装：平装

丛书名： 万水ANSYS技术丛书

开本：16开

出版时间：2013-04-01

用纸：胶版纸

页数：303

正文语种：中文

内容简介

　　《ANSYS核心产品系列·万水ANSYS技术丛书：ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用》最大特色在于以ANSYS14.0为平台，将非线性有限元理论和软件操作结合，着重从力学基本概念及工程应用结合的角度系统讲解相关技术。
　　《ANSYS核心产品系列·万水ANSYS技术丛书：ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用》具体介绍ANSYS14.0非线性有限元方法的工程应用，在每章通过实例讲解非线性力学理论及其在ANSYS中的具体实现；系统讲解软件操作步骤，有限元模拟过程及相关注意事项；结合范例，由浅入深讲解非线性有限元的基本思想，帮助用户积累实际操作经验。本书主要内容包括典型的几何非线性、材料非线性、接触非线性等，并包含其他书籍中难以见到的关键技术，如单元积分方案选择、锁定问题处理、MPC接触算法、材料界面剥离功能等，使读者真正理解非线性有限元的相关概念及在ANSYS中的具体实现。
　　书中范例尽量兼顾科研及工程计算两方面，满足不同读者的需求。
　　《ANSYS核心产品系列·万水ANSYS技术丛书：ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用》适用于机械、航空航天、土木专业的高年级本科生、研究生和工程技术人员，并可作为学习掌握ANSYS软件的参考教材。通过本书的详细讲解，读者不但可以熟练掌握软件的相关操作，而且能深刻理解ANSYS非线性有限元的工程应用。

目录

序
前言
第1章 ANSYS非线性问题概述
1.1 非线性有限元基本理论
1.1.1 弹塑性本构关系
1.1.2 大变形几何关系
1.1.3 接触非线性问题
1.2 ANSYS非线性有限元的功能特点
1.3 ANSYS 14.0新功能介绍

第2章 非线性有限元求解技术
2.1 非线性求解算法
2.1.1 牛顿·拉普森求解
2.1.2 迭代过程
2.1.3 收敛准则
2.2 载荷步与子步
2.2.1 基本概念
2.2.2 阶跃载荷与渐变载荷
2.3 非线性稳定性方案
2.4 计算流程及如何获得收敛解
2.4.1 非线性分析的建议
2.4.2 非线性分析的相关选项

第3章 非线性分析单元技术
第4章 几何非线性与屈曲分析
第5章 材料非线性分析
第6章 接触非线性分析
第7章 高级接触功能
第8章 单元生死技术
第9章 复合材料分析

前言/序言

《ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用》简介 在现代工程设计与分析领域，非线性有限元分析（Nonlinear Finite Element Analysis, NLFEA）已成为解决复杂工程问题不可或缺的关键技术。它能够精确模拟材料非线性、几何非线性以及接触非线性等现象，从而深入理解结构的真实受力行为，优化产品性能，保障结构安全。本书《ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用》旨在为广大工程技术人员、科研工作者和高校学生提供一套系统、全面且实用的非线性有限元分析指南。 本书内容涵盖了ANSYS软件在非线性分析中的核心理论、具体操作方法以及丰富的实际应用案例，力求将抽象的理论知识与生动的工程实践紧密结合。通过深入浅出的讲解和详实的操作步骤，帮助读者快速掌握非线性有限元分析的关键技术，提升解决复杂工程问题的能力。 第一篇 理论基础与准备工作 本篇将为读者奠定扎实的非线性分析理论基础，并指导完成必要的准备工作。 第一章 非线性有限元分析概述 1.1 非线性分析的必要性与重要性 介绍线性有限元分析的局限性，强调在何种工程场景下必须采用非线性分析。 阐述非线性分析在提升产品可靠性、降低研发成本、缩短设计周期方面的关键作用。 列举非线性分析在航空航天、汽车制造、土木工程、生物力学等领域的典型应用。 1.2 非线性现象的分类与特点 材料非线性：详细介绍塑性、弹塑性、损伤、疲劳、粘弹性、超弹性等材料非线性行为的物理机理和本构模型。 几何非线性：讲解大变形、大转动、预应力等引起的几何非线性，以及其对结构刚度和响应的影响。 接触非线性：深入探讨接触面的定义、接触类型（粘合、摩擦、无摩擦）、接触算法（Penalty, Lagrange Multiplier, Augmented Lagrange）及其对分析结果的影响。 混合非线性：分析上述几种非线性同时存在时，工程问题的复杂性与挑战。 1.3 非线性有限元分析的基本流程 模型建立与前处理。 材料模型选择与定义。 载荷与边界条件的施加。 网格划分与质量检查。 求解器设置（增量步、收敛准则）。 后处理与结果分析。 模型修正与迭代优化。 1.4 ANSYS非线性分析的优势与特点 介绍ANSYS软件强大的非线性求解器、丰富的本构模型库以及灵活的自定义能力。 强调ANSYS在处理复杂非线性问题时的鲁棒性和高效性。 第二章 ANSYS建模基础与非线性分析环境设置 2.1 ANSYS Workbench平台介绍 详细介绍Workbench平台的项目管理、工程数据、几何建模、网格划分、ANSYS物理设置、求解及后处理等模块。 演示如何构建一个完整的非线性分析流程。 2.2 几何模型的准备与处理 导入不同格式的CAD模型。 几何清理、修复与简化技术，以适应有限元分析的要求。 参数化建模在非线性分析中的应用。 2.3 网格划分策略与质量控制 各种单元类型（实体单元、壳单元、梁单元）在非线性分析中的适用性。 网格密度、网格类型（四面体、六面体）对计算精度和收敛性的影响。 细化网格、局部网格控制、网格自适应技术。 网格质量检查与优化，确保单元形状良好，避免病态单元。 2.4 非线性分析的求解器选项与设置 ANSYS Mechanical APDL 与 ANSYS Workbench Mechanical 求解器的对比与选择。 增量步（Load Stepping）：理解增量步的意义，设置合理的增量步大小、数量和自动增量步。 迭代（Iteration）：解释迭代过程，设置最大迭代次数。 收敛准则（Convergence Criteria）：介绍位移收敛、力收敛、能量收敛等，以及如何设置合理的收敛容差。 求解器类型：直观求解器（Direct Solvers）与迭代求解器（Iterative Solvers）在非线性分析中的应用。 Newton-Raphson方法：详细讲解全Newton-Raphson、修正Newton-Raphson等方法的原理及其在ANSYS中的实现。 第二篇 非线性分析核心技术详解 本篇将深入讲解ANSYS中实现各类非线性分析的具体方法和技术要点。 第三章 材料非线性分析 3.1 弹塑性分析 屈服准则：介绍Von-Mises、Tresca等屈服准则。 流动法则：讲解关联流动法则与非关联流动法则。 硬化模型：深入讨论等向硬化（Isotropic Hardening）、随动硬化（Kinematic Hardening）及混合硬化模型。 ANSYS中定义和应用塑性材料模型的具体操作。 案例：钢结构的屈服分析、冲压件的成形分析。 3.2 损伤与断裂分析 损伤模型：介绍Lemaitre损伤模型、Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) 模型等。 断裂力学基础：裂纹扩展的评价指标（J积分、COD、KIC）。 ANSYS中的损伤分析设置与结果解释。 案例：压力容器的裂纹扩展预测。 3.3 粘弹性和蠕变分析 粘弹性本构模型：Kelvin-Voigt模型、Maxwell模型、Standard Linear Solid模型等。 蠕变模型：Power Law、Garofalo模型等。 ANSYS中定义粘弹性和蠕变行为的方法。 案例：高温下高分子材料的长期性能分析。 3.4 超弹性与大应变分析 超弹性本构模型：Mooney-Rivlin、Neo-Hookean、Ogden模型等，适用于橡胶、泡沫等材料。 ANSYS中超弹性材料的定义与应用。 案例：橡胶密封件的压缩变形分析。 第四章 几何非线性分析 4.1 大变形与大转动分析 分析过程中应力、应变计算的更新（Lagrangian、Eulerian描述）。 ANSYS中激活大变形分析的设置。 案例：柔性杆件的屈曲分析、薄壁结构的整体稳定性分析。 4.2 预应力分析 预应力对结构刚度、应力分布的影响。 ANSYS中施加预应力的方法（预应力单元、载荷）。 案例：螺栓连接的预紧力分析、预应力混凝土结构的受力分析。 第五章 接触非线性分析 5.1 接触定义与类型 接触对（Contact Pair）的定义：主动面（Contact Surface）与被动面（Target Surface）。 不同接触类型（Bonded, No Separation, With Friction, Rough, Flexible to Flexible, etc.）的特性与选择。 5.2 接触算法与参数设置 Penalty Method：接触刚度、Penalty系数的选择。 Lagrange Multiplier Method：精确控制接触。 Augmented Lagrange Method：结合Penalty和Lagrange的优点。 接触行为（Contact Behavior）：Asymmetric, Symmetric。 基于边、基于面的接触定义。 5.3 接触问题的求解与收敛 接触非线性对求解器收敛性的影响。 设置合适的增量步与迭代次数以保证接触问题的收敛。 案例：齿轮啮合的接触应力分析、滑动轴承的接触压力分析。 第三篇 范例应用与高级技巧 本篇将通过具体的工程案例，展示ANSYS非线性有限元分析的应用，并介绍一些高级分析技巧。 第六章 结构稳定性分析（屈曲与后屈曲） 6.1 屈曲分析的原理与类型 线性屈曲分析（Eigenbuckling）：计算临界载荷。 非线性屈曲分析：考虑几何非线性、材料非线性的屈曲行为。 6.2 后屈曲分析（Postbuckling） 分析结构在屈曲载荷之后承载能力的衰减或增加。 ANSYS中的后屈曲分析设置。 案例：薄壁柱体的屈曲与后屈曲分析。 第七章 疲劳寿命分析 7.1 疲劳基础理论 S-N曲线、应力-应变疲劳。 疲劳损伤累积理论（Miner法则）。 7.2 ANSYS疲劳分析模块 基于应力或应变幅的疲劳分析。 载荷谱（Load Spectrum）的定义。 疲劳寿命和损伤度计算。 案例：焊接构件的疲劳寿命评估。 第八章 动力学非线性分析 8.1 非线性瞬态动力学分析 考虑非线性瞬态载荷、材料非线性的动态响应。 ANSYS中的瞬态动力学求解器设置。 案例：冲击载荷下的结构响应分析。 8.2 模态非线性分析 在非线性预应力场下的模态分析。 案例：预紧螺栓对模态特性的影响。 第九章 高级应用技巧与最佳实践 9.1 参数化研究与优化设计 利用ANSYS Design Exploration进行参数化研究，寻找最优设计参数。 结合非线性分析进行鲁棒性设计。 9.2 自定义本构模型与用户自定义单元（User-Defined Elements/Materials, UDM/UEL） 介绍如何通过ANSYS APDL/Command Snippets编写用户自定义材料模型或单元，解决标准库无法覆盖的复杂问题。 9.3 结果验证与误差评估 实验验证、解析解对比、网格收敛性分析。 识别和处理分析结果中的异常。 9.4 性能优化与计算效率提升 合理选择单元类型、网格划分策略。 利用多核并行计算。 数据库（Database）与工作文件（Work File）的管理。 附录 ANSYS常用非线性单元列表。 ANSYS常用本构模型参数说明。 常见非线性分析问题排除指南。 本书结构清晰，逻辑严谨，内容由浅入深，从理论到实践，再到高级应用，层层递进。每章都配有详细的图文并茂的操作步骤和直观的分析结果图，力求让读者在学习理论知识的同时，也能熟练掌握ANSYS软件的操作技巧。通过阅读本书，读者将能够自信地运用ANSYS进行各种复杂的非线性有限元分析，有效地解决工程实践中的挑战。 本书适用于： 从事结构分析、机械设计、仿真验证的工程师。 对材料力学、有限元方法有一定基础的在读研究生。 高等院校机械、土木、航空航天、材料等相关专业的本科生。 对工程仿真技术感兴趣的各类技术人员。 掌握ANSYS非线性有限元分析技术，意味着您将能够更深入地理解结构的真实行为，更精准地预测结构的性能，从而在激烈的市场竞争中脱颖而出，创造更大的工程价值。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚入职的仿真工程师，对于ANSYS软件的应用还处于一个不断学习和积累的阶段。虽然学校里学过有限元理论，但实际操作中遇到的各种问题，尤其是非线性分析方面，让我感到力不从心。身边的一些前辈推荐我关注《ANSYS核心产品系列·万水ANSYS技术丛书》，其中这本《ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用》更是被重点提及。我了解到非线性分析是有限元分析中难度较高的一部分，涉及到的理论概念和数值算法都比线性分析要复杂得多。我希望这本书能够以一种由浅入深的方式来讲解，先从基本概念入手，解释清楚非线性分析的必要性、与线性分析的区别，以及各种非线性行为的物理本质。然后，再逐步深入到具体的数值方法，比如增量法、迭代法等，并解释它们在ANSYS中的实现。我尤其期待书中的“范例应用”部分，能够有详细的步骤指导，让我能够跟着书中的例子一步一步地操作，从而理解软件是如何处理非线性问题的。如果能够包含一些针对性的疑难解答，例如如何提高非线性分析的收敛性，如何选择合适的单元类型和材料模型，以及如何解读非线性分析结果等，那就太有帮助了。

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我都在思考如何更有效地利用ANSYS解决实际工程中的复杂问题。在接触了数年的有限元分析工作后，我深切地体会到，线性分析在很多情况下已经无法满足精度要求，尤其是在模拟材料老化、结构损伤、碰撞冲击等现象时，非线性分析的引入是必不可少的。然而，非线性分析的门槛确实很高，相关的书籍和资料也良莠不齐。这次看到《ANSYS核心产品系列·万水ANSYS技术丛书》推出了《ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用》，我充满了期待。我希望这本书不仅仅是简单地罗列ANSYS软件的操作步骤，更重要的是能够深入剖析非线性分析背后的数学原理和物理机制。比如，对于材料非线性，我希望它能详细讲解不同材料模型（如塑性、超弹性、粘弹性）的适用范围和参数的物理意义；对于接触非线性，我希望它能清晰地阐述各种接触类型（如粘连、摩擦、无摩擦）的建模方式以及影响因素；对于大变形问题，我希望它能介绍相应的几何非线性处理方法。而“范例应用”部分，我希望它能覆盖到一些工业界的典型应用场景，并且能够提供一些提高仿真效率和精度的技巧，例如网格收敛性研究、载荷和位移步长的选择策略等。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名《ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用》听起来就非常实用，尤其是“方法”和“范例应用”这两个词，直接点明了这本书的价值所在。对于很多想要深入学习ANSYS非线性分析的读者来说，仅仅了解理论知识是不够的，更重要的是能够掌握实际操作的技巧，并且知道如何在具体工程问题中应用这些方法。我期望这本书能够提供一套完整、系统的非线性有限元分析的学习路径。从基础的非线性概念介绍，到各种非线性行为的建模方法，再到求解器的选择和参数设置，希望都能有详尽的阐述。我特别看重“范例应用”这部分，希望它能包含一些有代表性的工程案例，并且在案例中详细讲解每一步的操作，包括前处理、求解和后处理。例如，在讲解材料非线性时，希望能够展示不同材料模型在ANSYS中的具体应用，以及如何根据实验数据来建立精确的材料模型。在讲解接触非线性时，希望能够详细介绍不同接触类型和接触算法的选择，以及如何有效地设置接触参数。如果书中还能提供一些通用的技巧和注意事项，比如如何诊断和解决收敛性问题，如何优化仿真效率，以及如何进行结果的验证和评估，那就更加完美了。

评分☆☆☆☆☆

我是一名从事结构强度分析的工程师，近年来，随着产品性能要求的不断提升，单纯的线性静力分析已经越来越难以满足需求。很多时候，产品的失效模式与非线性行为息息相关，例如材料的屈服、断裂，结构的屈曲失稳，以及零部件之间的复杂接触相互作用等等。因此，掌握ANSYS的非线性分析能力对我来说至关重要。我了解到《ANSYS核心产品系列·万水ANSYS技术丛书》是业内公认的权威系列，而《ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用》这本书的出现，正好契合了我迫切的学习需求。我非常期待这本书能够系统地介绍ANSYS中处理各类非线性问题的核心技术和方法。我希望它能够清晰地解释不同类型非线性分析（如材料非线性、几何非线性、接触非线性）的原理，并且提供详细的软件操作指南。特别是我希望书中能够包含一些解决实际工程中常见的疑难杂症的案例，例如如何有效地处理动态冲击下的非线性动力学问题，如何进行复杂装配体的预紧力分析，以及如何对疲劳寿命进行非线性评估等等。这些内容将极大地提升我解决实际工程问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就很吸引人，虽然我还没有深入翻阅，但仅仅从书名和作者的介绍来看，就充满了技术硬核的感觉。《ANSYS核心产品系列·万水ANSYS技术丛书》这个系列本身就代表着权威性和实用性，而《ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用》这个副标题更是直击了我一直以来在工程实践中遇到的难题。非线性分析的复杂性一直是许多工程师的痛点，尤其是在处理材料非线性、接触非线性以及大变形等问题时，往往需要投入大量的时间和精力去摸索和调试。我之前在参与一个复杂结构的仿真项目时，就因为非线性行为的建模和收敛性问题吃了不少苦头，走了不少弯路。我期待这本书能够系统地梳理非线性有限元分析的理论基础，并且提供切实可行的建模思路和求解策略。特别是“范例应用”这部分，我非常看重，希望能够看到一些贴近实际工程场景的案例，并且能够详细解析每一步的操作和参数设置，这样我才能在学习理论的同时，快速掌握解决实际问题的能力。如果书中的案例能够涵盖一些行业内普遍存在的难点，比如高分子材料的非线性蠕变、金属材料的塑性变形、或者复杂装配体的接触仿真等，那就更棒了，这会大大提升我对这本书的满意度。

评分☆☆☆☆☆

去图书馆借烦了就买了一本，书的质量很好。送货速度快这是大家都知道的

评分☆☆☆☆☆

作为搞电气仿真的，发现头一次面临需要搞大变形仿真，完全措手不及呀。

评分☆☆☆☆☆

书不错，是正版，可放心购买

评分☆☆☆☆☆

关于ANSYS的书籍很多，但是真正写得好的却为数不多，我想这是值得让想提到应用水平的人去读的一本书，已经拜读了其中的部分内容，感觉很好！

评分☆☆☆☆☆

作为搞电气仿真的，发现头一次面临需要搞大变形仿真，完全措手不及呀。

评分☆☆☆☆☆

根据单元的材料性质、形状、尺寸、节点数目、位置及其含义等，找出单元节点力和节点位移的关系式，这是单元分析中的关键一步。此时需要应用弹性力学中的几何方程和物理方程来建立力和位移的方程式，从而导出单元刚度矩阵，这是有限元法的基本步骤之一。

评分☆☆☆☆☆

根据单元的材料性质、形状、尺寸、节点数目、位置及其含义等，找出单元节点力和节点位移的关系式，这是单元分析中的关键一步。此时需要应用弹性力学中的几何方程和物理方程来建立力和位移的方程式，从而导出单元刚度矩阵，这是有限元法的基本步骤之一。

评分☆☆☆☆☆

内容有点简单。

评分☆☆☆☆☆

书籍装帧精美，将司空见惯的文字融入耳目一新的情感和理性化的秩序驾驭，从外表到内文，从天头到地脚，三百六十度的全方位渗透，从视觉效果到触觉感受……始终追求“秩序之美”的设计理念把握，并能赋予读者一种文字和形色之外的享受和满足，开本大小很合适，充满活力的字体不仅根据书籍的体 裁、风格、特点而定．字体的排列，而且还让读者感受受第一瞬间刺激，而更可以长时间地品味个中意韵。从秩序有臻的理性结构中引伸出更深层更广瀚的知识源，创游一番想像空间，排列也很准确，图像选择有规矩，构成格式、版面排列、准确的图像选择、有规矩的构成格式、到位的色彩配置、个性化的纸张运用，毫厘不差的制作工艺……近似在演出一部静态的戏剧。插图也十分好，书画让我觉得十分细腻具有收藏价值，书的图形．包括插图和图案．有写实的、有抽象的、还有写意的。具备了科学性、准确性和感人的说明力，使读者能够意会到其中的含义．得到精神感受。封面色设计虽然只是书刊装帧中的一部分但这个书设计彩鲜艳夺目、协调统一，设计出来的画面，显得比较丰富不会给人看一眼就产生没有看头的感觉，只留下不可缺少的书名。 说明文（出版意图、丛书的目录、作者简 介）责任编辑、装帧设计者名、书号定价等．有机地融入画面结构中．参与各种排 列组合和分割．产生趣味新颖的形式．让人感 到言有尽而意无穷。设计以及纸张很干净都是自己的美术设计，体旋律，铺垫节奏起伏，用知性去设置表达全书内涵的各类要素有人说，读者层次与素质不同．“阳春白雪，和者盖寡”，影响发行量。那么请看，甘肃的《读者》发行至今，从未设计过这类低俗封面，何以1991年发行150万，1994年上升至390万，雄居全国16开杂志之首；余秋雨的《文化苦旅》、杨东平的《城市季风》都不是依靠封面的广告诱惑而令“洛阳纸贵”的。尽管它们的装帧设计并不十分前卫和十分理想，但它们在流俗面前的洁身自好是值得倡导的。还有一本被尘封20多年的学术著作《顾准文集》，封而极其朴素，出版不久即在北京脱销。由此可见，封面的广告作用不是左右发行量的唯一因素，内容的精萃才是一本书的最出色的广告!作为一个从“皇帝的女儿不愁嫁”，“读者买书是看内容不是看你的封面!”等等歪曲书装设计功能的压力下挣扎过来的装帧工作者，无论从专业上、理论上、感情上都无意贬低书装设计的作用，而唯有更强烈的呼唤—本好书必须有一个好的装帧设计!要尊重那些好书，善待那些好书，为它们创造出独特的有意味的书的艺术形象是我们的责任。 曲高未必和寡。沉沦污浊争相媚俗的封面今天或许还有市场，明天就会被不断提高审美情趣的人们所厌弃。正像近年来一些园林景区原有的熊猫垃圾桶被那些与环境和谐的树根垃圾箱取代一样。“听音乐的耳朵是音乐创造的”，书籍艺术工作者的使命在于创造懂得欣赏美的大众，使广大读者时时接触情趣高超、形式优美的文化环境，使图书市场逐步过渡成一个美育的课堂。