編輯推薦
緊密結閤ANSYS土木工程結構特點
提供詳細的建模和分析思路
全方位解決典型土木工程問題
110個源代碼
10個PDF格式的配套課件
圖書+微信訂閱號+SimWe論壇=可溝通交流的生態係統教程
內容簡介
本書主要麵嚮土木工程的學習人員和科研、設計人員,針對土木工程中的一些主要力學問題,全麵詳細地介紹瞭其建模要點,並提供相應的經典算例。全書通俗易懂、內容豐富且全麵,極具參考價值。
全書共分15章,首先介紹瞭ANSYS軟件的曆史和發展技術曆程,然後對土木工程結構的一些建模要點和方法進行瞭歸納,並在介紹ANSYS基本操作和界麵的基礎上,全麵闡述瞭其APDL語言、網格劃分技術和前後處理技術,深入介紹瞭土木工程結構中的杆係結構、實體結構的靜力分析方法。以這些技術和方法為基礎,以土木工程結構為分析對象,詳細介紹瞭土木工程結構各種力學問題的分析理論和分析流程,藉助眾多的經典實例深入闡述瞭ANSYS與土木工程分析相關的分析技術,包括非綫性問題、穩定問題、動力問題、混凝土問題、單元生死問題、殘餘應力問題、隧道開挖、薄壁結構、可靠度問題和索類結構問題等多個力學問題和現象,每個力學問題均提供瞭詳細的建模要點、分析過程和學習範例。讀者通過研讀本書,可以快速全麵掌握ANSYS在土木工程中的應用方法,便於讀者掌握有限元方法和ANSYS操作,提高解決工程結構實際問題的能力。
本書內容全麵完整、針對性強、實用性好,可作為麵嚮高等院校土木、水利和機械等工科專業的本科生或研究生教材,也可以作為工程設計人員的參考書籍。
作者簡介
李立峰,博士、教授,Ga Tech訪問學者,主要從事橋梁抗震研究、鋼混組閤結構受力性能研究和仿真分析研究,先後主持和參與國傢自然科學基金、交通部西部等多項科研課題,參編專著和教材4部,發錶論文30餘篇,2010年度第五屆中國青年科技奬“全國十佳”。
王連華,副教授,教育部新世紀人纔,UIUC訪問學者。主要從事橋梁工程的教學和研究工作。先後主持和參與國傢自然科學基金、交通部西部項目、教育部新世紀人纔項目等20餘項項目的科研工作。已發錶論文80多篇,其中SCI收錄近30篇。
內頁插圖
目錄
第1 章 概述....................................... 9
1.1 ANSYS 的曆史.............................................9
1.2 ANSYS 的功能...........................................10
1.3 ANSYS 16.0 版本的新亮點.........................11
本章小結....................................12
第2 章 製定ANSYS 分析方案.................................... 13
2.1 概述.....................................13
2.2 確定分析類型............................................14
2.3 建模...................................14
2.3.1 整體受力或局部受力........................... 14
2.3.2 模型對稱性........................................ 14
2.3.3 選用閤理的單元類型........................... 15
2.3.4 網格離散方案..................................... 16
2.3.5 處理連接關係..................................... 19
2.3.6 預留荷載作用位置.............................. 20
2.3.7 製定求解過程方案.............................. 20
2.3.8 專題分析........................................... 21
2.4 典型的分析過程........................................22
2.5 一個簡單的分析例子(GUI 方式)............22
本章小結........................................27
第3 章 模型建立........................................ 28
3.1 單位設置...................................................28
3.2 坐標係和工作平麵.....................................29
3.2.1 全局和局部坐標係.............................. 29
3.2.2 活動坐標係........................................ 30
3.2.3 顯示坐標係........................................ 30
3.2.4 節點坐標係........................................ 30
3.2.5 單元坐標係........................................ 31
3.2.6 結果坐標係........................................ 32
3.2.7 工作平麵........................................... 32
3.3 顯示設置...................................................33
3.3.1 編號和顔色顯示控製........................... 33
3.3.2 邊界條件和荷載的顯示設置.................. 34
3.3.3 尺寸和形狀........................................ 34
3.4 實體模型的建立........................................35
3.4.1 自底嚮上建模..................................... 36
3.4.2 自頂嚮下建模..................................... 38
3.5 實體建模—導入AutoCAD 模型..................40
3.6 布爾運算...................................................41
3.6.1 布爾運算的設置.................................. 41
3.6.2 布爾操作........................................... 42
3.6.3 布爾操作注意要點.............................. 44
3.7 實體建模實例............................................44
本章小結........................................48
第4 章 網格劃分..................................... 49
4.1 網格劃分流程............................................49
4.1.1 設置單元屬性..................................... 49
4.1.2 設置網格劃分尺寸.............................. 51
4.1.3 選擇網格劃分方法.............................. 51
4.1.4 生成網格........................................... 51
4.1.5 網格檢查與修改.................................. 51
4.2 實體分網技術............................................51
4.2.1 單元屬性設置..................................... 52
4.2.2 網格劃分尺寸控製.............................. 53
4.2.3 自由網格和映射網格........................... 57
4.3 高級分網技術............................................63
4.3.1 掃掠生成體網格.................................. 63
4.3.2 過渡金字塔單元.................................. 65
4.3.3 自適應網格劃分.................................. 67
4.4 單元形狀及網格檢查................................69
4.4.1 單元形狀檢查..................................... 69
4.4.2 網格有效性檢查.................................. 71
4.5 網格修改...................................................71
4.5.1 重新劃分網格..................................... 72
4.5.2 清除網格........................................... 72
4.5.3 細化網格........................................... 72
4.5.4 四麵體單元的修改.............................. 74
4.6 直接建模...................................................74
4.6.1 節點.................................................. 74
4.6.2 單元.................................................. 75
4.7 網格劃分實例............................................75
本章小結......................................82
第5 章 加載與求解............................. 83
5.1 荷載及加載基礎........................................83
5.1.1 分類............................................
前言/序言
CAE分析大係 ANSYS土木工程實例詳解:洞悉結構模擬的精髓,駕馭工程挑戰的利器 在日新月異的土木工程領域,隨著項目規模的宏大化、設計的復雜化以及安全標準的日益嚴苛,傳統的工程分析方法已難以滿足現代工程對精度、效率和可靠性的需求。結構模擬與有限元分析(FEA)技術應運而生,並迅速成為土木工程設計、分析與優化的核心工具。本書《CAE分析大係 ANSYS土木工程實例詳解》正是基於這一時代背景,旨在為廣大土木工程領域的從業者、研究者和學生提供一套係統、深入且極具實踐性的CAE分析方法論,並以ANSYS這一行業領先的仿真軟件為載體,通過詳實的應用實例,全麵展示如何運用先進的仿真手段解決實際工程問題。 本書並非一本枯燥的技術手冊,而是一次深入工程智慧殿堂的探索之旅。我們聚焦於CAE分析在土木工程各個關鍵環節的應用,從基礎的結構靜力分析,到復雜的動力響應,再到熱應力、疲勞壽命以及材料非綫性行為的模擬,力求覆蓋土木工程結構分析的廣闊圖景。我們深知,理論的掌握固然重要,但將理論付諸實踐,通過解決真實世界中的工程難題,纔能真正鍛造齣優秀的工程師。因此,本書的精髓在於其“實例詳解”的特性,每一章都圍繞一個或一組典型的土木工程應用場景展開,引領讀者一步步走進ANSYS軟件的操作界麵,理解每一個分析步驟背後的物理意義和工程含義,並最終輸齣具有指導意義的分析結果。 本書的核心價值在於: 一、 構建堅實的CAE理論基礎與ANSYS操作技能: 本書首先會係統梳理CAE分析的基本原理,包括有限元法的基本概念、單元類型選擇、網格劃分策略、邊界條件施加、荷載定義、求解器類型以及結果後處理等。這些理論基礎將為讀者理解復雜的工程問題提供必要的框架。在此基礎上,本書將緊密結閤ANSYS軟件,從軟件界麵的熟悉、基本操作流程的掌握,到高級功能的運用,進行由淺入深的講解。讀者將學會如何利用ANSYS搭建模型、進行網格劃分、定義材料屬性、施加邊界條件與荷載、選擇閤適的求解器、運行分析並對結果進行可視化和解讀。 二、 覆蓋土木工程關鍵領域的廣泛應用實例: 本書精心挑選瞭一係列具有代錶性的土木工程應用實例,涵蓋瞭建築工程、橋梁工程、岩土工程、水利工程等多個重要分支。這些實例的設計力求貼近實際工程項目,讓讀者能夠將所學知識直接應用於解決實際問題。 建築工程結構分析: 高層建築的抗震分析: 模擬高層建築在地震荷載作用下的動力響應,包括模態分析、響應譜分析和時程分析,評估結構的安全性,優化減隔震措施。 鋼筋混凝土框架結構的靜力分析與破壞模式預測: 分析框架結構在各種荷載組閤下的應力應變分布,預測結構的薄弱環節和可能的破壞模式,指導設計優化。 預應力混凝土結構的分析: 模擬預應力混凝土結構的施工過程和長期使用階段的應力狀態,評估預應力的有效性和結構的承載能力。 組閤結構(如鋼-混凝土組閤)的分析: 深入研究不同材料組閤結構在受力特性上的耦閤效應,進行精細化分析。 隔震與消能減震技術在建築中的應用: 通過ANSYS模擬隔震支座、阻尼器等減震裝置的工作性能,評估其減震效果。 橋梁工程結構分析: 斜拉橋與懸索橋的整體穩定性與動力響應分析: 模擬復雜空間結構在風、地震、交通荷載下的行為,分析關鍵部件的受力狀況。 梁式橋的承載能力與撓度控製: 評估各種類型梁橋在恒載、活載作用下的應力分布和變形,確保結構滿足規範要求。 橋梁的疲勞壽命評估: 針對反復作用的交通荷載,進行疲勞分析,預測橋梁的使用壽命,為養護和維修提供依據。 橋梁基礎與墩颱的受力分析: 結閤岩土模型,分析橋梁基礎與土體之間的相互作用,評估地基承載能力和變形。 岩土工程分析: 邊坡穩定性分析: 模擬邊坡在不同荷載和滲流條件下的應力應變分布,計算安全係數,評估滑坡風險,並對加固措施進行有效性驗證。 隧道開挖與支護結構分析: 模擬隧道開挖過程中圍岩的應力重分布和變形,評估初期支護結構的受力狀況,優化支護設計。 基坑工程滲流與支護分析: 分析基坑開挖過程中的地下水流動規律和土體失穩風險,評估擋土牆、樁基等支護結構的安全性。 樁基礎承載力與沉降分析: 模擬樁與土體之間的相互作用,分析樁的承載能力和上部結構産生的沉降。 水利工程結構分析: 大壩的滲流與應力分析: 模擬大壩在水壓力、溫度變化及地震作用下的滲流場和應力場,評估大壩的安全性。 閘門、水工鋼結構等受力分析: 分析水輪機、啓閉機、閘門等水工構件在水流、壓力作用下的應力狀態。 水下結構的應力與變形分析: 模擬水下構築物在復雜水流環境中的受力行為。 三、 強調物理過程的理解與結果的工程解讀: 本書貫穿始終的理念是“知其然,更知其所以然”。我們不僅教授如何操作ANSYS,更注重引導讀者理解每個分析步驟背後的物理力學原理,以及ANSYS求解器如何模擬這些物理過程。在結果後處理部分,我們不會簡單地展示應力雲圖和變形圖,而是詳細闡述如何從這些可視化結果中提取關鍵的工程信息,如何將其與工程規範、設計標準進行對比,如何進行工程判斷,並最終為工程設計和決策提供有價值的參考。例如,在進行結構動力分析時,我們不僅會展示結構的振動形態,還會重點講解如何識彆結構的自振頻率和振型,以及這些參數對結構抗震性能的影響。 四、 引入先進的模擬技術與研究前沿: 隨著CAE技術的不斷發展,諸如材料非綫性、接觸非綫性、顯式動力分析、耦閤場分析(如熱-結構耦閤、流-固耦閤)等高級分析技術在土木工程中的應用日益廣泛。本書將選擇性地介紹這些先進的分析方法,並通過具體的實例展示其在解決復雜工程問題時的強大威力。例如,在分析橋梁疲勞壽命時,我們將探討如何進行損傷纍積分析;在分析隧道開挖時,我們將介紹如何模擬圍岩的塑性變形和斷裂行為。 五、 培養嚴謹的工程思維與問題解決能力: 本書旨在培養讀者嚴謹的工程思維模式。從問題的定義、模型的建立、分析方法的選擇,到結果的驗證與解讀,每一個環節都強調邏輯性和係統性。通過大量實例的實踐,讀者將學會如何將復雜的工程問題抽象為力學模型,如何選擇閤適的分析工具和方法,如何識彆模型中的不確定性,並如何對分析結果的可靠性進行評估。這種解決問題的能力,將是讀者在未來工程實踐中應對各種挑戰的寶貴財富。 本書的目標讀者: 在校本科生與研究生: 為學生提供係統、實用的CAE學習平颱,幫助其掌握結構分析的核心技能,為未來的學術研究和職業發展打下堅實基礎。 土木工程師與結構工程師: 幫助工程師提升結構分析的深度和廣度,掌握更先進的CAE分析工具和方法,提高工作效率,解決實際工程中的難題。 工程項目管理者: 幫助項目管理者理解CAE分析在工程決策中的作用,更好地協調和管理項目的技術評審。 CAE技術的研究者與開發人員: 為相關領域的研究者提供豐富的工程應用案例,啓發新的研究思路。 總結: 《CAE分析大係 ANSYS土木工程實例詳解》是一本緻力於將先進的CAE分析技術與土木工程實踐深度融閤的專著。我們相信,通過本書的學習,讀者不僅能夠熟練掌握ANSYS軟件在土木工程中的應用,更重要的是,能夠建立起一套科學、嚴謹的工程分析思維,從而在瞬息萬變的工程領域中,以更自信、更高效的方式應對挑戰,創造價值。本書將成為您洞悉結構模擬精髓、駕馭工程挑戰的得力助手。