有限元分析——ANSYS理论与应用（第五版）（英文版）

图书标准信息

• 作者 [美]Saeed Moaveni(萨伊德 · 莫维尼
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2021-04
• 版次 1
• ISBN 9787121409967
• 定价 218.00元
• 装帧 其他
• 开本 其他
• 纸张 胶版纸
• 页数 1.060页
• 字数 1.93千字

【内容简介】

本书详细介绍了有限元分析的基本理论和方法，以及ANSYS软件在有限元分析中的应用。全书详细介绍了一维和二维有限元公式的推导以及实例问题的分析方法，简单阐述了三维有限元分析方法；讨论了桁架、轴力构件、梁、框架、热传递、流体流动和动力学问题的有限元分析；通过实例详细介绍了利用ANSYS进行有限元分析的基本方法和步骤。每章均先介绍相关的基本概念和有限元公式的推导过程，然后基于有限元分析方法手工求解一些简单的实例问题，进而再利用ANSYS进行问题求解。本书特别强调分析结果的验证，在一些章的章末均提出了针对不同问题的分析结果的验证方法。

【作者简介】

Saeed Moaveni（萨伊德 · 莫维尼） 博士是一位成功的作者、教师与工程专家。他于1990年加入明尼苏达州立大学机械工程部，现在是机械工程学院的院长。他是美国机械工程学会（ASME）的会员和美国工程教育学会（ASEE）的Tau Beta Pi 荣誉会员。

Saeed Moaveni博士是一位成功的作者、教师与工程专家。他于1990年加入明尼苏达州立大学机械工程部，现在是机械工程学院的院长。他是美国机械工程学会（ASME）的会员和美国工程教育学会（ASEE）的Tau Beta Pi 荣誉会员。

【目录】

Contents 

1 Introduction 1 

1.1 Engineering Problems 2 

1.2 Numerical Methods 5 

1.3 A Brief History of the Finite Element Method and ANSYS 6 

1.4 Basic Steps in the Finite Element Method 6 

1.5 Direct Formulation 8 

1.6 Minimum Total Potential Energy Formulation 37 

1.7 Weighted Residual Formulations 43 

1.8 Verification of Results 48 

1.9 Understanding the Problem 49 

Summary 54 

References 54 

Problems 54 

2 Matrix Algebra 66 

2.1 Basic Definitions 66 

2.2 Matrix Addition or Subtraction 69 

2.3 Matrix Multiplication 69 

2.4 Partitioning of a Matrix 73 

2.5 Transpose of a Matrix 77 

2.6 Determinant of a Matrix 81 

2.7 Solutions of Simultaneous Linear Equations 86 

2.8 Inverse of a Matrix 94 

2.9 Eigenvalues and Eigenvectors 98 

2.10 Using MATLAB to Manipulate Matrices 102 

2.11 Using Excel to Manipulate Matrices 106 

2.12 Solutions of Simultaneous Nonlinear Equations 121 

Summary 123 

References 124 

Problems 124 

3 Trusses 129 

3.1 Definition of a Truss 129 

3.2 Finite Element Formulation 130 

3.3 Space Trusses 155 

3.4 Overview of the ANSYS Program 157 

3.5 ANSYS Workbench Environment 165 

3.6 Examples Using ANSYS 165 

3.7 Verification of Results 197 

Summary 199 

References 199 

Problems 199 

4 Axial Members, Beams, and Frames 209 

4.1 Members Under Axial Loading 209 

4.2 Beams 217 

4.3 Finite Element Formulation of Beams 222 

4.4 Finite Element Formulation of Frames 238 

4.5 Three-Dimensional Beam Element 244 

4.6 An Example Using ANSYS 246 

4.7 Verification of Results 271 

Summary 273 

References 274 

Problems 275 

5 One-Dimensional Elements 287 

5.1 Linear Elements 287 

5.2 Quadratic Elements 291 

5.3 Cubic Elements 293 

5.4 Global, Local, and Natural Coordinates 296 

5.5 Isoparametric Elements 298 

5.6 Numerical Integration: Gauss?CLegendre Quadrature 300 

5.7 Examples of One- 

Dimensional 

Elements in ANSYS 305 

Summary 305 

References 305 

Problems 305 

6 Analysis of One-Dimensional Problems 312 

6.1 Heat Transfer Problems 312 

6.2 A Fluid Mechanics Problem 331 

6.3 An Example Using ANSYS 335 

6.4 Verification of Results 350 

6.5 Members Under Axial Loading with Temperature Change 351 

Summary 353 

References 353 

Problems 353 

7 Two-Dimensional Elements 357 

7.1 Rectangular Elements 357 

7.2 Quadratic Quadrilateral Elements 361 

7.3 Linear Triangular Elements 366 

7.4 Quadratic Triangular Elements 371 

7.5 Axisymmetric Elements 375 

7.6 Isoparametric Elements 380 

7.7 Two-Dimensional Integrals: Gauss?CLegendre Quadrature 383 

7.8 Examples of Two-Dimensional Elements in ANSYS 384 

Summary 385 

References 385 

Problems 386 

8 More ANSYS 393 

8.1 ANSYS Program 393 

8.2 ANSYS Database and Files 394 

8.3 Creating a Finite Element Model with ANSYS: Preprocessing 396 

8.4 h-Method Versus p-Method 410 

8.5 Applying Boundary Conditions, Loads, and the Solution 410 

8.6 Results of Your Finite Element Model: Postprocessing 413 

8.7 Selection Options 418 

8.8 Graphics Capabilities 419 

8.9 Error-Estimation Procedures 421 

8.10 More on ANSYS Workbench Environment 422 

8.11 An Example Problem 428 

Summary 441 

References 442 

9 Analysis of Two-Dimensional Heat Transfer Problems 443 

9.1 General Conduction Problems 443 

9.2 Formulation with Rectangular Elements 450 

9.3 Formulation with Triangular Elements 461 

9.4 Axisymmetric Formulation of Three-Dimensional Problems 480 

9.5 Unsteady Heat Transfer 487 

9.6 Conduction Elements Used by ANSYS 497 

9.7 Examples Using ANSYS 498 

9.8 Verification of Results 538 

Summary 538 

References 540 

Problems 540 

10 Analysis of Two-Dimensional Solid Mechanics Problems 552 

10.1 Torsion of Members with Arbitrary Cross-Section Shape 552 

10.2 Plane-Stress Formulation 568 

10.3 Isoparametric Formulation: Using a Quadrilateral Element 576 

10.4 Axisymmetric Formulation 583 

10.5 Basic Failure Theories 585 

10.6 Examples Using ANSYS 586 

10.7 Verification of Results 608 

Summary 608 

References 610 

Problems 610 

11 Dynamic Problems 619 

11.1 Review of Dynamics 619 

11.2 Review of Vibration of Mechanical and Structural Systems 633 

11.3 Lagrange’s Equations 650 

11.4 Finite Element Formulation of Axial Members 652 

11.5 Finite Element Formulation of Beams and Frames 661 

11.6 Examples Using ANSYS 675 

Summary 694 

References 694 

Problems 694 

12 Analysis of Fluid Mechanics Problems 701 

12.1 Direct Formulation of Flow Through Pipes 701 

12.2 Ideal Fluid Flow 713 

12.3 Groundwater Flow 719 

12.4 Examples Using ANSYS 722 

12.5 Verification of Results 743 

Summary 744 

References 745 

Problems 746 

13 Three-Dimensional Elements 751 

13.1 The Four-Node Tetrahedral Element 751 

13.2 Analysis of Three-Dimensional Solid Problems Using Four-Node Tetrahedral Elements 754 

13.3 The Eight-Node Brick Element 759 

13.4 The Ten-Node Tetrahedral Element 761 

13.5 The Twenty-Node Brick Element 762 

13.6 Examples of Three-Dimensional Elements in ANSYS 764 

13.7 Basic Solid-Modeling Ideas 768 

13.8 A Thermal Example Using ANSYS 779 

13.9 A Structural Example Using ANSYS 796 

Summary 809 

References 809 

Problems 809 

14 Design and Material Selection 818 

14.1 Engineering Design Process 819 

14.2 Material Selection 822 

14.3 Electrical, Mechanical, and Thermophysical Properties of Materials 823 

14.4 Common Solid Engineering Materials 825 

14.5 Some Common Fluid Materials 832 

Summary 834 

References 834 

Problems 834 

15 Design Optimization 836 

15.1 Introduction to Design Optimization 836 

15.2 The Parametric Design Language of ANSYS 840 

15.3 Examples of Batch Files 842 

Summary 853 

References 854 

Problems 854 

Appendix A Mechanical Properties of Some Materials 855 

Appendix B Thermophysical Properties of Some Materials 859 

Appendix C Properties of Common Line and Area Shapes 861 

Appendix D Geometrical Properties of Structural Steel Shapes 865 

Appendix E Conversion Factors 869 

Appendix F An Introduction to MATLAB 871 

Appendix G Workbench Examples 905