基本信息
- 原书名：Finite Element Analysis: Theory and Application with ANSYS, Second Edition
- 原出版社： Prentice Hall/Pearson
- 作者： （美）Saeed Moaveni
- 译者： 王崧 董春敏 金云平
- 丛书名： 有限元技术丛书
- 出版社：电子工业出版社
- ISBN：712101565X
- 上架时间：2005-9-8
- 出版日期：2005 年8月
- 开本：16开
- 页码：600
- 版次：2-1
- 所属分类：计算机 > 计算机辅助设计与工程计算 > ANSYS
教材 > 研究生/本科/专科教材 > 工学 > 计算机
计算机 > 计算机辅助设计与工程计算 > VHDL
教材 > 计算机教材 > 本科/研究生 > 计算机辅助设计
内容简介
书籍
计算机书籍
本书精辟地讲解了有限元分析的理论，同时还给出了针对实际问题的ANSYS建模方法。ANSYS是全书的主体。本书的主要内容涉及到有限元分析的基本思想、一维单元、二维单元和三维单元的有限公式及应用，详细讨论了桁架、梁、框架，一维、二维热传导及流体问题和三维实体的有限元分析。有关固体力学、热传递学和流体力学的基本概念贯穿于全书各章节之中，每一章开头都会讨论相关的基础理论，接着给出一些可以手工计算的简单问题，之后再介绍用ANSYS解决的例子，而第8章集中介绍了ANSYS的使用方法和用ANSYS作为有限元分析的基本过程。本书大部分章节的最后都附有一定习题供读者练习。
本书面向高等院校工程专业的本科生和有限元分析的初学者。对于未接触过有限元建模的工程师来说，本书亦可作为深入理解有限元基本概念的入门性教材。
计算机书籍
本书精辟地讲解了有限元分析的理论，同时还给出了针对实际问题的ANSYS建模方法。ANSYS是全书的主体。本书的主要内容涉及到有限元分析的基本思想、一维单元、二维单元和三维单元的有限公式及应用，详细讨论了桁架、梁、框架，一维、二维热传导及流体问题和三维实体的有限元分析。有关固体力学、热传递学和流体力学的基本概念贯穿于全书各章节之中，每一章开头都会讨论相关的基础理论，接着给出一些可以手工计算的简单问题，之后再介绍用ANSYS解决的例子，而第8章集中介绍了ANSYS的使用方法和用ANSYS作为有限元分析的基本过程。本书大部分章节的最后都附有一定习题供读者练习。
本书面向高等院校工程专业的本科生和有限元分析的初学者。对于未接触过有限元建模的工程师来说，本书亦可作为深入理解有限元基本概念的入门性教材。
目录
绪论
1.1 工程问题
1.2 数值方法
1.3 有限元方法和ANSYS简介
1.4 有限元分析的基本步骤
1.5 直接法
1.6 最小总势能法
1.7 加权余数法
1.8 结果验证
1.9 理解问题
小结
参考文献
习题
第2章 预备知识：矩阵基本运算
2.1 矩阵的基本定义
2.2 矩阵的相加或相减
2.3 矩阵相乘
2.4 矩阵分块
2.5 矩阵转置
2.6 矩阵的行列式
1.1 工程问题
1.2 数值方法
1.3 有限元方法和ANSYS简介
1.4 有限元分析的基本步骤
1.5 直接法
1.6 最小总势能法
1.7 加权余数法
1.8 结果验证
1.9 理解问题
小结
参考文献
习题
第2章 预备知识：矩阵基本运算
2.1 矩阵的基本定义
2.2 矩阵的相加或相减
2.3 矩阵相乘
2.4 矩阵分块
2.5 矩阵转置
2.6 矩阵的行列式
译者序
本书是在前一版的基础上修订而成，主要讲述了有限元的基本理论和通用有限元程序ANSYS在有限元分析中的应用。
ANSYS是一个功能十分强大的有限元分析程序，不仅用于常规结构工程问题的静态或动态有限元分析，还能在诸如流体力学、热力学（温度场）、电磁场等方面进行有限元计算。因此，选择一本适合自己研究方向的介绍ANSYS有限元理论与应用的书籍很重要。本书遵循从理论到实践的原则，先用具体的实例介绍了有限元分析的手工计算过程和步骤，然后再辅以详细的ANSYS分析过程。另外，在每一章的最后都给出了验证有限元分析结果是否正确的方法。理解这一点很重要，通过它读者可以知道自己建立的有限元模型是否正确，计算结果是否合理。这是目前许多介绍ANSYS有限元的书籍所不具备的。如果读者按照这种方式学习，会很快掌握有关问题的有限元解决方法和ANSYS分析步骤。
本书共分15章。第1章介绍了有限元分析的基本思想；第2章讲述了有关矩阵运算的一般规则。第3章至第13章分别介绍了固体力学、热力学和流体力学问题的有限元基本理论，且每一章都先介绍单元的性质，然后讲述单元刚度的形成，最后举例说明用ANSYS进行有限元分析时的步骤与过程。最后两章主要介绍工程设计与优化的基本思想。与前一版相比，本书新增了不少内容，尤其是新增的动态问题分析这一章内容，它与结构工程中的抗震分析密切相关。依译者多年学习和应用ANSYS的经验，掌握15.2节“ANYSYS的参数化设计语言”非常重要，是熟练应用ANSYS的标志。图形界面操作尽管简单直观，但修改模型并不方便。对某些问题而言，我们并不是简单计算一次就可以获得合理的结果的，往往需要多次反复。学习时，建议读者将图形操作命令与记录日志文件中的命令对照着看，这样就会很快理解每一个命令的含义，知道怎样写参数化语言设计程序了。此外，在掌握了基本的ANSYS操作后，读者一定要学会看ANSYS帮助，它对每一个命令和单元类型都有详尽的描述。
在此，译者需要再次强调一下的是，本书并不是一本关于ANSYS的命令操作手册，而是一本关于有限元基本理论及如何应用ANSYS进行有限元分析的教材，既适合于那些想学习有限元基本知识和提高有限元应用能力的高校学生，也适合于那些从事有限元研究与应用的广大工程技术人员。同时，本书也可以作为相关教师的参考教材。本书每一章的后面都对这一章的知识和内容进行了概括与总结，并提供了一定数量的习题供读者练习。
本书主要由王崧、董春敏、金云平翻译。参加翻译工作的其他人员有：刘丽娟、张媛、王坚、胡巨茗、滕玉良、徐明贵、林雨、张超。尽管译者倾注了极大的心血尽量做到专业术语译法正确规范，但毕竟水平有限，难免有不妥之处，敬请广大读者批评指正。
ANSYS是一个功能十分强大的有限元分析程序，不仅用于常规结构工程问题的静态或动态有限元分析，还能在诸如流体力学、热力学（温度场）、电磁场等方面进行有限元计算。因此，选择一本适合自己研究方向的介绍ANSYS有限元理论与应用的书籍很重要。本书遵循从理论到实践的原则，先用具体的实例介绍了有限元分析的手工计算过程和步骤，然后再辅以详细的ANSYS分析过程。另外，在每一章的最后都给出了验证有限元分析结果是否正确的方法。理解这一点很重要，通过它读者可以知道自己建立的有限元模型是否正确，计算结果是否合理。这是目前许多介绍ANSYS有限元的书籍所不具备的。如果读者按照这种方式学习，会很快掌握有关问题的有限元解决方法和ANSYS分析步骤。
本书共分15章。第1章介绍了有限元分析的基本思想；第2章讲述了有关矩阵运算的一般规则。第3章至第13章分别介绍了固体力学、热力学和流体力学问题的有限元基本理论，且每一章都先介绍单元的性质，然后讲述单元刚度的形成，最后举例说明用ANSYS进行有限元分析时的步骤与过程。最后两章主要介绍工程设计与优化的基本思想。与前一版相比，本书新增了不少内容，尤其是新增的动态问题分析这一章内容，它与结构工程中的抗震分析密切相关。依译者多年学习和应用ANSYS的经验，掌握15.2节“ANYSYS的参数化设计语言”非常重要，是熟练应用ANSYS的标志。图形界面操作尽管简单直观，但修改模型并不方便。对某些问题而言，我们并不是简单计算一次就可以获得合理的结果的，往往需要多次反复。学习时，建议读者将图形操作命令与记录日志文件中的命令对照着看，这样就会很快理解每一个命令的含义，知道怎样写参数化语言设计程序了。此外，在掌握了基本的ANSYS操作后，读者一定要学会看ANSYS帮助，它对每一个命令和单元类型都有详尽的描述。
在此，译者需要再次强调一下的是，本书并不是一本关于ANSYS的命令操作手册，而是一本关于有限元基本理论及如何应用ANSYS进行有限元分析的教材，既适合于那些想学习有限元基本知识和提高有限元应用能力的高校学生，也适合于那些从事有限元研究与应用的广大工程技术人员。同时，本书也可以作为相关教师的参考教材。本书每一章的后面都对这一章的知识和内容进行了概括与总结，并提供了一定数量的习题供读者练习。
本书主要由王崧、董春敏、金云平翻译。参加翻译工作的其他人员有：刘丽娟、张媛、王坚、胡巨茗、滕玉良、徐明贵、林雨、张超。尽管译者倾注了极大的心血尽量做到专业术语译法正确规范，但毕竟水平有限，难免有不妥之处，敬请广大读者批评指正。
序言
本书由15章组成，是在前一版的基础上修订而成的，同时根据读者和教师的建议对某些内容做了修改，并增加了新的内容，其中主要内容包括：
● 新增了一章有关矩阵运算的内容
● 新增了一章有关梁和框架的内容
● 新增了一节有关轴对称单元和有限元公式的内容
● 新增了一节有关p方法和h方法的内容
● 新增了一节有关暂态热传递的内容
● 新增了一章有关动态问题分析的内容
● 新增了一章有关工程设计与材料选择的内容
● 新增了两个有关截面特性及型钢特性的附录
● 新增了一个批处理文件示例附录
● 新提供了一个供读者参考其他信息的网站
此外，还增补了一些新的习题，扩充了有关材料的属性表。
目前，在有限元理论方面已经出现了不少针对高年级学生的优秀教材。然而，这些书在向低年级学生和初学者介绍有限元建模过程中都没有将ANSYS作为一个完整的部分包括进去。近年来，有限元分析方法作为一种设计工具获得了迅猛发展。各种综合性软件，如ANSYS— 一种通用有限元计算程序，已经成为设计工程师必不可少的工具。遗憾的是，在使用这些工具的工程师中，有许多仍然缺乏必要的训练或者对基本概念缺乏足够的了解。本书作为入门教材，旨在帮助工程专业的学生和未接触过有限元建模的工程师深入理解有限元的基本概念。全书详细讲解了有限元分析的基本理论，同时还讲述了应用理论如何建立实际问题的有限元模型。本书在编写过程中尽量避开枯燥的理论，避免学生在理论面前望而却步，另外一方面又保留了足够的理论基础来帮助他们灵活有效地使用ANSYS。ANSYS是全书的主体。每一章都会首先讨论相关的基础理论，接着给出一些可以手工计算的简单问题，之后再介绍用ANSYS解决问题的例子。书中的练习也用这种方式给出。有一些习题可能要求手工计算，但对一些复杂的习题可能要求用ANSYS计算。这些可以手工计算的简单问题，能够鼓励学生熟悉有限元分析的必要步骤，加深他们对概念的理解。在第3章、第4章、第6章和第9章至第14章的结尾还给出一些设计问题。
本书还讨论了可能导致错误结果的误差来源。一位优秀的工程师必须能够找到某种方法来检验结果是否正确。虽然实验测试可能是最好的方法，但是这种方法往往过于耗费时间和金钱。因此，只要有可能，本书都用其他一般的方法来验证其有限元分析的结果。正因为如此，在每一相关章节的结尾都会给出用于验证ANSYS结果的可能方法。
本书的另一个特点是在最后两章介绍了工程设计、材料选择、优化和ANSYS参数化编程的内容。
全书共分15章。第1章介绍了有限元分析的基本思想，其中包括直接法、最小总势能法和加权余数法等常用有限元公式的推导方法；第2章讲述了有关矩阵运算的一般规则；第3章分析了桁架，因为桁架是许多工程问题中最经济的解决方案。此外，还简单介绍了ANSYS程序的使用方法，使读者能立竿见影地使用ANSYS；第4章介绍了二力杆、梁和框架的有限元公式；第5章引入了一维线性、二次和三次单元，讨论了如何用它们来分析一维问题。另外，在第5章还详细介绍了整体坐标、局部坐标和自然坐标的概念，同时也讨论了等参单元的有限元公式和高斯-勒让德数值积分；第6章讨论了一维热传递和流体问题的迦辽金公式，而二维线性和高阶单元及二维问题的高斯-勒让德积分在第7章讲述；第8章主要讲述ANSYS的高级功能及其组织结构，同时还详细介绍了用ANSYS建模和分析的基本步骤；第9章中介绍了二维热传递问题的分析，其中有一节讨论了非稳定热传导问题；第10章分析了非圆形杆轴的扭转及平面应力问题；第11章讨论了动态问题的分析，简要介绍了机械与结构系统的振动分析；第12章讨论了理想二维流体力学问题的分析，其中包括管网和地下渗流问题的有限元分析；第13章讨论了三维单元及其有限元公式，同时还介绍了由上向下和由下向上的实体有限元建模方法。最后两章主要介绍设计与优化的基本思想，其中工程设计与材料选择在第14章介绍，设计优化与ANSYS参数化编程在第15章介绍。每一章开头都提出了本章的学习目的，而结尾则总结了读完本章后应掌握的知识。
本书在使用ANSYS求解的例子中皆详细介绍了使用ANSYS建模及分析的过程。如有必要，教师可先讲述第8章。
有关固体力学、热传递学和流体力学的基本概念一直贯穿于本书各章节之中。此外，要提醒学生的是，不要过早地对那些存在简单解析解的问题建立有限元模型。在附录A和附录B中列出了常用工程材料的力学和热物理学性质。有关ANSYS的批处理文件将在附录F中给出。
最后，作者还计划为本书的学习维护一个网站（http://www.prenhall.com/Moaveni）。此举出于以下几个目的：(1)共享ANSYS新版本的变化；(2)共享下一版教材的修订信息；(3)提供额外的习题和设计问题；(4)在网站上公布对本书的任何修订。该网站将对所有学生和教师开放。
Saeed Moaveni
● 新增了一章有关矩阵运算的内容
● 新增了一章有关梁和框架的内容
● 新增了一节有关轴对称单元和有限元公式的内容
● 新增了一节有关p方法和h方法的内容
● 新增了一节有关暂态热传递的内容
● 新增了一章有关动态问题分析的内容
● 新增了一章有关工程设计与材料选择的内容
● 新增了两个有关截面特性及型钢特性的附录
● 新增了一个批处理文件示例附录
● 新提供了一个供读者参考其他信息的网站
此外，还增补了一些新的习题，扩充了有关材料的属性表。
目前，在有限元理论方面已经出现了不少针对高年级学生的优秀教材。然而，这些书在向低年级学生和初学者介绍有限元建模过程中都没有将ANSYS作为一个完整的部分包括进去。近年来，有限元分析方法作为一种设计工具获得了迅猛发展。各种综合性软件，如ANSYS— 一种通用有限元计算程序，已经成为设计工程师必不可少的工具。遗憾的是，在使用这些工具的工程师中，有许多仍然缺乏必要的训练或者对基本概念缺乏足够的了解。本书作为入门教材，旨在帮助工程专业的学生和未接触过有限元建模的工程师深入理解有限元的基本概念。全书详细讲解了有限元分析的基本理论，同时还讲述了应用理论如何建立实际问题的有限元模型。本书在编写过程中尽量避开枯燥的理论，避免学生在理论面前望而却步，另外一方面又保留了足够的理论基础来帮助他们灵活有效地使用ANSYS。ANSYS是全书的主体。每一章都会首先讨论相关的基础理论，接着给出一些可以手工计算的简单问题，之后再介绍用ANSYS解决问题的例子。书中的练习也用这种方式给出。有一些习题可能要求手工计算，但对一些复杂的习题可能要求用ANSYS计算。这些可以手工计算的简单问题，能够鼓励学生熟悉有限元分析的必要步骤，加深他们对概念的理解。在第3章、第4章、第6章和第9章至第14章的结尾还给出一些设计问题。
本书还讨论了可能导致错误结果的误差来源。一位优秀的工程师必须能够找到某种方法来检验结果是否正确。虽然实验测试可能是最好的方法，但是这种方法往往过于耗费时间和金钱。因此，只要有可能，本书都用其他一般的方法来验证其有限元分析的结果。正因为如此，在每一相关章节的结尾都会给出用于验证ANSYS结果的可能方法。
本书的另一个特点是在最后两章介绍了工程设计、材料选择、优化和ANSYS参数化编程的内容。
全书共分15章。第1章介绍了有限元分析的基本思想，其中包括直接法、最小总势能法和加权余数法等常用有限元公式的推导方法；第2章讲述了有关矩阵运算的一般规则；第3章分析了桁架，因为桁架是许多工程问题中最经济的解决方案。此外，还简单介绍了ANSYS程序的使用方法，使读者能立竿见影地使用ANSYS；第4章介绍了二力杆、梁和框架的有限元公式；第5章引入了一维线性、二次和三次单元，讨论了如何用它们来分析一维问题。另外，在第5章还详细介绍了整体坐标、局部坐标和自然坐标的概念，同时也讨论了等参单元的有限元公式和高斯-勒让德数值积分；第6章讨论了一维热传递和流体问题的迦辽金公式，而二维线性和高阶单元及二维问题的高斯-勒让德积分在第7章讲述；第8章主要讲述ANSYS的高级功能及其组织结构，同时还详细介绍了用ANSYS建模和分析的基本步骤；第9章中介绍了二维热传递问题的分析，其中有一节讨论了非稳定热传导问题；第10章分析了非圆形杆轴的扭转及平面应力问题；第11章讨论了动态问题的分析，简要介绍了机械与结构系统的振动分析；第12章讨论了理想二维流体力学问题的分析，其中包括管网和地下渗流问题的有限元分析；第13章讨论了三维单元及其有限元公式，同时还介绍了由上向下和由下向上的实体有限元建模方法。最后两章主要介绍设计与优化的基本思想，其中工程设计与材料选择在第14章介绍，设计优化与ANSYS参数化编程在第15章介绍。每一章开头都提出了本章的学习目的，而结尾则总结了读完本章后应掌握的知识。
本书在使用ANSYS求解的例子中皆详细介绍了使用ANSYS建模及分析的过程。如有必要，教师可先讲述第8章。
有关固体力学、热传递学和流体力学的基本概念一直贯穿于本书各章节之中。此外，要提醒学生的是，不要过早地对那些存在简单解析解的问题建立有限元模型。在附录A和附录B中列出了常用工程材料的力学和热物理学性质。有关ANSYS的批处理文件将在附录F中给出。
最后，作者还计划为本书的学习维护一个网站（http://www.prenhall.com/Moaveni）。此举出于以下几个目的：(1)共享ANSYS新版本的变化；(2)共享下一版教材的修订信息；(3)提供额外的习题和设计问题；(4)在网站上公布对本书的任何修订。该网站将对所有学生和教师开放。
Saeed Moaveni
