本书针对复杂装备研制需求，介绍了平面和轴对称传热问题以及平面和轴对称结构分析问题的有限元模型，同时介绍了等参单元和数值积分等有限元模型计算方法，并在此基础上讨论了热固耦合的表现形式、数值计算模型以及强弱耦合计算方法等。最后，作者检索和归纳了相关文献中的传热和结构分析问题，采用自主研发的热固耦合分析系统对这些典型的案例进行了数值计算和分析。本书的特点是理论方法、工程应用和软件开发紧密结合。 本书可作为装备研制领域的设计分析工程师的参考用书，也可以作为计算机应用技术、工程力学、传热分析和机械设计等专业的高校高年级本科生和研究生的教材。
样章试读
目录
- 序
前言
第1章 三角形单元的平面传热分析模型
1.1 传热分析的概念
1.1.1 热力学基本定律
1.1.2 传热分析概念
1.2 热传导控制方程
1.2.1 傅里叶方程
1.2.2 导热控制方程
1.3 二阶偏微分方程
1.3.1 二阶偏微分方程的分类
1.3.2 定解条件
1.4 传热问题的定解条件
1.4.1 第一类边界条件
1.4.2 第二类边界条件
1.4.3 第三类边界条件
1.4.4 热辐射边界条件
1.4.5 初始条件
1.5 有限元方法简介
1.5.1 有限元方法
1.5.2 加权余量法
1.6 三节点三角形单元模型
1.6.1 单元插值函数
1.6.2 内部单元加权余量模型
1.6.3 边界条件计算方法
1.7 六节点三角形单元有限元模型
1.7.1 内部单元有限元模型
1.7.2 边界条件计算方法
1.8 小结
第2章 三角形单元的轴对称传热分析模型
2.1 引言
2.2 轴对称传热分析模型
2.2.1 轴对称传热控制方程
2.2.2 基于变分法的有限元模型
2.2.3 迦辽金加权方法
2.3 三节点三角形单元有限元模型
2.3.1 内部单元有限元模型
2.3.2 边界条件计算
2.4 六节点三角形单元有限元模型
2.4.1 内部单元有限元模型
2.4.2 边界条件计算
2.5 瞬态传热分析的时间域差分方法
2.5.1 热力学状态的传播
2.5.2 时间域差分格式
2.6 有限元模型装配方法
2.7 小结
第3章 等参单元的传热分析模型
3.1 四节点四边形单元的平面传热分析模型
3.1.1 任意四节点四边形单元平面传热分析模型
3.1.2 等参单元映射方法
3.1.3 正方形[0,1]×[0,1]的等参映射函数
3.1.4 正方形[-1,1]×[-1,1]的等参映射函数
3.1.5 平面传热分析的等参单元模型
3.1.6 边界条件计算方法
3.2 八节点四边形单元的平面传热分析模型
3.2.1 等参映射函数
3.2.2 正方形[0,1]×[0,1]的等参映射函数
3.2.3 正方形[-1,1]×[-1,1]的等参映射函数
3.2.4 平面传热分析的等参单元模型
3.2.5 边界条件计算方法
3.3 四节点四边形单元的轴对称传热分析模型
3.3.1 等参映射函数
3.3.2 轴对称传热的等参单元模型
3.3.3 边界条件计算方法
3.4 八节点四边形单元的轴对称传热分析模型
3.4.1 轴对称传热分析的等参单元模型
3.4.2 边界条件计算方法
3.5 六节点三角形等参单元传热分析模型
3.5.1 等腰直角三角形单元[0,1]×[0,1]映射函数
3.5.2 等腰直角三角形单元[0,2]×[0,1]映射函数
3.5.3 平面传热分析的等参单元模型
3.5.4 轴对称传热分析的等参单元模型
3.6 小结
第4章 三角形单元的平面结构分析模型
4.1 线弹性结构分析模型
4.1.1 应力概念
4.1.2 运动平衡方程
4.1.3 应变概念
4.1.4 线弹性本构关系
4.2 平面结构分析的有限元模型
4.2.1 平面应力问题
4.2.2 平面应变问题
4.2.3 基于虚功原理的有限元模型
4.2.4 基于迦辽金加权法的有限元模型
4.3 三节点三角形单元有限元模型
4.3.1 位移模式
4.3.2 基于虚功原理的单元模型
4.3.3 基于迦辽金加权法的单元模型
4.3.4 载荷与约束计算方法
4.3.5 应力与应变计算
4.4 六节点三角形单元有限元模型
4.4.1 位移模式
4.4.2 基于虚功原理的单元模型
4.4.3 基于迦辽金加权法的单元模型
4.4.4 载荷与约束计算方法
4.4.5 应力与应变计算
4.5 小结
第5章 三角形单元轴对称结构分析
5.1 轴对称结构控制方程
5.1.1 轴对称结构平衡方程
5.1.2 轴对称本构关系
5.2 轴对称问题有限元模型
5.2.1 基于虚功原理的有限元模型
5.2.2 基于迦辽金加权法的有限元模型
5.3 三节点三角形单元模型
5.3.1 基于虚功原理的单元模型
5.3.2 迦辽金加权法
5.3.3 载荷及约束计算
5.3.4 应变与应力计算方法
5.4 六节点三角形单元模型
5.4.1 虚功原理方法
5.4.2 迦辽金加权法
5.4.3 载荷及约束计算
5.5 主应力和主应变
5.6 小结
第6章 结构分析等参单元模型和数值积分
6.1 四节点等参单元的平面结构分析模型
6.1.1 四节点四边形的等参变换
6.1.2 四节点四边形等参单元模型
6.1.3 载荷边界条件的计算方法
6.2 平面八节点等参单元
6.2.1 八节点等参映射变换
6.2.2 八节点平面等参单元模型
6.2.3 载荷与边界条件的计算方法
6.3 轴对称四节点等参单元模型
6.3.1 单元结构刚度矩阵计算
6.3.2 载荷与边界条件的计算方法
6.4 轴对称八节点等参单元
6.4.1 单元矩阵的变换
6.4.2 载荷与边界条件的计算方法
6.5 三角形六节点等参单元
6.5.1 等参映射函数
6.5.2 平面结构的等参单元模型
6.5.3 轴对称结构的等参单元模型
6.5.4 载荷计算方法
6.6 单元刚度矩阵数值积分
6.7 小结
第7章 热固耦合分析方法
7.1 热固耦合形式
7.2 平面结构热应力分析模型
7.2.1 线性热弹性模型
7.2.2 三节点三角形单元热载荷模型
7.2.3 六节点三角形单元热载荷模型
7.2.4 四边形单元热载荷模型
7.3 轴对称结构热应力分析模型
7.3.1 三节点三角形单元热载荷模型
7.3.2 六节点三角形单元热载荷模型
7.3.3 四边形单元热载荷模型
7.4 温度与材料物性关系
7.4.1 材料物性的线性插值模型
7.4.2 非线性平面导热模型
7.4.3 非线性轴对称导热模型
7.5 热固耦合计算方法
7.5.1 弱耦合式计算方法
7.5.2 强耦合式计算方法
7.6 小结
第8章 ThermoSolid系统
8.1 系统概述
8.1.1 ThermoSolid系统分析问题的基本流程
8.1.2 项目管理功能
8.1.3 项目报告生成
8.1.4 材料管理
8.1.5 图形显示
8.2 几何造型
8.2.1 二维几何建模功能
8.2.2 CAD模型的导入与操作
8.2.3 三维实体模型切割功能
8.3 网格划分
8.3.1 网格导入
8.3.2 网格尺寸设置
8.3.3 网格划分算法
8.3.4 网格删除
8.3.5 网格质量统计
8.3.6 网格细化/优化
8.3.7 坐标及比例尺设置
8.4 热边界定义
8.4.1 热边界段
8.4.2 常规热边界
8.5 结构载荷加载
8.5.1 结构边界段
8.5.2 集中载荷
8.5.3 体积载荷
8.5.4 表面载荷
8.5.5 位移载荷
8.6 有限元求解
8.6.1 温度场有限元求解
8.6.2 温度场分析
8.6.3 结构场有限元求解
8.6.4 结构场分析
8.6.5 热固耦合场有限元求解
8.6.6 热固耦合场分析
8.7 计算可视化
8.7.1 标量场
8.7.2 矢量场
8.7.3 张量场
8.8 小结
第9章 平面传热问题计算
9.1 带孔金属板冷却分析案例
9.1.1 问题描述
9.1.2 三节点三角形单元分析
9.1.3 六节点三角形单元分析
9.1.4 四节点四边形单元分析
9.2 潜水艇传热分析案例
9.2.1 问题描述
9.2.2 三节点三角形单元分析
9.2.3 四节点四边形单元分析
9.3 环形金属板降温分析案例
9.3.1 问题描述
9.3.2 三节点三角形单元分析
9.3.3 六节点三角形单元分析
9.3.4 四节点四边形单元分析
9.4 热水钢管道传热分析案例
9.4.1 问题描述
9.4.2 三节点三角形单元分析
9.4.3 六节点三角形单元分析
9.4.4 四节点四边形单元分析
9.5 烟囱稳态传热分析案例
9.5.1 问题描述
9.5.2 三节点三角形单元分析
9.5.3 六节点三角形单元分析
9.5.4 四节点四边形单元分析
9.6 有限元模型精确性验证
9.6.1 热力学第一类边界条件模型验证
9.6.2 热力学第二类边界条件模型验证
9.6.3 热力学第三类边界条件模型验证
第10章 轴对称传热问题计算
10.1 热力管保温传热分析案例
10.1.1 问题描述
10.1.2 三节点三角形单元分析
10.1.3 六节点三角形单元分析
10.1.4 四节点四边形传热分析
10.2 蒸汽管传热分析案例
10.2.1 问题描述
10.2.2 三节点三角形单元分析
10.2.3 六节点三角形单元分析
10.2.4 四节点四边形传热分析
10.3 钢球瞬态传热问题温度场分析
10.3.1 问题描述
10.3.2 三节点三角形单元分析
10.3.3 六节点三角形单元分析
10.3.4 四节点四边形传热分析
10.4 带轮淬火过程分析案例
10.4.1 问题描述
10.4.2 三节点三角形热分析
10.4.3 六节点三角形单元分析
10.5 保温桶对流传热过程分析
10.5.1 问题描述
10.5.2 三节点三角形热分析
10.5.3 六节点三角形单元分析
10.5.4 四节点四边形传热分析
第11章 平面结构分析问题计算案例
11.1 带孔薄板平面应力分析
11.1.1 问题描述
11.1.2 三节点三角形单元分析
11.2 带孔连接板平面应力分析
11.2.1 问题描述
11.2.2 六节点三角形单元分析
11.3 高层建筑承受风载荷的应力分析
11.3.1 问题描述
11.3.2 三节点三角形单元分析
11.4 带孔拱形板平面结构应力分析
11.4.1 问题描述
11.4.2 三节点三角形单元分析
11.5 涵洞平面结构应变分析
11.5.1 问题描述
11.5.2 六节点三角形单元分析
11.6 厚壁圆筒承受压力载荷分析
11.6.1 问题描述
11.6.2 三节点三角形单元分析
11.7 方孔薄板承受拉力载荷的应力分析
11.7.1 问题描述
11.7.2 三节点三角形单元分析
11.8 小结
第12章 轴对称结构分析问题计算
12.1 分析圆盘形等厚度飞轮的轴对称问题
12.1.1 问题描述
12.1.2 三节点三角形单元分析
12.2 分析高速旋转涡轮盘的轴对称结构问题
12.2.1 问题描述
12.2.2 六节点三角形单元分析
12.3 分析厚壁圆球外压下的轴对称结构问题
12.3.1 问题描述
12.3.2 三节点三角形单元分析
12.4 分析圆筒受压下的轴对称结构问题
12.4.1 问题描述
12.4.2 三节点三角形单元分析
12.5 分析工字型车轮的轴对称问题
12.5.1 问题描述
12.5.2 六节点三角形单元分析
12.6 分析轴类零件的轴对称问题
12.6.1 问题描述
12.6.2 三节点三角形单元分析
12.7 分析高速旋转涡轮盘的轴对称结构问题
12.7.1 问题描述
12.7.2 三节点三角形单元分析
12.8 小结
第13章 热固耦合分析方法与计算
13.1 压气机轮盘耦合分析案例
13.1.1 问题描述
13.1.2 三节点三角形单元分析
13.1.3 六节点三角形单元分析
13.2 涡轮盘耦合分析案例
13.2.1 问题描述
13.2.2 结构场分析
13.2.3 耦合场分析
13.3 厚壁球内外受压耦合分析案例
13.3.1 问题描述
13.3.2 三节点三角形单元分析
13.4 压力容器耦合分析案例
13.4.1 问题描述
13.4.2 三节点三角形单元分析
13.4.3 四节点四边形单元分析
参考文献
附录
京公网安备 11010102004214号