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第1章 工程结构分析基础1

1.1 有限元平衡方程建立和求解知识概述1

1.2 三维有限元平衡方程的建立2

1.2.1 三维立体单元的形状函数2

1.2.2 建立几何关系和物理关系4

1.2.3 用虚功原理建立有限元平衡方程7

1.2.4 结构的总体平衡方程和总体刚度矩阵10

1.2.5 三维单元正交各向异性材料的平衡方程和刚度矩阵10

1.2.6 层合板复合材料的平衡方程和刚度矩阵16

1.2.7 正交各向异性材料三维有限元程序及其使用说明20

1.3 有限元的求解方法及波前求解方法简介20

1.3.1 有限元的求解方法20

1.3.2 波前求解方法简介20

1.4 结构分析相关材料知识23

1.4.1 金属材料的拉伸应力—应变曲线23

1.4.2 金属材料性能数据的测试和使用24

1.5 结构分析准则和评定标准25

1.5.1 当前的强度分析准则25

1.5.2 结构分析评定标准（包含材料标准和载荷标准）26

第2章 ANSYS12.1程序的使用介绍28

2.1 ANSYS12.1程序的启动和退出28

2.2 ANSYS12.1程序使用介绍28

2.2.1 ANSYS12.1程序菜单路径命令中的符号说明28

2.2.2 ANSYS12.1程序图形用户界面28

2.2.3 ANSYS12.1程序的下拉菜单和主要菜单路径29

2.2.4 ANSYS12.1程序前处理、加载求解和后处理38

2.3 坐标系和工作平面50

2.4 线单元例题练习51

2.4.1 平行拉索的变形分析（几何非线性）51

2.4.2 典型雨篷的受力分析（变截面梁）57

2.4.3 电容器装置的受力分析（空气动压计算）66

2.5 面单元例题练习73

2.5.1 带孔等厚平板的应力集中分析（应力集中系数）73

2.5.2 圆柱壳的屈曲分析（临界屈曲载荷）82

2.6 体单元例题练习93

2.6.1 汽车后桥的受力分析（载荷计算）93

2.6.2 齿轮的接触分析（面—面接触问题）99

2.7 子结构（超单元）、子模型例题练习109

2.7.1 风力发电机组桨毂的子结构建模和分网（复杂建模和超单元）109

2.7.2 带孔等厚平板的子结构（超单元）分析（对比分析）114

2.7.3 带孔等厚平板的子模型分析（对比分析）123

2.7.4 粗网格模型的建模和计算分析123

2.7.5 建立局部细网格的计算模型（子模型），并将切割边界节点写入文件127

2.7.6 启动粗网格的计算模型，插值子模型切割边界节点的自由度值130

2.7.7 用当前载荷步求解子模型的计算结果131

第3章 发动机叶片计算边界条件的选取132

3.1 工程结构分析边界条件的重要性132

3.2 叶片计算边界条件的选取132

3.3 销钉型榫头强度计算133

3.3.1 按面—面接触问题计算133

3.3.2 按接触节点对法向位移协调计算143

3.3.3 按接触面法向均布载荷计算148

第4章 发动机压气机、风扇叶片的结构分析154

4.1 压气机、风扇叶片结构分析相关知识154

4.1.1 叶片计算单元类型选择154

4.1.2 叶片计算有限元罩量调整的方法154

4.1.3 叶片强度、气动性能一体化设计157

4.2 压气机、风扇叶片的静力计算157

4.2.1 离心载荷作用下的变形、应力计算158

4.2.2 气动载荷作用下的变形、应力计算163

4.2.3 离心载荷和气动载荷同时作用下的变形、应力计算171

4.3 压气机、风扇叶片的模态计算172

4.3.1 叶片振动频率和振型计算172

4.3.2 叶片坎贝尔图的形成和使用175

4.3.3 叶片古德曼图的形成和使用176

第5章 发动机压气机、风扇叶片的排故分析178

5.1 压气机、风扇叶片排故分析的相关知识178

5.1.1 叶片故障模式及其影响178

5.1.2 叶片的共振和振动疲劳分析178

5.1.3 叶片防振措施及防振凸台的设计180

5.2 风扇叶片的排故分析181

5.2.1 风扇叶片的频率和振型计算181

5.2.2 风扇叶片的故障、排故措施及振动监控190

第6章 发动机涡轮叶片的强度和寿命分析194

6.1 涡轮叶片结构分析相关知识194

6.1.1 有限元计算常用的求解方法194

6.1.2 疲劳（应力疲劳和应变疲劳）寿命计算方法197

6.1.3 蠕变、持久寿命计算方法201

6.1.4 Miner累积损伤理论205

6.1.5 涡轮叶片叶冠紧度、间隙计算方法206

6.2 涡轮叶片的静力计算207

6.2.1 涡轮叶片的离心应力计算207

6.2.2 涡轮叶片的热应力及合成应力计算211

6.3 涡轮叶片的模态计算215

6.3.1 涡轮叶片的频率和振型计算216

6.3.2 涡轮叶片的故障分析及排故措施222

6.4 涡轮叶片的疲劳寿命计算226

6.4.1 ANSYS程序应力疲劳寿命计算226

6.4.2 涡轮叶片低周循环疲劳寿命计算229

6.5 涡轮叶片的蠕变和蠕变／应力断裂（持久）寿命计算236

6.5.1 涡轮叶片的蠕变变形计算236

6.5.2 涡轮叶片的蠕变／应力断裂（持久）寿命计算244

第7章 发动机叶片强度、寿命计算用的专用程序247

7.1 三维立体单元网格划分程序及使用说明247

7.2 正交各向异性材料三维有限元程序及使用说明254

7.2.1 三维有限元应力分析程序的使用说明254

7.2.2 应力分析程序258

7.2.3 例题：长方板的应力计算258

7.3 低周循环疲劳寿命计算程序及使用说明269

7.3.1 低周循环疲劳寿命计算程序的使用说明269

7.3.2 低周循环疲劳寿命计算程序274

7.3.3 例题274

7.4 蠕变参数计算程序及使用说明289

7.4.1 蠕变参数计算程序使用说明289

7.4.2 蠕变参数计算程序290

7.4.3 涡轮叶片蠕变应变规律参数计算例题290

附录296

附录1 NASTRAN程序的使用介绍296

附录2 MARC程序的使用介绍345

附录3 ANSYS Workbench11.0程序的使用介绍356

附录4 复合材料结构计算分析数据输入方法介绍377

参考文献386