普通高等教育“十二五”重点规划教材：焊接结构有限元分析基础及MSC.Marc实现 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杨建国 编

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• 焊接结构
• 有限元分析
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• 工程
• 结构分析
• 数值计算
• 材料力学

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111394068

版次：1

商品编码：11115550

品牌：机工出版

包装：平装

开本：16开

出版时间：2012-10-01

用纸：胶版纸

页数：271

字数：418000

正文语种：中文

内容简介

《普通高等教育“十二五”重点规划教材：焊接结构有限元分析基础及MSC.Marc实现》的主要内容包括：焊接热过程及焊接应力与变形、应力的有限元分析基础理论、热过程的有限元分析基础理论，以及具体焊接过程数值模拟仿真与实现等。《普通高等教育“十二五”重点规划教材：焊接结构有限元分析基础及MSC.Marc实现》力求理论联系实际，突出焊接热过程及应力变形分析的有限元基础，并适当反映该领域国内外的最新研究成果及发展趋势。
《普通高等教育“十二五”重点规划教材：焊接结构有限元分析基础及MSC.Marc实现》可作为焊接技术与工程专业本科生及研究生教材，使其明确焊接过程的有限元分析基础理论及操作流程，也可作为在实际生产过程中希望通过焊接应力与变形的计算机模拟仿真来指导设计或生产的工程技术人员的参考用书。

目录

前言
第1章 焊接热过程及焊接应力与变形
1.1 焊接热过程
1.2 焊接残余应力
1.2.1 残余应力的形成过程
1.2.2 残余应力分析
1.3 焊接变形
1.4 焊接过程有限元分析的意义及应用
1.4.1 有限元方法简介
1.4.2 焊接过程有限元分析的意义与现状

第2章 应力的有限元分析基础理论
2.1 有限单元方法的基本思想
2.2 刚度矩阵
2.2.1 柔度矩阵方法
2.2.2 刚度矩阵方法
2.2.3 节点编号策略
2.3 一维弹性问题的有限元法
2.3.1 线性弹簧位移分析
2.3.2 一维简单连续体的分析实例
2.4 虚功原理
2.5 连续体的平面应力有限单元分析
2.5.1 位移与节点坐标的关系
2.5.2 单元内的弹性应变
2.5.3 单元中的应力
2.5.4 单元应力与节点力之间的关系
2.5.5 应用等应变三角形单元求解的具体过程
2.6 三维应力分析的有限元法

第3章 热过程的有限元分析基础理论
3.1 问题的描述
3.2 均质棒材的一维稳态导热分析
3.2.1 单一棒材的稳态传热有限元分析
3.2.2 复合棒材中的热传导有限元分析
3.3 加权余量法
3.4 伽辽金有限元方法
3.5 一维稳态传热问题的伽辽金有限元解法
3.6 表面对流的一维稳态传导问题的伽辽金有限元解法
3.7 三维稳态传热问题有限元分析
3.8 瞬态传热问题的有限元分析

第4章 焊接热源模型及焊接应力与变形有限元法
4.1 焊接传热问题的处理方法
4.2 焊接热源模型
4.2.1 面热源
4.2.2 线热源
4.2.3 体热源模型
4.2.4 组合热源模型
4.2.5 广义双椭球热源模型
4.3 三维焊接结构应力变形的有限元法

第5章 平板对接焊缝的温度场和
应力场
5.1 问题的描述
5.2 平板的有限元网格划分
5.3 施加材料性能
5.4 建立焊接路径
5.5 边界条件
5.5.1 首先加载焊接温度场的边界
条件
5.5.2 定义力学边界条件
5.6 定义工况
5.6.1 定义焊接过程
5.6.2 定义冷却过程
5.7 定义作业
5.8 结果分析
5.8.1 温度场结果分析
5.8.2 应力场的分析

第6章 多层多道焊的建模过程
6.1 问题的描述
6.2 网格划分
6.2.1 模型的建立
6.2.2 截面网格划分
6.2.3 定义焊缝单元及其他单元
6.2.4 进行扩展操作
6.2.5 划分平板其他部分的单元
6.2.6 通过移动对称操作获得整体结构
6.3 定义材料性能
6.4 焊接路径的设置
6.5 焊道的设置
6.6 初始条件的定义
6.7 边界条件的定义
6.7.1 焊接温度场的边界条件
6.7.2 力学边界条件
6.8 定义LOADCASE
6.9 定义作业

第7章 涉及接触问题的焊接过程建模
7.1 问题的描述
7.2 有限元模型的建立
7.3 施加材料性能
7.4 建立焊接路径和焊道
7.5 定义接触体和夹具、挤压头与母材的接触关系
7.6 定义初始条件
7.7 定义边界条件
7.8 定义挤压头的运动
7.9 定义工况
7.1 0 定义作业

第8章 焊接相关子程序的原理及举例
8.1 公共块的概念及应用场合
8.2 常用的公共块所包含的变量符号及含义
8.3 内部编号和外部编号之间的差别
8.4 获取节点初始坐标的程序段
8.5 获得三向总位移的程序段
8.6 获得积分点坐标
8.7 获得单元积分点的变量
8.8 获得节点变量的程序
8.9 单元死活程序的详细解释
8.1 0 坐标变换的子程序
8.1 1 flux子程序
8.1 2 plotv子程序：写出单元变量
8.1 3 Film.f子程序的用法
附录
附录A MSC.Marc软件简介及安装
附录B Marc进级操作
附录C Marc材料中文对比
附录D 退出号的解决办法
参考文献

前言/序言

焊接结构力学行为的深入探索：一种基于MSC.Marc的有限元分析方法 本书聚焦于焊接结构在复杂应力、应变和温度耦合作用下的力学行为，旨在为广大读者，特别是工程技术人员、研究学者及高等院校师生，提供一套系统、深入且具有实践指导意义的分析方法。我们深刻理解，在现代工程设计与制造中，焊接结构因其经济性、高效性和高强度而扮演着举足轻重的角色。然而，焊接过程本身及其服役环境中存在的各种载荷，常导致结构内部产生复杂的应力集中、残余应力、变形以及可能发生的疲劳裂纹萌生与扩展。因此，精确预测和评估这些焊接结构的服役安全性与可靠性，是确保工程项目成功的关键。 本书的核心目标在于，通过详细讲解有限元分析（FEA）这一强大的数值模拟工具，结合业界领先的MSC.Marc仿真软件，为读者提供一套能够有效应对焊接结构复杂力学问题解决方案。MSC.Marc作为一款专为非线性分析而设计的强大仿真平台，尤其在处理材料非线性（如塑性、损伤）、几何非线性（如大变形、接触）以及复杂的接触行为方面拥有卓越的性能，这使其成为分析焊接结构不可或缺的利器。 本书结构清晰，内容丰富，循序渐进，力求让读者在掌握基本理论的同时，能够熟练运用MSC.Marc进行实际的仿真计算。 第一部分：理论基础与分析框架 在深入MSC.Marc的应用之前，我们首先建立坚实的理论基础。本部分将系统介绍焊接结构力学行为的理论背景，涵盖： 焊接工艺与残余应力的产生机理：详细阐述不同焊接方法（如电弧焊、电阻焊、激光焊等）对母材的热输入、熔化、凝固以及冷却过程中产生的热应力和组织应力，从而解释残余应力的形成机制和分布规律。理解残余应力的影响是进行准确分析的第一步。 焊接结构的应力分析：深入探讨焊接结构在静态和动态载荷下的应力分布特性。包括拉伸、压缩、弯曲、扭转以及组合载荷下的应力状态。 材料本构关系与塑性力学：介绍焊接接头处材料的力学性能，重点讲解塑性变形的理论，如屈服准则（如Von Mises、Tresca）、流动法则以及应变硬化模型。这些是进行非线性分析的基础。 疲劳与断裂力学基础：阐述焊接结构常见的损伤模式，如疲劳失效和脆性断裂。介绍疲劳寿命预测的基本方法（如应力-寿命法、应变-寿命法），以及断裂力学中的关键概念（如应力强度因子、断裂韧性）。 有限元基本理论回顾：简要回顾有限元法的基本原理，包括变分原理、形函数、单元方程组的建立与求解等，为后续的软件应用打下理论基础。 第二部分：MSC.Marc软件应用与焊接结构仿真实践 本部分是本书的实践核心，将引导读者一步步掌握使用MSC.Marc进行焊接结构分析的流程与技巧。 MSC.Marc软件概览与操作入门：介绍MSC.Marc的用户界面、基本操作流程、文件结构以及预处理、求解和后处理等模块。重点讲解如何创建和编辑几何模型、定义材料属性、选择单元类型、设置边界条件和载荷。 焊接结构模型的建立： 几何建模：演示如何在MSC.Marc中导入现有CAD模型，或直接进行建模，创建焊接接头（如角焊缝、对接焊缝）的几何表示。 网格划分：强调网格质量对于仿真结果精度的重要性。讲解不同单元类型（如壳单元、实体单元）的选择，以及网格密度的控制策略，尤其是在焊缝区域的细化处理。 材料属性定义：详细介绍如何在MSC.Marc中定义焊接材料的本构模型，包括线弹性模型、塑性模型（随动强化、随动硬化）、损伤模型等。如何考虑材料随温度的变化。 接触定义：在涉及多部件装配时，准确定义接触条件至关重要。本书将讲解不同接触类型（如绑定接触、滑动接触、间隙接触）的设置，以及摩擦系数的影响。 焊接过程仿真： 热-结构耦合分析：这是进行焊接结构残余应力分析的关键。本书将详细介绍如何设置温度载荷（基于焊接热源模型，如高斯热源、盘状热源）、定义热传导边界条件，并进行耦合计算，获得温度分布和由此产生的热应力及变形。 残余应力分析：基于热-结构耦合分析结果，进一步进行残余应力分析。讲解如何设定材料的塑性行为，以及如何考虑焊接过程中相变的影响（如果材料允许）。 焊接结构服役载荷下的力学响应分析： 静态结构分析：在施加外载荷（如压力、集中力、分布载荷）后，分析焊接结构的应力、应变和位移分布。重点关注焊缝区域的应力集中现象。 非线性分析：当结构发生大变形、材料进入塑性阶段或出现接触时，需要进行非线性分析。详细讲解如何设置非线性分析的求解器选项、收敛准则以及输出结果。 疲劳寿命预测：演示如何将MSC.Marc的仿真结果（如焊缝区域的应力幅）导入到专用的疲劳分析模块或通过自定义后处理，进行焊接结构的疲劳寿命评估。 断裂分析：介绍如何利用MSC.Marc进行裂纹扩展的模拟，包括裂纹建模、应力强度因子计算等。 结果后处理与评估： 可视化技术：讲解如何利用MSC.Marc强大的后处理功能，对仿真结果进行可视化展示，如应力云图、位移云图、变形动画等。 数据提取与分析：指导读者如何提取关键数据，如最大应力、最大变形、焊缝区域的应力集中系数等，并进行工程意义上的解读。 结果验证与误差分析：强调仿真结果与实验数据或理论计算的对比验证的重要性，以及如何对仿真结果进行误差评估。 第三部分：典型算例与工程应用 为了使理论与实践更加紧密结合，本书选取了多个具有代表性的焊接结构仿真算例，覆盖了不同行业和应用场景，例如： 桥梁钢结构焊接节点的应力分析 船舶发动机支架的焊接残余应力与疲劳分析 压力容器焊接接头的热-结构耦合仿真 汽车车身连接焊缝的应力集中与强度评估 航空发动机涡轮叶片焊接区的温度场与应力分析 每一个算例都将详细展示从模型建立、参数设置、求解到结果分析的全过程，帮助读者理解如何在实际工程问题中应用MSC.Marc进行焊接结构分析。 本书内容翔实，图文并茂，逻辑严谨，力求深入浅出。我们希望通过这本书，能够帮助读者构建起扎实的理论基础，掌握先进的仿真技术，从而在焊接结构的强度评估、寿命预测、工艺优化等领域，做出更明智、更可靠的设计决策，为我国焊接结构的工程应用和技术进步贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在焊接结构设计领域摸爬滚打了好几年的工程师，一直觉得在有限元分析方面还有很多提升的空间，尤其是对于焊接这样一个复杂且充满挑战的工艺。这本书的出现，可以说正好解决了我的燃眉之急。它不仅仅是理论的堆砌，更重要的是它提供了非常实用的MSC.Marc软件操作指南。我之前也尝试过使用一些有限元分析软件，但对于焊接结构这种特殊的分析对象，总是感觉力不从心。这本书通过大量的案例，展示了如何在MSC.Marc中进行焊接工艺仿真，比如焊缝的生成、热输入的模拟、以及焊接过程中产生的应力、应变和变形的预测。这些内容对于优化焊接工艺、降低焊接变形、提高焊接质量具有极大的指导意义。我特别喜欢书中关于网格收敛性研究的部分，这对于确保仿真结果的准确性至关重要。作者还分享了一些自己多年的实践经验，比如在处理复杂几何模型时如何进行网格划分，以及如何选择合适的材料模型来模拟焊接过程中的材料行为。这些经验性的指导，是用任何一本纯理论的书籍都无法获得的。这本书让我对焊接结构的有限元分析有了更深层次的理解，也极大地提升了我解决实际工程问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书真的让我大开眼界，特别是它对焊接结构有限元分析的讲解，简直是层层深入，循序渐进。从最基础的概念，比如网格划分的原则、单元类型的选择，到更复杂的非线性分析，比如材料非线性、几何非线性和接触非线性，都做了详尽的阐述。我之前对这些概念只是模糊的理解，读完之后，感觉自己就像是经历了一次醍醐灌顶。书中的例子非常贴合实际工程应用，让我能够将理论知识与实际操作紧密结合。特别是MSC.Marc的实现部分，作者的指导非常具体，每一个操作步骤都清晰明了，甚至连一些容易出错的地方都提前做了提示，这对于初学者来说简直是福音。我尝试跟着书中的例子进行建模和仿真，发现问题解决起来比我想象的要容易得多。而且，这本书的语言风格也很吸引人，不像有些教材那样枯燥乏味，而是用一种比较通俗易懂的方式来解释复杂的概念，读起来一点都不费力。我对它推荐的参考资料也做了笔记，准备后续进一步学习。总的来说，这本书的深度和广度都非常令人满意，绝对是焊接结构有限元分析领域的一本必读之作，我强烈推荐给所有相关领域的工程师、研究人员和学生。

评分☆☆☆☆☆

当我翻开这本书时，我立刻被它条理清晰的结构和丰富详实的案例所吸引。作为一本“十二五”重点规划教材，它在内容上绝对是权威且前沿的。从焊接结构的基本力学行为分析，到有限元方法的理论基础，再到MSC.Marc软件的具体实现，本书层层递进，逻辑严谨。我尤其欣赏书中对于焊接过程中热-力耦合效应的详细阐述，这对于准确预测焊接变形和残余应力至关重要。作者通过具体的MSC.Marc操作步骤，演示了如何模拟焊接热输入、定义材料的热物理和力学性能，以及如何进行瞬态分析。此外，书中还涉及了屈曲分析、疲劳分析等更高级的主题，为我后续深入研究提供了宝贵的指导。我尝试按照书中的方法，对一个具体的焊接接头进行仿真分析，结果令人满意，这让我对有限元分析在焊接结构设计中的应用有了更深刻的认识，也为我解决实际工程问题提供了强大的工具。

评分☆☆☆☆☆

当我拿到这本书时，就被它厚重的体量和严谨的目录所吸引。作为一本面向普通高等教育的教材，它必然要具备内容的全面性和权威性。这本书在这一点上做得非常到位。它从焊接结构的基本力学性能入手，逐步深入到如何运用有限元方法来分析这些性能。其中，关于焊接过程中温度场和应力场的耦合分析，是我最感兴趣的部分。书中详细介绍了如何通过MSC.Marc软件来定义焊接热源、边界条件以及材料的热物理和力学参数，并如何进行瞬态分析来获得焊接过程中温度和应力分布。这些内容对于理解焊接变形和残余应力的产生机制非常有帮助。我之前在学习其他有限元教材时，对于如何处理焊接过程中的复杂热载荷和材料属性变化总是感到困惑，这本书在这方面提供了非常清晰的解决方案。而且，书中还涉及了塑性变形、断裂力学等更高级的分析内容，为我后续深入研究打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，我觉得体现在它能够打通理论与实践的壁垒。作为一本高等教育的重点规划教材，它在理论深度上是毋庸置疑的，它清晰地阐述了有限元方法的数学原理，以及在焊接结构分析中的应用。但更难得的是，它并没有止步于理论，而是通过大量的MSC.Marc软件实现的案例，将这些理论知识转化为可操作的步骤。我特别喜欢书中关于网格划分策略的讨论，这对于保证仿真结果的可靠性至关重要。作者详细讲解了不同单元类型适用于不同区域的划分方法，以及如何根据网格密度对仿真结果的影响来优化网格。此外，书中对材料非线性和几何非线性的处理也给我留下了深刻的印象，这对于模拟焊接过程中复杂的应力应变行为至关重要。我尝试按照书中的指导，对一个实际的焊接接头进行了仿真分析，结果与实际情况非常吻合，这让我对有限元分析的信心大增。这本书不仅是学习有限元分析的工具书，更是一本能够启发思考、解决实际工程问题的宝典。

评分☆☆☆☆☆

这本书就像一位经验丰富的导师，它不仅教会我“是什么”，更教会我“怎么做”。对于焊接结构有限元分析这种复杂的工程问题，仅仅理解理论是远远不够的，还需要掌握强大的计算工具。这本书恰恰扮演了这样一个桥梁的角色。它深入浅出地讲解了有限元方法的原理，包括单元插值函数、刚度矩阵的建立、载荷向量的组装等，并在此基础上，详细阐述了如何利用MSC.Marc软件来模拟焊接过程中的温度场、应力场以及变形。我特别喜欢书中关于网格收敛性验证的章节，这对于确保仿真结果的准确性和可靠性至关重要。作者通过实际案例，展示了如何通过逐步加密网格来观察结果的变化，从而找到一个最优的网格密度。此外，书中关于材料非线性和几何非线性分析的讲解，也为我解决实际工程中的复杂问题提供了有力的工具。这本书让我对焊接结构有限元分析的理解从“知道”升级到了“掌握”。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对焊接结构有限元分析充满好奇的在校学生，我一直在寻找一本既能提供扎实理论基础，又能指导实际操作的教材。这本书，正好满足了我的需求。它从基础的有限元离散化方法讲起，循序渐进地引导读者理解如何在焊接结构中应用这些方法。书中关于不同类型单元的优缺点，以及在模拟焊缝时的适用性，都进行了详细的比较和分析。让我印象深刻的是，它不仅讲解了如何进行静态分析，还深入探讨了如何进行动态分析和非线性分析，这对于理解焊接结构在承受动态载荷或发生大变形时的行为至关重要。MSC.Marc软件的实现部分更是让这本书的价值倍增。通过书中的指导，我学会了如何构建复杂的焊接模型，如何模拟焊接过程中产生的热应力和组织转变，以及如何评估焊接结构的残余应力和变形。这些内容对我理解焊接结构的力学行为、优化设计方案具有极其重要的意义。

评分☆☆☆☆☆

这本教材的编写质量绝对是超出了我的预期。作为一本“十二五”重点规划教材，它在内容的前沿性和系统性上都做得非常出色。对于焊接结构这种涉及到材料科学、力学、热学等多方面知识的应用型学科，有限元分析是不可或缺的工具。本书从基础的有限元原理出发，逐步深入到焊接结构特有的分析内容，比如焊趾焊根的应力集中、残余应力的评估、以及焊接裂纹的扩展预测等。这些都是我在其他教材中很少看到或者介绍得不够深入的。而MSC.Marc软件的集成实现，更是让这本书的实用价值倍增。作者在书中详细讲解了如何利用MSC.Marc来构建焊接结构模型，如何定义焊接过程中的热载荷和约束，以及如何后处理仿真结果，包括应力云图、温度分布图、变形动画等等。这些操作步骤清晰易懂，即使是初次接触MSC.Marc的用户，也能很快上手。我尤其赞赏书中关于如何选择和应用不同单元类型来模拟焊缝的讲解，这对于提高仿真效率和精度起到了关键作用。总而言之，这本书为我在焊接结构有限元分析领域的研究和实践打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的最大感受就是它的“落地性”。很多关于有限元分析的书籍，虽然理论讲得很透彻，但一旦涉及到实际软件操作，就显得有些含糊不清。而这本书则不然，它将MSC.Marc软件的实现贯穿于整个教学过程中。从模型的建立、材料属性的定义、单元类型的选择，到载荷的施加、边界条件的设置，再到求解器的选择和结果的后处理，每一步都讲解得非常细致。我印象特别深刻的是，书中对于复杂几何模型的网格划分技巧，比如如何处理带有圆角或锐角的区域，如何进行局部网格细化以捕捉高应力区域的细节。这些都是在实际工程应用中非常重要的技巧。而且，书中提供的案例分析都非常贴近实际工程中的焊接结构，比如桥梁、船舶、压力容器等，这让我能够更好地理解理论知识在实际工程中的应用价值。这本书是我在工程实践中遇到难点时，最常翻阅的参考书之一。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在读的博士生，研究方向与焊接结构疲劳性能评估相关。在我的研究过程中，有限元分析扮演着至关重要的角色。在选择参考教材时，我非常谨慎，因为我需要一本既有理论深度，又能指导我实际操作的文献。这本书，可以说是我近期最满意的一本。它对焊接结构行为的理解非常透彻，从宏观的结构应力分布，到微观的焊趾焊根应力集中，都有细致的分析。最让我惊喜的是，它将有限元分析的理论与MSC.Marc软件的操作完美结合。我之前也读过一些关于MSC.Marc的书籍，但很多都只是简单的功能介绍，并没有真正深入到焊接结构的分析层面。这本书则不同，它详细讲解了如何利用MSC.Marc来模拟焊接过程中复杂的耦合效应，比如热-力耦合，以及材料本构模型的选择。在疲劳分析方面，书中也给出了一些很有价值的思路和方法，这对我后续开展疲劳寿命预测研究非常有帮助。读完这本书，我感觉自己对焊接结构有限元分析的理解上升到了一个新的高度，也对MSC.Marc在这一领域的应用有了更深的体会。

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5.8.1

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5.6.1

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4.2.5

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7.9

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8s.8

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还没用到，先学着，规划的教材应该不错

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