普通高等教育“十二五”重點規劃教材：焊接結構有限元分析基礎及MSC.Marc實現 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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楊建國 編

圖書標籤:

• 焊接結構
• 有限元分析
• MSC
• Marc
• 高等教育
• 教材
• 力學
• 工程
• 結構分析
• 數值計算
• 材料力學

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111394068

版次：1

商品編碼：11115550

品牌：機工齣版

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2012-10-01

用紙：膠版紙

頁數：271

字數：418000

正文語種：中文

內容簡介

《普通高等教育“十二五”重點規劃教材：焊接結構有限元分析基礎及MSC.Marc實現》的主要內容包括：焊接熱過程及焊接應力與變形、應力的有限元分析基礎理論、熱過程的有限元分析基礎理論，以及具體焊接過程數值模擬仿真與實現等。《普通高等教育“十二五”重點規劃教材：焊接結構有限元分析基礎及MSC.Marc實現》力求理論聯係實際，突齣焊接熱過程及應力變形分析的有限元基礎，並適當反映該領域國內外的最新研究成果及發展趨勢。
《普通高等教育“十二五”重點規劃教材：焊接結構有限元分析基礎及MSC.Marc實現》可作為焊接技術與工程專業本科生及研究生教材，使其明確焊接過程的有限元分析基礎理論及操作流程，也可作為在實際生産過程中希望通過焊接應力與變形的計算機模擬仿真來指導設計或生産的工程技術人員的參考用書。

目錄

前言
第1章 焊接熱過程及焊接應力與變形
1.1 焊接熱過程
1.2 焊接殘餘應力
1.2.1 殘餘應力的形成過程
1.2.2 殘餘應力分析
1.3 焊接變形
1.4 焊接過程有限元分析的意義及應用
1.4.1 有限元方法簡介
1.4.2 焊接過程有限元分析的意義與現狀

第2章 應力的有限元分析基礎理論
2.1 有限單元方法的基本思想
2.2 剛度矩陣
2.2.1 柔度矩陣方法
2.2.2 剛度矩陣方法
2.2.3 節點編號策略
2.3 一維彈性問題的有限元法
2.3.1 綫性彈簧位移分析
2.3.2 一維簡單連續體的分析實例
2.4 虛功原理
2.5 連續體的平麵應力有限單元分析
2.5.1 位移與節點坐標的關係
2.5.2 單元內的彈性應變
2.5.3 單元中的應力
2.5.4 單元應力與節點力之間的關係
2.5.5 應用等應變三角形單元求解的具體過程
2.6 三維應力分析的有限元法

第3章 熱過程的有限元分析基礎理論
3.1 問題的描述
3.2 均質棒材的一維穩態導熱分析
3.2.1 單一棒材的穩態傳熱有限元分析
3.2.2 復閤棒材中的熱傳導有限元分析
3.3 加權餘量法
3.4 伽遼金有限元方法
3.5 一維穩態傳熱問題的伽遼金有限元解法
3.6 錶麵對流的一維穩態傳導問題的伽遼金有限元解法
3.7 三維穩態傳熱問題有限元分析
3.8 瞬態傳熱問題的有限元分析

第4章 焊接熱源模型及焊接應力與變形有限元法
4.1 焊接傳熱問題的處理方法
4.2 焊接熱源模型
4.2.1 麵熱源
4.2.2 綫熱源
4.2.3 體熱源模型
4.2.4 組閤熱源模型
4.2.5 廣義雙橢球熱源模型
4.3 三維焊接結構應力變形的有限元法

第5章 平闆對接焊縫的溫度場和
應力場
5.1 問題的描述
5.2 平闆的有限元網格劃分
5.3 施加材料性能
5.4 建立焊接路徑
5.5 邊界條件
5.5.1 首先加載焊接溫度場的邊界
條件
5.5.2 定義力學邊界條件
5.6 定義工況
5.6.1 定義焊接過程
5.6.2 定義冷卻過程
5.7 定義作業
5.8 結果分析
5.8.1 溫度場結果分析
5.8.2 應力場的分析

第6章 多層多道焊的建模過程
6.1 問題的描述
6.2 網格劃分
6.2.1 模型的建立
6.2.2 截麵網格劃分
6.2.3 定義焊縫單元及其他單元
6.2.4 進行擴展操作
6.2.5 劃分平闆其他部分的單元
6.2.6 通過移動對稱操作獲得整體結構
6.3 定義材料性能
6.4 焊接路徑的設置
6.5 焊道的設置
6.6 初始條件的定義
6.7 邊界條件的定義
6.7.1 焊接溫度場的邊界條件
6.7.2 力學邊界條件
6.8 定義LOADCASE
6.9 定義作業

第7章 涉及接觸問題的焊接過程建模
7.1 問題的描述
7.2 有限元模型的建立
7.3 施加材料性能
7.4 建立焊接路徑和焊道
7.5 定義接觸體和夾具、擠壓頭與母材的接觸關係
7.6 定義初始條件
7.7 定義邊界條件
7.8 定義擠壓頭的運動
7.9 定義工況
7.1 0 定義作業

第8章 焊接相關子程序的原理及舉例
8.1 公共塊的概念及應用場閤
8.2 常用的公共塊所包含的變量符號及含義
8.3 內部編號和外部編號之間的差彆
8.4 獲取節點初始坐標的程序段
8.5 獲得三嚮總位移的程序段
8.6 獲得積分點坐標
8.7 獲得單元積分點的變量
8.8 獲得節點變量的程序
8.9 單元死活程序的詳細解釋
8.1 0 坐標變換的子程序
8.1 1 flux子程序
8.1 2 plotv子程序：寫齣單元變量
8.1 3 Film.f子程序的用法
附錄
附錄A MSC.Marc軟件簡介及安裝
附錄B Marc進級操作
附錄C Marc材料中文對比
附錄D 退齣號的解決辦法
參考文獻

前言/序言

焊接結構力學行為的深入探索：一種基於MSC.Marc的有限元分析方法 本書聚焦於焊接結構在復雜應力、應變和溫度耦閤作用下的力學行為，旨在為廣大讀者，特彆是工程技術人員、研究學者及高等院校師生，提供一套係統、深入且具有實踐指導意義的分析方法。我們深刻理解，在現代工程設計與製造中，焊接結構因其經濟性、高效性和高強度而扮演著舉足輕重的角色。然而，焊接過程本身及其服役環境中存在的各種載荷，常導緻結構內部産生復雜的應力集中、殘餘應力、變形以及可能發生的疲勞裂紋萌生與擴展。因此，精確預測和評估這些焊接結構的服役安全性與可靠性，是確保工程項目成功的關鍵。 本書的核心目標在於，通過詳細講解有限元分析（FEA）這一強大的數值模擬工具，結閤業界領先的MSC.Marc仿真軟件，為讀者提供一套能夠有效應對焊接結構復雜力學問題解決方案。MSC.Marc作為一款專為非綫性分析而設計的強大仿真平颱，尤其在處理材料非綫性（如塑性、損傷）、幾何非綫性（如大變形、接觸）以及復雜的接觸行為方麵擁有卓越的性能，這使其成為分析焊接結構不可或缺的利器。 本書結構清晰，內容豐富，循序漸進，力求讓讀者在掌握基本理論的同時，能夠熟練運用MSC.Marc進行實際的仿真計算。 第一部分：理論基礎與分析框架 在深入MSC.Marc的應用之前，我們首先建立堅實的理論基礎。本部分將係統介紹焊接結構力學行為的理論背景，涵蓋： 焊接工藝與殘餘應力的産生機理：詳細闡述不同焊接方法（如電弧焊、電阻焊、激光焊等）對母材的熱輸入、熔化、凝固以及冷卻過程中産生的熱應力和組織應力，從而解釋殘餘應力的形成機製和分布規律。理解殘餘應力的影響是進行準確分析的第一步。 焊接結構的應力分析：深入探討焊接結構在靜態和動態載荷下的應力分布特性。包括拉伸、壓縮、彎麯、扭轉以及組閤載荷下的應力狀態。 材料本構關係與塑性力學：介紹焊接接頭處材料的力學性能，重點講解塑性變形的理論，如屈服準則（如Von Mises、Tresca）、流動法則以及應變硬化模型。這些是進行非綫性分析的基礎。 疲勞與斷裂力學基礎：闡述焊接結構常見的損傷模式，如疲勞失效和脆性斷裂。介紹疲勞壽命預測的基本方法（如應力-壽命法、應變-壽命法），以及斷裂力學中的關鍵概念（如應力強度因子、斷裂韌性）。 有限元基本理論迴顧：簡要迴顧有限元法的基本原理，包括變分原理、形函數、單元方程組的建立與求解等，為後續的軟件應用打下理論基礎。 第二部分：MSC.Marc軟件應用與焊接結構仿真實踐 本部分是本書的實踐核心，將引導讀者一步步掌握使用MSC.Marc進行焊接結構分析的流程與技巧。 MSC.Marc軟件概覽與操作入門：介紹MSC.Marc的用戶界麵、基本操作流程、文件結構以及預處理、求解和後處理等模塊。重點講解如何創建和編輯幾何模型、定義材料屬性、選擇單元類型、設置邊界條件和載荷。 焊接結構模型的建立： 幾何建模：演示如何在MSC.Marc中導入現有CAD模型，或直接進行建模，創建焊接接頭（如角焊縫、對接焊縫）的幾何錶示。 網格劃分：強調網格質量對於仿真結果精度的重要性。講解不同單元類型（如殼單元、實體單元）的選擇，以及網格密度的控製策略，尤其是在焊縫區域的細化處理。 材料屬性定義：詳細介紹如何在MSC.Marc中定義焊接材料的本構模型，包括綫彈性模型、塑性模型（隨動強化、隨動硬化）、損傷模型等。如何考慮材料隨溫度的變化。 接觸定義：在涉及多部件裝配時，準確定義接觸條件至關重要。本書將講解不同接觸類型（如綁定接觸、滑動接觸、間隙接觸）的設置，以及摩擦係數的影響。 焊接過程仿真： 熱-結構耦閤分析：這是進行焊接結構殘餘應力分析的關鍵。本書將詳細介紹如何設置溫度載荷（基於焊接熱源模型，如高斯熱源、盤狀熱源）、定義熱傳導邊界條件，並進行耦閤計算，獲得溫度分布和由此産生的熱應力及變形。 殘餘應力分析：基於熱-結構耦閤分析結果，進一步進行殘餘應力分析。講解如何設定材料的塑性行為，以及如何考慮焊接過程中相變的影響（如果材料允許）。 焊接結構服役載荷下的力學響應分析： 靜態結構分析：在施加外載荷（如壓力、集中力、分布載荷）後，分析焊接結構的應力、應變和位移分布。重點關注焊縫區域的應力集中現象。 非綫性分析：當結構發生大變形、材料進入塑性階段或齣現接觸時，需要進行非綫性分析。詳細講解如何設置非綫性分析的求解器選項、收斂準則以及輸齣結果。 疲勞壽命預測：演示如何將MSC.Marc的仿真結果（如焊縫區域的應力幅）導入到專用的疲勞分析模塊或通過自定義後處理，進行焊接結構的疲勞壽命評估。 斷裂分析：介紹如何利用MSC.Marc進行裂紋擴展的模擬，包括裂紋建模、應力強度因子計算等。 結果後處理與評估： 可視化技術：講解如何利用MSC.Marc強大的後處理功能，對仿真結果進行可視化展示，如應力雲圖、位移雲圖、變形動畫等。 數據提取與分析：指導讀者如何提取關鍵數據，如最大應力、最大變形、焊縫區域的應力集中係數等，並進行工程意義上的解讀。 結果驗證與誤差分析：強調仿真結果與實驗數據或理論計算的對比驗證的重要性，以及如何對仿真結果進行誤差評估。 第三部分：典型算例與工程應用 為瞭使理論與實踐更加緊密結閤，本書選取瞭多個具有代錶性的焊接結構仿真算例，覆蓋瞭不同行業和應用場景，例如： 橋梁鋼結構焊接節點的應力分析 船舶發動機支架的焊接殘餘應力與疲勞分析 壓力容器焊接接頭的熱-結構耦閤仿真 汽車車身連接焊縫的應力集中與強度評估 航空發動機渦輪葉片焊接區的溫度場與應力分析 每一個算例都將詳細展示從模型建立、參數設置、求解到結果分析的全過程，幫助讀者理解如何在實際工程問題中應用MSC.Marc進行焊接結構分析。 本書內容翔實，圖文並茂，邏輯嚴謹，力求深入淺齣。我們希望通過這本書，能夠幫助讀者構建起紮實的理論基礎，掌握先進的仿真技術，從而在焊接結構的強度評估、壽命預測、工藝優化等領域，做齣更明智、更可靠的設計決策，為我國焊接結構的工程應用和技術進步貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對焊接結構有限元分析充滿好奇的在校學生，我一直在尋找一本既能提供紮實理論基礎，又能指導實際操作的教材。這本書，正好滿足瞭我的需求。它從基礎的有限元離散化方法講起，循序漸進地引導讀者理解如何在焊接結構中應用這些方法。書中關於不同類型單元的優缺點，以及在模擬焊縫時的適用性，都進行瞭詳細的比較和分析。讓我印象深刻的是，它不僅講解瞭如何進行靜態分析，還深入探討瞭如何進行動態分析和非綫性分析，這對於理解焊接結構在承受動態載荷或發生大變形時的行為至關重要。MSC.Marc軟件的實現部分更是讓這本書的價值倍增。通過書中的指導，我學會瞭如何構建復雜的焊接模型，如何模擬焊接過程中産生的熱應力和組織轉變，以及如何評估焊接結構的殘餘應力和變形。這些內容對我理解焊接結構的力學行為、優化設計方案具有極其重要的意義。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在讀的博士生，研究方嚮與焊接結構疲勞性能評估相關。在我的研究過程中，有限元分析扮演著至關重要的角色。在選擇參考教材時，我非常謹慎，因為我需要一本既有理論深度，又能指導我實際操作的文獻。這本書，可以說是我近期最滿意的一本。它對焊接結構行為的理解非常透徹，從宏觀的結構應力分布，到微觀的焊趾焊根應力集中，都有細緻的分析。最讓我驚喜的是，它將有限元分析的理論與MSC.Marc軟件的操作完美結閤。我之前也讀過一些關於MSC.Marc的書籍，但很多都隻是簡單的功能介紹，並沒有真正深入到焊接結構的分析層麵。這本書則不同，它詳細講解瞭如何利用MSC.Marc來模擬焊接過程中復雜的耦閤效應，比如熱-力耦閤，以及材料本構模型的選擇。在疲勞分析方麵，書中也給齣瞭一些很有價值的思路和方法，這對我後續開展疲勞壽命預測研究非常有幫助。讀完這本書，我感覺自己對焊接結構有限元分析的理解上升到瞭一個新的高度，也對MSC.Marc在這一領域的應用有瞭更深的體會。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在焊接結構設計領域摸爬滾打瞭好幾年的工程師，一直覺得在有限元分析方麵還有很多提升的空間，尤其是對於焊接這樣一個復雜且充滿挑戰的工藝。這本書的齣現，可以說正好解決瞭我的燃眉之急。它不僅僅是理論的堆砌，更重要的是它提供瞭非常實用的MSC.Marc軟件操作指南。我之前也嘗試過使用一些有限元分析軟件，但對於焊接結構這種特殊的分析對象，總是感覺力不從心。這本書通過大量的案例，展示瞭如何在MSC.Marc中進行焊接工藝仿真，比如焊縫的生成、熱輸入的模擬、以及焊接過程中産生的應力、應變和變形的預測。這些內容對於優化焊接工藝、降低焊接變形、提高焊接質量具有極大的指導意義。我特彆喜歡書中關於網格收斂性研究的部分，這對於確保仿真結果的準確性至關重要。作者還分享瞭一些自己多年的實踐經驗，比如在處理復雜幾何模型時如何進行網格劃分，以及如何選擇閤適的材料模型來模擬焊接過程中的材料行為。這些經驗性的指導，是用任何一本純理論的書籍都無法獲得的。這本書讓我對焊接結構的有限元分析有瞭更深層次的理解，也極大地提升瞭我解決實際工程問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的最大感受就是它的“落地性”。很多關於有限元分析的書籍，雖然理論講得很透徹，但一旦涉及到實際軟件操作，就顯得有些含糊不清。而這本書則不然，它將MSC.Marc軟件的實現貫穿於整個教學過程中。從模型的建立、材料屬性的定義、單元類型的選擇，到載荷的施加、邊界條件的設置，再到求解器的選擇和結果的後處理，每一步都講解得非常細緻。我印象特彆深刻的是，書中對於復雜幾何模型的網格劃分技巧，比如如何處理帶有圓角或銳角的區域，如何進行局部網格細化以捕捉高應力區域的細節。這些都是在實際工程應用中非常重要的技巧。而且，書中提供的案例分析都非常貼近實際工程中的焊接結構，比如橋梁、船舶、壓力容器等，這讓我能夠更好地理解理論知識在實際工程中的應用價值。這本書是我在工程實踐中遇到難點時，最常翻閱的參考書之一。

評分☆☆☆☆☆

這本書真的讓我大開眼界，特彆是它對焊接結構有限元分析的講解，簡直是層層深入，循序漸進。從最基礎的概念，比如網格劃分的原則、單元類型的選擇，到更復雜的非綫性分析，比如材料非綫性、幾何非綫性和接觸非綫性，都做瞭詳盡的闡述。我之前對這些概念隻是模糊的理解，讀完之後，感覺自己就像是經曆瞭一次醍醐灌頂。書中的例子非常貼閤實際工程應用，讓我能夠將理論知識與實際操作緊密結閤。特彆是MSC.Marc的實現部分，作者的指導非常具體，每一個操作步驟都清晰明瞭，甚至連一些容易齣錯的地方都提前做瞭提示，這對於初學者來說簡直是福音。我嘗試跟著書中的例子進行建模和仿真，發現問題解決起來比我想象的要容易得多。而且，這本書的語言風格也很吸引人，不像有些教材那樣枯燥乏味，而是用一種比較通俗易懂的方式來解釋復雜的概念，讀起來一點都不費力。我對它推薦的參考資料也做瞭筆記，準備後續進一步學習。總的來說，這本書的深度和廣度都非常令人滿意，絕對是焊接結構有限元分析領域的一本必讀之作，我強烈推薦給所有相關領域的工程師、研究人員和學生。

評分☆☆☆☆☆

當我翻開這本書時，我立刻被它條理清晰的結構和豐富詳實的案例所吸引。作為一本“十二五”重點規劃教材，它在內容上絕對是權威且前沿的。從焊接結構的基本力學行為分析，到有限元方法的理論基礎，再到MSC.Marc軟件的具體實現，本書層層遞進，邏輯嚴謹。我尤其欣賞書中對於焊接過程中熱-力耦閤效應的詳細闡述，這對於準確預測焊接變形和殘餘應力至關重要。作者通過具體的MSC.Marc操作步驟，演示瞭如何模擬焊接熱輸入、定義材料的熱物理和力學性能，以及如何進行瞬態分析。此外，書中還涉及瞭屈麯分析、疲勞分析等更高級的主題，為我後續深入研究提供瞭寶貴的指導。我嘗試按照書中的方法，對一個具體的焊接接頭進行仿真分析，結果令人滿意，這讓我對有限元分析在焊接結構設計中的應用有瞭更深刻的認識，也為我解決實際工程問題提供瞭強大的工具。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值，我覺得體現在它能夠打通理論與實踐的壁壘。作為一本高等教育的重點規劃教材，它在理論深度上是毋庸置疑的，它清晰地闡述瞭有限元方法的數學原理，以及在焊接結構分析中的應用。但更難得的是，它並沒有止步於理論，而是通過大量的MSC.Marc軟件實現的案例，將這些理論知識轉化為可操作的步驟。我特彆喜歡書中關於網格劃分策略的討論，這對於保證仿真結果的可靠性至關重要。作者詳細講解瞭不同單元類型適用於不同區域的劃分方法，以及如何根據網格密度對仿真結果的影響來優化網格。此外，書中對材料非綫性和幾何非綫性的處理也給我留下瞭深刻的印象，這對於模擬焊接過程中復雜的應力應變行為至關重要。我嘗試按照書中的指導，對一個實際的焊接接頭進行瞭仿真分析，結果與實際情況非常吻閤，這讓我對有限元分析的信心大增。這本書不僅是學習有限元分析的工具書，更是一本能夠啓發思考、解決實際工程問題的寶典。

評分☆☆☆☆☆

當我拿到這本書時，就被它厚重的體量和嚴謹的目錄所吸引。作為一本麵嚮普通高等教育的教材，它必然要具備內容的全麵性和權威性。這本書在這一點上做得非常到位。它從焊接結構的基本力學性能入手，逐步深入到如何運用有限元方法來分析這些性能。其中，關於焊接過程中溫度場和應力場的耦閤分析，是我最感興趣的部分。書中詳細介紹瞭如何通過MSC.Marc軟件來定義焊接熱源、邊界條件以及材料的熱物理和力學參數，並如何進行瞬態分析來獲得焊接過程中溫度和應力分布。這些內容對於理解焊接變形和殘餘應力的産生機製非常有幫助。我之前在學習其他有限元教材時，對於如何處理焊接過程中的復雜熱載荷和材料屬性變化總是感到睏惑，這本書在這方麵提供瞭非常清晰的解決方案。而且，書中還涉及瞭塑性變形、斷裂力學等更高級的分析內容，為我後續深入研究打下瞭堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本教材的編寫質量絕對是超齣瞭我的預期。作為一本“十二五”重點規劃教材，它在內容的前沿性和係統性上都做得非常齣色。對於焊接結構這種涉及到材料科學、力學、熱學等多方麵知識的應用型學科，有限元分析是不可或缺的工具。本書從基礎的有限元原理齣發，逐步深入到焊接結構特有的分析內容，比如焊趾焊根的應力集中、殘餘應力的評估、以及焊接裂紋的擴展預測等。這些都是我在其他教材中很少看到或者介紹得不夠深入的。而MSC.Marc軟件的集成實現，更是讓這本書的實用價值倍增。作者在書中詳細講解瞭如何利用MSC.Marc來構建焊接結構模型，如何定義焊接過程中的熱載荷和約束，以及如何後處理仿真結果，包括應力雲圖、溫度分布圖、變形動畫等等。這些操作步驟清晰易懂，即使是初次接觸MSC.Marc的用戶，也能很快上手。我尤其贊賞書中關於如何選擇和應用不同單元類型來模擬焊縫的講解，這對於提高仿真效率和精度起到瞭關鍵作用。總而言之，這本書為我在焊接結構有限元分析領域的研究和實踐打下瞭堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書就像一位經驗豐富的導師，它不僅教會我“是什麼”，更教會我“怎麼做”。對於焊接結構有限元分析這種復雜的工程問題，僅僅理解理論是遠遠不夠的，還需要掌握強大的計算工具。這本書恰恰扮演瞭這樣一個橋梁的角色。它深入淺齣地講解瞭有限元方法的原理，包括單元插值函數、剛度矩陣的建立、載荷嚮量的組裝等，並在此基礎上，詳細闡述瞭如何利用MSC.Marc軟件來模擬焊接過程中的溫度場、應力場以及變形。我特彆喜歡書中關於網格收斂性驗證的章節，這對於確保仿真結果的準確性和可靠性至關重要。作者通過實際案例，展示瞭如何通過逐步加密網格來觀察結果的變化，從而找到一個最優的網格密度。此外，書中關於材料非綫性和幾何非綫性分析的講解，也為我解決實際工程中的復雜問題提供瞭有力的工具。這本書讓我對焊接結構有限元分析的理解從“知道”升級到瞭“掌握”。

評分☆☆☆☆☆

r問題的描述

評分☆☆☆☆☆

5.3

評分☆☆☆☆☆

定義力學邊J界條件

評分☆☆☆☆☆

施加材料性能

評分☆☆☆☆☆

一維簡單連續體的分析p實例

評分☆☆☆☆☆

定義工e況

評分☆☆☆☆☆

D網格劃分

評分☆☆☆☆☆

看不懂

評分☆☆☆☆☆

m1.4.1