ANSYS工程结构数值分析方法与计算实例·第2分册：结构动力学问题、结构非线性问题 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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熊令芳，石彬彬 等 著

图书标签:

• ANSYS
• 结构动力学
• 结构非线性
• 数值分析
• 有限元
• 工程结构
• 计算实例
• 振动分析
• 屈曲分析
• 非线性材料

出版社： 中国铁道出版社

ISBN：9787113209315

版次：1

商品编码：11835308

包装：平装

丛书名： ANSYS仿真分析系列丛书

开本：16开

出版时间：2015-10-01

用纸：胶版纸

页数：340

字数：536000

编辑推荐

　　学习有限元分析及ANSYS数值分析技术课程的参考书。

内容简介

　　《ANSYS工程结构数值分析方法与计算实例·第2分册：结构动力学问题、结构非线性问题》为《ANSYS工程结构数值分析方法与计算实例》的第2分册，共包含11章、2个附录，主要内容包括基于ANSYS的工程结构动力计算、非线性计算两大部分。动力计算部分，结合例题系统介绍ANSYS的各种动力分析方法（自振特性、简谐载荷响应、瞬态分析、响应谱、随机振动、多体动力学、显式动力学）；在非线性分析部分，介绍了各类常见非线性问题（材料非线性、几何非线性与屈曲、接触）的处理方法和注意问题，均结合例题讲解。
　　本书适合工科相关专业的研究生及高年级本科生作为学习有限元分析及ANSYS数值分析技术课程的参考书，也可作为从事工程结构分析的技术人员学习和应用ANSYS软件的参考书。

目录

第1章ANSYS结构动力学分析概述1
1.1ANSYS结构动力分析功能及应用简介1
1.2ANSYS动力分析的基本概念和原理2
第2章ANSYS结构振动模态计算5
2.1Mechanical APDL中的模态分析方法5
2.2Workbench中的模态分析方法19
2.3模态分析例题36
第3章ANSYS谐响应计算54
3.1Mechanical APDL中的谐响应分析实现过程54
3.2Workbench中的谐响应分析实现过程75
3.3谐响应分析例题81
第4章ANSYS瞬态动力计算105
4.1Mechanical APDL中的瞬态分析实现过程105
4.2Workbench中的瞬态分析实现过程120
4.3Workbench瞬态分析例题：钢结构平台126
第5章ANSYS响应谱计算146
5.1Mechanical APDL响应谱分析实现过程146
5.2Workbench响应谱分析实现过程151
5.3响应谱分析例题：钢结构平台响应谱计算157
第6章ANSYS随机振动计算165
6.1Mechanical APDL随机振动分析的实现过程165
6.2Workbench随机振动分析的实现过程171
6.3随机振动分析例题：钢结构平台PSD计算178
第7章ANSYS机构运动及多体动力学分析186
7.1ANSYS多体动力学分析的实现方法186
7.2刚体动力学计算例题：曲柄滑块机构运动仿真189
第8章非线性基本概念及材料非线性分析208
8.1非线性问题的分类和基本算法208
8.2ANSYS弹塑性分析的材料定义210
8.3静不定桁架的弹塑性分析例题218
第9章几何非线性分析与屈曲分析224
9.1ANSYS几何非线性的基本概念与分析要点224
9.2屈曲分析的概念和方法225
9.3几何非线性及屈曲分析例题236
第10章ANSYS接触非线性分析268
10.1ANSYS中的接触分析方法268
10.2接触分析例题：齿轮接触分析272
第11章ANSYS显式动力分析方法与例题283
11.1ANSYS显式分析方法简介283
11.2子弹击穿钢板显式动力学分析284
附录A结构动力学分析常用的几个单元298
A.1COMBIN14298
A.2MASS21303
A.3MATRIX27308
A.4COMBIN39314
A.5COMBIN40320
附录BSystem Coupling及流固耦合技术简介329

前言/序言

《ANSYS工程结构数值分析方法与计算实例·第2分册：结构动力学问题、结构非线性问题》图书简介 本书是《ANSYS工程结构数值分析方法与计算实例》系列中的第二分册，聚焦于工程结构分析领域中两个至关重要且极具挑战性的方向：结构动力学问题与结构非线性问题。在现代工程设计与分析中，精确预测结构在动态荷载下的响应，以及理解和模拟结构材料或几何特性发生变化时的行为，是确保结构安全、可靠和经济性的关键。本分册深入探讨了如何运用ANSYS这一强大的数值分析软件，系统地解决这些复杂的工程难题，并辅以大量详实的计算实例，帮助读者掌握理论知识与实践技能的无缝对接。 第一部分：结构动力学问题 结构动力学研究的是结构在时间相关的荷载作用下的动力响应，包括振动、冲击、地震等。这些动力效应可能导致结构产生共振、疲劳损伤，甚至发生破坏。本分册对结构动力学分析的理论基础进行了系统梳理，从运动方程的建立、模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析到随机振动分析，逐一展开阐述。 理论基础与基本概念： 详细介绍结构动力学的基本理论，包括自由度、质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵的概念及其在动力学方程中的作用。深入解析单自由度和多自由度系统的动力学特性，包括固有频率、振型、阻尼比等核心参数的意义及其工程应用。 模态分析 (Modal Analysis)： 作为动力学分析的基础，模态分析用于确定结构的固有频率和振型。本书将指导读者如何利用ANSYS进行模态分析，包括前处理（模型建立、网格划分、材料属性定义）、求解设置（求解器选择、边界条件施加）以及后处理（结果查看、模态叠加、振型可视化）。重点阐述模态分析在避免结构共振、理解结构振动特性方面的关键作用。 谐响应分析 (Harmonic Response Analysis)： 针对周期性动力荷载，谐响应分析用于计算结构在稳态正弦激励下的响应。本书将讲解如何进行谐响应分析，包括荷载的定义（幅值、频率、相位）、阻尼的考虑（结构阻尼、瑞利阻尼）以及结果的解读（位移、应力、速度、加速度随频率的变化）。通过实例演示，读者将学会如何评估结构在高频振动环境下的性能。 瞬态动力学分析 (Transient Dynamic Analysis)： 瞬态动力学分析是模拟结构在任意时间历程荷载（如冲击、爆炸、地震波）作用下的动力响应。本分册将详细介绍瞬态动力学分析的流程，包括时间步长的选择、荷载的时间函数定义、求解器的设置（隐式与显式求解器）。重点通过生动形象的案例，解析结构在非周期性动力事件中的动态行为，如碰撞响应、冲击波传播等。 随机振动分析 (Random Vibration Analysis)： 对于具有随机性质的动力荷载，如风振、海浪冲击等，随机振动分析能够预测结构在统计意义上的响应。本书将介绍随机振动分析的理论基础，包括功率谱密度 (PSD) 的概念，以及如何在ANSYS中进行设置和求解。通过实例，读者将学习如何评估结构在长期随机荷载作用下的疲劳寿命和可靠性。 阻尼的模拟与影响： 详细讨论结构中各种阻尼形式（粘性阻尼、库仑阻尼、材料阻尼）的模拟方法，以及阻尼对结构动力响应的重要影响。 实际应用案例： 涵盖桥梁在风荷载下的振动分析、汽车悬挂系统的动态响应、航空航航天结构在发动机振动下的模态与响应分析、建筑结构在地震作用下的动力响应模拟等典型工程案例。 第二部分：结构非线性问题 结构非线性问题是指结构的响应与荷载之间不再保持线性关系，这通常由材料的非线性特性、几何形状的大变形或接触面的相对运动引起。在许多工程应用中，忽略非线性效应可能导致分析结果严重失真，甚至得出错误的工程决策。本分册将系统地介绍ANSYS在处理结构非线性问题方面的强大功能。 非线性分析的基本原理： 深入阐述结构非线性的来源，包括材料非线性（塑性、屈服、蠕变、硬化）、几何非线性（大变形、应力软化、拉屈）和接触非线性（接触状态、摩擦）。解释非线性方程求解的迭代过程，以及增量加载、收敛性判据等关键概念。 材料非线性分析 (Material Nonlinearity Analysis)： 塑性分析 (Plasticity Analysis)： 详细介绍金属材料和混凝土材料的塑性本构模型（如Mises屈服准则、Drucker-Prager准则），以及在ANSYS中如何定义和施加这些模型。通过实例，展示结构在超出现有屈服极限后的变形和应力分布。 蠕变分析 (Creep Analysis)： 讲解蠕变现象的机理，以及在高温或长期荷载作用下材料随时间发生的塑性变形。介绍ANSYS中蠕变模型的选择与设置，以及如何进行瞬态蠕变分析。 超弹性分析 (Hyperelasticity Analysis)： 针对橡胶、聚合物等软材料，介绍超弹性本构模型（如Mooney-Rivlin模型、Ogden模型），并演示在ANSYS中如何进行此类材料的非线性分析。 几何非线性分析 (Geometric Nonlinearity Analysis)： 大变形分析 (Large Deformation Analysis)： 介绍当结构的变形量远大于其尺寸时，应力和应变之间的关系会发生变化。讲解ANSYS中如何激活几何非线性分析，并展示薄板、薄壳结构在大变形下的承载能力和屈曲行为。 接触分析 (Contact Analysis)： 接触是非线性分析中非常常见且重要的问题，涉及到两个或多个物体表面之间的相互作用。本书将详细讲解ANSYS中接触定义的方法，包括接触类型（粘连、滑动、无摩擦、摩擦）、接触对的设置、接触参数（如接触刚度、渗透容差）以及接触结果（接触压力、接触应力）的分析。涵盖过盈配合、装配、碰撞等场景。 屈曲分析 (Buckling Analysis)： 详细介绍线弹性屈曲和几何非线性屈曲的概念。指导读者如何利用ANSYS进行屈曲分析，预测结构的临界屈曲载荷，并分析屈曲后的变形趋势。 耦合场分析的非线性应用： 简要介绍在某些特殊工程问题中，动力学与非线性可能同时存在，例如结构在冲击荷载下的弹塑性响应。 求解器设置与收敛性控制： 深入探讨ANSYS中非线性求解器的选择（全牛顿法、修正牛顿法等），以及如何设置收敛准则（位移收敛、力收敛、能量收敛）来确保分析的准确性和效率。讲解常见的非线性分析不收敛问题及其解决方法。 实际应用案例： 包括金属构件的拉伸与压缩试验模拟（塑性）、压力容器的受压变形分析（大变形与材料非线性）、齿轮啮合与接触应力分析、薄壁结构的失稳分析（屈曲）、管道系统的热应力与蠕变分析等。 本书特色： 理论与实践相结合： 理论讲解深入浅出，同时配以大量具体的ANSYS操作步骤和计算实例，使读者能够快速掌握软件应用。 内容全面系统： 涵盖了结构动力学和结构非线性分析的常用方法和关键技术，为读者构建起完整的知识体系。 实例丰富多样： 选取的案例贴近实际工程，涵盖了土木、机械、航空航天等多个领域的典型问题，具有很高的参考价值。 操作指导详尽： 对ANSYS软件的各项操作进行了详细说明，降低了学习门槛，适合不同水平的读者。 通过学习本书，读者将能够熟练运用ANSYS软件，深入理解结构在动态荷载下的行为规律，精确预测结构材料和几何非线性特性带来的影响，从而提高工程结构的安全性、可靠性和经济性，成为解决复杂工程结构分析问题的专业人才。本书不仅是工程技术人员的实用工具书，也是相关专业研究生的理想教材。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对ANSYS结构分析模块深度感兴趣的学习者，这本书的书名《ANSYS工程结构数值分析方法与计算实例·第2分册：结构动力学问题、结构非线性问题》立刻抓住了我的眼球。尤其“第2分册”这个后缀，预示着它是在基础知识之上，对更复杂、更具挑战性的工程问题进行了深入探讨。我的工程背景让我深知，很多实际工程项目，尤其是那些追求极致性能、高可靠性和安全性的领域，都无法脱离对结构动力学和非线性行为的精确预测。 我非常期待书中关于结构动力学的章节。在实际应用中，结构的振动、冲击响应、抗震性能评估等等，都是至关重要的问题。我希望书中能够详细讲解如何利用ANSYS进行模态分析，包括如何提取结构的固有频率和振型，以及这些参数对结构动力响应的影响。更进一步，对于瞬态动力学分析，比如模拟车辆碰撞、爆炸冲击，或者设备运行时产生的随机振动，我希望能获得如何在ANSYS中正确设置初始条件、边界条件、载荷，以及如何选择合适的求解器和时间步长等方面的详细指导。解读时间历程的应力、位移、加速度等结果，并从中提取有价值的工程信息，也是我迫切希望学习到的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题《ANSYS工程结构数值分析方法与计算实例·第2分册：结构动力学问题、结构非线性问题》精准地指出了它所涵盖的工程难题。在实际的工程分析中，很多时候我们面对的不再是简单的静力学问题，而是更加复杂和动态的场景。我迫切希望能够从这本书中获得关于如何运用ANSYS来解决这些挑战性问题的指导。 我对结构动力学部分尤为期待。从建筑物的抗震设计，到机械设备的减振降噪，再到航空航天器的抗冲击性能评估，都离不开精确的动力学分析。我希望书中能够详细讲解如何进行模态分析，包括如何提取结构的固有频率和振型，以及这些参数如何影响结构的动态响应。更进一步，我期待能够学习到如何进行瞬态动力学分析，比如模拟地震波对建筑的影响，或者车辆碰撞时的结构响应。这涉及到如何精确地施加时变的载荷，如何设置合适的阻尼，以及如何有效地解读时间历程的分析结果。

评分☆☆☆☆☆

在接触结构非线性问题方面，我遇到的挑战更是层出不穷。传统的线性分析往往无法准确描述材料进入塑性阶段、结构发生几何大变形，或者接触面状态发生改变时的真实受力情况。这本书的第二分册恰好聚焦于此，这让我倍感欣喜。我尤其关注书中对材料非线性模型的讲解，例如屈服准则、硬化法则等。是否会涉及塑性、弹塑性、损伤等多种材料模型的应用？在工程实践中，很多结构在过载或长时间服役后都会出现不同程度的非线性响应，了解这些模型对于准确评估结构的承载能力和剩余寿命至关重要。 此外，几何非线性分析也常常是难点。当结构的变形幅度与原有的几何尺寸相比不可忽略时，线性梁、板、壳理论就失效了。我希望书中能深入阐述几何非线性分析的原理，以及如何在ANSYS中建立和求解这类模型。例如，对于薄壁结构在受压时的屈曲问题，或者大型柔性结构在重力作用下的变形，这些都需要考虑几何非线性的影响。书中是否会提供如何设置大变形选项，如何选择合适的单元类型，以及如何处理收敛性问题？我更期待看到关于接触非线性分析的详细介绍，比如接触状态（粘连、滑动、分离）的判断，以及接触算法的选择。在实际工程中，很多连接件、装配体都涉及到复杂的接触行为，准确模拟这些接触能够避免不必要的误差。比如，我一直想深入学习如何分析连接板的应力集中，或者大型设备安装时的预应力问题。

评分☆☆☆☆☆

从书名来看，这本书聚焦于ANSYS在结构动力学和非线性分析上的应用，这正是我当前工作中最迫切需要提升的技能。很多时候，我们设计的结构会经历远超线性范围的载荷，或者本身就存在着复杂的动力学特性。例如，在航空航天领域，结构的抗冲击性、抗振性是至关重要的考量因素；在汽车工程中，碰撞安全性的分析更是离不开复杂的非线性动力学模拟。我希望这本书能从根本上帮助我理解这些问题背后的物理原理，并教会我如何在ANSYS中建立精确的模型，进行有效的求解。 对于结构非线性部分，我特别关注材料非线性。我们知道，很多材料在达到一定应力水平后会进入塑性变形，甚至发生损伤和断裂。线性模型在这种情况下会产生巨大的误差。我希望书中能详细讲解如何选择合适的材料模型（如塑性模型、损伤模型），如何设置材料参数，以及如何解读这些非线性分析的结果。例如，如何通过ANSYS分析预测结构的屈服点，如何评估其承载能力，或者如何模拟材料失效过程。此外，几何非线性也是一个巨大的挑战，当结构发生显著变形时，其刚度会发生变化，这需要特殊的分析方法。我期待书中能提供相关的指导，以及展示如何在ANSYS中处理这类问题。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一名在工程设计领域摸索多年的工程师来说，一本能够深入讲解ANSYS在结构动力学和非线性分析方面应用的书籍，简直就是雪中送炭。很多时候，我们面对的结构不再是简单的受力，而是充满了复杂性和不确定性，比如设备运行时的振动，或者在地震、风等外部作用下的动态响应，这些都属于动力学范畴。 我特别关注书中对动力学分析的讲解。我希望能够学习到如何利用ANSYS进行模态分析，从而了解结构的固有频率和振型，这对于避免结构发生共振至关重要。同时，瞬态动力学分析也是我非常感兴趣的部分，比如如何模拟一个短暂的冲击载荷对结构的影响，或者设备启动和停止过程中产生的动态过程。我期待书中能提供具体的建模步骤、参数设置建议，以及结果解读的方法。例如，在设计桥梁或高层建筑时，抗震分析是必不可少的，我希望这本书能为我提供相关的思路和技巧。

评分☆☆☆☆☆

当我翻开这本书，最先吸引我的不是封面设计，而是它所承诺的内容——“结构动力学问题”和“结构非线性问题”。这两大领域，恰恰是我在日常工程实践中最常遇到、也最感到头疼的。静力学分析看似简单，但很多时候，一旦涉及到动态载荷、冲击、振动，或是材料本身表现出塑性、大变形等特性，线性假设就变得站不住脚了。我希望这本书能够提供一套系统性的解决方案，用ANSYS这个强大的工具来应对这些挑战。 在动力学方面，我希望能够看到关于瞬态动力学分析的详细指导。比如，如何准确地模拟一个瞬时载荷（如爆炸冲击或碰撞）对结构的影响？这涉及到时间步长的选择、阻尼的设置，以及如何有效地捕捉高频振动。另外，模态分析和频率响应分析也是我特别关注的。理解结构的固有频率和振型，对于避免共振至关重要。书中是否会提供如何通过分析结果来优化结构设计，以躲避潜在的危险频率？我尤其期待看到在实际工程中的应用案例，例如桥梁在风荷载下的动力响应，或者车辆在不平路面上行驶时的振动特性分析。这些具体案例的讲解，比单纯的理论阐述更能帮助我理解和掌握。

评分☆☆☆☆☆

在工程实践中，我经常会遇到一些“麻烦”的问题，它们往往超出了一般的线性分析范畴，比如结构在承受大载荷时发生塑性变形，或者在受到侧向力时发生大幅度的几何变形，这些都是典型的非线性问题。因此，当看到《ANSYS工程结构数值分析方法与计算实例·第2分册：结构动力学问题、结构非线性问题》这本书名时，我立刻感到它与我的工作内容高度契合。 我特别希望能从这本书的非线性部分获得启发。材料非线性，比如塑性、损伤、疲劳等，是影响结构安全性和寿命的关键因素。我期待书中能够详细讲解在ANSYS中如何应用不同的材料模型，如何准确定义材料参数，以及如何根据分析结果来评估结构的承载能力和剩余寿命。例如，在设计承受高应力或循环载荷的零件时，材料非线性分析是必不可少的。 同时，几何非线性也是我一直想深入学习的。当结构发生明显的大变形时，其刚度会发生显著改变，这会极大地影响结构的受力状态。我希望书中能够提供如何在ANSYS中处理大变形问题的方法，包括如何选择合适的单元类型，如何设置几何非线性选项，以及如何应对可能出现的收敛难题。我非常期待能看到一些具体的案例，比如分析薄壁结构在受压时的屈曲行为，或者大型柔性机械臂在重力作用下的变形情况。

评分☆☆☆☆☆

在我的工程领域，对结构动力学和非线性行为的理解和模拟能力，往往是区分工程师能力的重要标准。一本专注于ANSYS在这些领域的应用的书籍，对我来说具有极高的价值。我希望这本书能够提供系统性的理论知识和详实的计算实例，帮助我深入理解这些复杂问题的本质，并掌握在ANSYS软件中进行有效建模和分析的方法。 在结构动力学方面，我特别关注谐响应分析和随机振动分析。很多设备在运行时会承受周期性的激励，比如旋转机械产生的振动，或者桥梁在车辆行驶时产生的响应。如何准确地预测结构在不同频率下的响应幅值，以及如何评估结构在随机载荷下的疲劳寿命，这些都是我非常希望能从书中学习到的。例如，在设计飞机结构时，需要考虑发动机运行时产生的随机振动对其耐久性的影响。

评分☆☆☆☆☆

在我接触的工程项目中，非线性问题是绕不开的“坎”。无论是材料本身在承受一定载荷后发生的塑性变形，还是结构在受力后发生的几何大变形，传统的线性分析方法都显得力不从心。因此，当看到《ANSYS工程结构数值分析方法与计算实例·第2分册：结构动力学问题、结构非线性问题》这本书时，我的第一反应就是“终于来了！”，这正是我急需的知识。 我尤其期待书中对结构非线性部分的深入阐述。我想了解如何在ANSYS中准确地模拟材料进入塑性状态后的行为，例如屈服准则和硬化模型的选择，以及如何根据试验数据来准确地拟合这些模型参数。在工程实践中，很多关键构件的失效往往与材料的非线性响应密切相关，准确的模拟能够极大地提升设计的可靠性。 此外，几何非线性分析也是我非常关注的。当结构的变形幅度变得很大时，其原有的几何形状会发生显著改变，这会对结构的刚度和整体响应产生巨大影响。我希望书中能够详细讲解如何在ANSYS中处理这类问题，包括如何选择合适的单元类型，如何设置大变形选项，以及如何应对求解过程中可能出现的收敛性难题。比如，分析薄壳结构在受压后的屈曲现象，或者柔性机械臂在受到载荷后的变形行为，这些都是几何非线性分析的典型应用场景，我希望能通过这本书获得解决这些问题的有效方法。

评分☆☆☆☆☆

这部《ANSYS工程结构数值分析方法与计算实例·第2分册：结构动力学问题、结构非线性问题》，单看书名就足以让结构工程师们眼前一亮。作为一名在工程领域摸爬滚打多年的从业者，我深知实际工程项目中，结构动力学和非线性问题是多么的棘手且普遍。很多时候，我们面对的不再是简单的静力学加载，而是复杂的振动、冲击，甚至是材料屈服、几何大变形等非线性行为。 我特别关注书的动力学部分。想象一下，一个高层建筑在地震中的表现，或者一个汽车在碰撞瞬间的受力情况，这些都需要精确的动力学分析来预测和优化。我希望书中能详细讲解如何利用ANSYS对这些动力学现象进行建模和求解，例如自由振动分析、模态分析、瞬态动力学分析、谐响应分析等等。对于模态分析，我希望能深入理解固有频率和振型是如何影响结构的整体响应的，以及如何通过改变结构参数来规避共振。在瞬态动力学分析方面，我期望书中能够提供如何设置时间和载荷步长，如何选择合适的积分器，以及如何解读时间历程结果的指导。碰撞分析更是重中之重，书中是否会涵盖显式动力学分析方法，以及如何处理接触、材料失效等复杂问题？我非常期待看到具体的工程案例，比如桥梁的抗震分析、设备的隔振设计，或者是高层建筑的风振响应模拟。这些实例不仅能帮助我理解理论知识，更能教会我如何在实际项目中应用ANSYS解决类似问题，从而提高工程设计的安全性和可靠性。

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连包装都没有，很不像新书，感觉想被用过一样，用来辅助学习ANSYS动力部分用的，希望有用

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