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第1章 绪论1

1.1 复合材料结构概述1

1.2 CAE的基本概念及其发展沿革4

1.2.1 CAE的基本概念4

1.2.2 CAE在产品研制中的作用6

1.2.3 CAE技术的发展沿革7

1.2.4 CAE技术的实际工程应用8

1.3 复合材料结构CAE的任务、内容和研究方法9

1.4 复合材料结构CAE课程的地位和作用9

习题10

第2章 有限元法基础11

2.1 有限元法概念11

2.2 有限元法的一般步骤13

2.3 有限元法示例13

2.4 有限元法解结构强度、刚度、振动及稳定性问题的概念23

2.4.1 应用有限元法分析静力强度、刚度问题的概念23

2.4.2 应用有限元法求解结构振动问题的概念23

2.4.3 应用有限元法求解结构稳定问题的概念24

2.5 非线性问题及其有限元法26

2.6 有限元法的收敛性准则27

2.7 有限元法与其他分析方法的比较28

2.7.1 梁振动的运动方程29

2.7.2 准确的解析解（分离变量法）29

2.7.3 近似的解析解30

2.7.4 数值解之有限差分法31

2.7.5 数值解之有限元法32

习题35

第3章 大型通用有限元软件结构分析基本过程和方法36

3.1 概述36

3.1.1 利用有限元法进行结构分析的过程36

3.1.2 有限元模型的概念36

3.1.3 CAE软件ANSYS的使用环境、图形用户界面和输出文件简介37

3.2 基于ANSYS的有限元建模方法42

3.2.1 设置工作目录42

3.2.2 指定作业名和分析标题43

3.2.3 定义图形界面过滤参数44

3.2.4 ANSYS的单位制45

3.2.5 定义单元类型45

3.2.6 定义单元实常数47

3.2.7 定义单元截面参数48

3.2.8 定义材料属性54

3.2.9 几何建模和有限元建模概述55

3.2.10 坐标系56

3.2.11 实体建模63

3.2.12 耦合和约束91

3.2.13 模型的合并和归档94

3.3 ANSYS分析的加载与求解95

3.3.1 加载96

3.3.2 ANSYS的求解103

3.4 ANSYS分析的结果后处理108

3.4.1 通用后处理器（POST1）109

3.4.2 单元表115

3.4.3 路径121

3.4.4 时间历程后处理器（POST26）125

3.5 ANSYS分析算例131

习题140

第4章 复合材料结构有限元分析的单元143

4.1 概述143

4.2 复合材料层合板壳理论的若干基础知识144

4.3 复合材料层合板壳单元146

4.3.1 SHELL181单元146

4.3.2 SHELL281单元154

4.3.3 SHELL208单元159

4.3.4 SHELL209单元164

4.4 复合材料层合实体单元169

4.4.1 SOLID185层合实体单元169

4.4.2 SOLID186层合实体单元173

4.4.3 SOLID278层合实体热传导分析单元178

4.4.4 SOLID279层合实体热传导分析单元181

4.5 实体壳单元SOLSH190183

4.5.1 SOLSH190单元的基本属性183

4.5.2 SOLSH190单元的选项184

4.5.3 SOLSH190的数据输入185

4.5.4 SOLSH190单元的输出数据185

4.5.5 SOLSH190单元的假定和限定条件188

4.6 Cohesive单元189

4.6.1 界面单元189

4.6.2 接触单元193

4.6.3 INTER202单元197

4.6.4 INTER203界面单元198

4.6.5 INTER204单元199

4.6.6 INTER205单元201

4.6.7 分析脱粘的接触单元CONTA174202

习题204

第5章 复合材料结构有限元分析的前处理与后处理206

5.1 复合材料结构有限元分析的前处理206

5.1.1 复合材料结构有限元建模的特点206

5.1.2 层合复合材料单元的选项设置207

5.1.3 铺层材料性能数据的输入210

5.1.4 截面铺层方案的定义212

5.1.5 层合壳单元中节点偏置的设定213

5.1.6 本构矩阵的直接输入215

5.1.7 逻辑选择216

5.1.8 输入CAD软件中创建好的几何模型218

5.1.9 划分网格218

5.1.10 复合材料结构分析中应遵循的建模规则223

5.2 复合材料失效准则及相关参数的输入226

5.2.1 复合材料失效准则226

5.2.2 在ANSYS中失效准则值的含义231

5.2.3 在ANSYS中指定失效准则中材料性能的命令233

5.2.4 定义失效准则的一些注意事项234

5.3 复合材料结构分析的后处理235

5.3.1 复合材料结构分析的目的与输出结果235

5.3.2 结果的图形显示240

5.3.3 结果的数据列表243

5.3.4 特定量沿指定路径的变化规律244

习题246

第6章 复合材料结构分析实例247

6.1 悬臂复合材料工字梁的静强度分析247

6.1.1 采用层合壳单元分析247

6.1.2 采用层合实体单元分析254

6.2 加筋壁板的特征值屈曲分析260

6.2.1 定义单元类型、材料参数和截面261

6.2.2 建立有限元模型262

6.2.3 添加约束和载荷并求解264

6.2.4 观察结果265

6.3 复合材料层合板拉伸的层间应力分析266

6.3.1 定义单元类型、材料参数和截面266

6.3.2 建立有限元模型267

6.3.3 添加约束和载荷并求解268

6.3.4 观察结果269

6.4 单钉连接破坏载荷分析270

6.4.1 定义单元类型、材料特性270

6.4.2 建立几何模型271

6.4.3 划分单元网络274

6.4.4 定义接触对276

6.4.5 加载求解278

6.4.6 后处理279

6.5 阶梯形胶接连接分析279

6.5.1 定义单元280

6.5.2 定义失效准则280

6.5.3 建立有限元模型281

6.5.4 添加约束和载荷并求解283

6.5.5 观察结果283

6.6 复合材料梁热-力耦合弯曲问题分析285

6.6.1 定义工作文件名与工作标题285

6.6.2 定义单元类型、材料参数286

6.6.3 建立有限元模型287

6.6.4 加载与求解288

6.6.5 查看结果289

习题291

第7章 参数化设计语言及其应用293

7.1 APDL简介293

7.1.1 参数化建模实例294

7.1.2 用APDL命令进行流程控制实例295

7.1.3 用APDL命令流进行结构响应分析的全过程实例295

7.2 APDL参数类型及其应用297

7.2.1 APDL参数类型297

7.2.2 参数的命名297

7.2.3 标量参数及其用法298

7.2.4 数组参数及其用法305

7.2.5 ANSYS内部函数312

7.3 APDL常用命令313

7.4 APDL宏314

7.4.1 宏的生成314

7.4.2 宏文件命名规则314

7.4.3 宏的搜索路径315

7.4.4 在ANSYS中生成宏315

7.4.5 用文本编辑器生成宏315

7.4.6 使用宏库文件315

7.4.7 运行宏和宏库文件316

7.4.8 程序流的控制317

7.5 APDL应用示例320

7.5.1 悬臂梁分析的命令流文件320

7.5.2 加筋壁板稳定分析的命令流文件323

习题327

第8章 基于CAD数模的有限元建模方法328

8.1 概述328

8.2 AutoCAD的几何模型与ANSYS的交互328

8.2.1 将工字梁的CAD线模型导入ANSYS的示例329

8.2.2 将一垂尾的CAD点线模型导入ANSYS的示例331

8.3 CATIA几何模型导入ANSYS的方法332

8.3.1 基于iges格式文件实施导入332

8.3.2 直接基于CATIA图形文件实施导入333

8.3.3 基于CATIA建立的加筋壁板模型的导入示例334

8.4 HyperMesh的数模转换及有限元建模示例335

8.4.1 HyperMesh软件简介335

8.4.2 将CATIA几何模型导入Hypermesh337

8.4.3 HyperMesh的有限元模型与ANSYS的交互339

8.4.4 使用Hypermesh和ANSYS联合求解叶片静强度的示例339

习题346

第9章 复合材料专业设计分析软件在CAE中的应用348

9.1 概述348

9.2 复合材料专业设计分析软件ESAComp简介348

9.3 单层板的创建和细观力学分析349

9.3.1 单层板的创建350

9.3.2 单层板的细观力学分析353

9.4 单层板的宏观力学分析354

9.4.1 单层板的应力-应变关系354

9.4.2 Carpet曲线355

9.5 层合板的创建和性能分析357

9.5.1 层合板的创建357

9.5.2 层合板的性能分析358

9.6 板分析367

9.7 梁分析369

9.7.1 创建梁369

9.7.2 轴向载荷分析370

9.7.3 横向载荷分析371

9.7.4 梁的固有频率分析372

9.8 胶接接头分析372

9.8.1 添加粘合材料372

9.8.2 创建胶接接头373

9.8.3 创建边界条件与载荷373

9.8.4 载荷响应和失效分析374

9.9 机械连接接头分析375

9.9.1 创建机械连接接头375

9.9.2 载荷响应分析375

9.10 ESAComp与ANSYS的有限元接口376

9.11 后处理模块CompoLyX378

习题379

第10章 复合材料结构CAE的发展380

10.1 概述380

10.2 可用于二、三次复合材料结构分析的特色软件380

10.2.1 p型自适应有限元软件StressCheck简介380

10.2.2 多尺度复合材料渐进失效/耐久性/损伤容限分析软件Genoa简介386

10.2.3 复合材料结构优化设计HyperWorks平台的OptiStruct模块功能简介388

10.3 可用于一、二次复合材料结构分析的特色软件395

10.3.1 复合材料性能表征和鉴定分析软件MCQ简介395

10.3.2 复合材料与结构多尺度建模分析软件Digimat简介396

10.4 复合材料结构工艺仿真软件397

10.4.1 FiberSIM软件简介397

10.4.2 PAM-RTM树脂模注工艺仿真软件简介413

10.5 复合材料结构分析面临的问题与挑战416

参考文献417