机械仿真创新实践

第1章 绪论 1 1.1 本书内容概述 1 1.2 智能制造、数字孪生与建模仿真 2 1.2.1 智能制造 2 1.2.2 数字孪生 3 1.2.3 建模仿真 5 1.3 机械工程中的仿真技术 5 1.3.1 结构有限元技术 6 1.3.2 多体动力学技术 7 1.3.3 计算流体力学 7 1.3.4 拓扑优化 7 1.3.5 成形过程仿真 8 1.3.6 MBSE 9 1.3.7 多学科系统建模仿真 10 1.4 典型工业仿真软件解决方案 10 1.5 多仿真工具软件的协同 12 1.5.1 多工具联合仿真 12 1.5.2 FMI标准 13 1.6 学习目标 13 第2章 有限元方法建模基础 14 2.1 结构强度与有限元分析 14 2.2 弹性力学基础 16 2.2.1 弹性体基本假设 16 2.2.2 基本概念 17 2.2.3 基本力学方程 19 2.2.4 虚功原理和变分原理 21 2.3 强度分析基础 21 2.3.1 强度与失效 22 2.3.2 强度理论与应力状态 22 2.3.3 常见机械强度理论 23 2.4 有限元法基础 24 2.4.1 有限元法建模基本步骤 25 2.4.2 单元 26 2.4.3 矩阵方程 26 2.5 结构有限元软件 27 2.5.1 典型结构有限元求解器及其特点 28 2.5.2 有限元软件通用前后处理技术 28 2.6 有限元建模有效性分析 31 2.6.1 仿真软件有效性验证 31 2.6.2 有限元建模有效性分析 32 2.7 学习目标与典型案例 32 2.7.1 学习目标 32 2.7.2 典型案例介绍 33 第3章 几何建模 36 3.1 几何模型与几何造型 36 3.2 实体造型 37 3.2.1 实体造型引擎 37 3.2.2 CAD 38 3.3 有限元软件中的几何模型 38 3.3.1 有限元软件几何模型 38 3.3.2 中间图形文件格式 39 3.3.3 CAD和CAE一体化技术 40 3.4 有限元软件中的几何建模技术 40 3.4.1 有限元软件的几何建模技术 40 3.4.2 几何建模基本策略 41 3.4.3 模型导入单位变换 41 3.4.4 几何模型清理与简化 42 3.4.5 中面技术 44 3.5 学习目标与典型案例 44 3.5.1 学习目标 44 3.5.2 典型案例介绍 45 第4章 材料 49 4.1 材料与材料模型 49 4.2 材料力学性能试验 50 4.2.1 拉伸与压缩试验 51 4.2.2 应力应变曲线 52 4.2.3 其他力学性能与测试 53 4.3 材料模型 55 4.3.1 应力应变 55 4.3.2 线弹性材料模型 56 4.3.3 超弹性材料模型 57 4.3.4 塑性材料模型 57 4.3.5 唯象材料模型与考虑物理机理的模型 59 4.4 学习目标与典型案例 59 4.4.1 学习目标 59 4.4.2 典型案例介绍 60 第5章 单元与分网技术 63 5.1 单元概论 64 5.2 单元插值函数与形函数 66 5.2.1 逼近与插值 66 5.2.2 单元位移模式和插值函数构造 67 5.3 典型结构单元 69 5.3.1 常用单元及插值函数 69 5.3.2 其他单元 71 5.3.3 单元质量 72 5.4 网格划分技术基础 73 5.4.1 有限元划分的基本原则 73 5.4.2 主要的网格划分算法 73 5.5 基于几何模型的分网技术 75 5.5.1 划分网格基本流程 75 5.5.2 单元类型和形状的选择 76 5.5.3 网格密度 76 5.5.4 分网控制 76 5.5.5 网格无关性与解的收敛性 80 5.5.6 网格细化 81 5.5.7 典型分网技术 81 5.6 学习目标与典型案例 82 5.6.1 学习目标 82 5.6.2 典型案例介绍 83 第6章 载荷与约束 86 6.1 载荷与约束概论 86 6.2 偏微分方程与边界条件 87 6.3 约束 88 6.3.1 自由度 88 6.3.2 节点约束 89 6.3.3 多点约束 89 6.3.4 对称约束和反对称约束 92 6.3.5 几何模型上的约束 93 6.4 载荷 93 6.5 学习目标与典型案例 96 6.5.1 学习目标 96 6.5.2 典型案例介绍 96 第7章 有限元求解器与静力学分析 100 7.1 求解器与静力学分析 101 7.2 静力学求解器计算过程 102 7.2.1 输入文件 102 7.2.2 静力学求解器主要计算过程 103 7.3 静力学分析流程与求解参数 105 7.3.1 静力学分析基本流程 106 7.3.2 静力学有限元模型与求解参数 106 7.3.3 线性与非线性求解器 107 7.4 装配体建模 108 7.5 商品化求解器简介 110 7.6 学习目标与典型案例 110 7.6.1 学习目标 110 7.6.2 典型案例介绍 111 第8章 模型展示与后处理 114 8.1 模型展示与后处理技术 114 8.2 模型管理 115 8.2.1 模型分类管理 115 8.2.2 分组规则与选择工具 116 8.3 模型显示 116 8.3.1 模型视图显示方式 117 8.3.2 模型显示与隐藏 117 8.4 分析结果集与列向量 117 8.4.1 分析结果集 117 8.4.2 分析结果集与列向量数据运算 118 8.4.3 其他数据处理：应力线性化 119 8.5 结果列表和图形化展示 119 8.5.1 分析结果列表展示 120 8.5.2 图形化表达 120 8.5.3 自动化分析报告 122 8.6 学习目标与典型案例 122 8.6.1 学习目标 122 8.6.2 典型案例介绍 123 第9章 结构动力学与模态分析 125 9.1 结构动力学问题与模态分析 125 9.2 单自由度振动问题 126 9.2.1 无阻尼单自由度系统自由振动 126 9.2.2 有阻尼弹簧质量系统自由振动 127 9.2.3 单自由度系统强迫振动 127 9.3 弹性体动力学分析理论基础 128 9.3.1 动力学基本方程 128 9.3.2 弹性动力学有限元分析 129 9.4 模态分析 130 9.4.1 固有频率和固有振型 130 9.4.2 正则化模态及有效模态质量 131 9.4.3 模态计算求解方法与求解控制 132 9.4.4 预应力模态 132 9.5 振动响应分析简介 133 9.6 学习目标与典型案例 133 9.6.1 学习目标 133 9.6.2 典型案例介绍 134 第10章 多体动力学基础 137 10.1 机构与多体动力学仿真 137 10.2 多刚体系统动力学建模基本原理与方法 139 10.2.1 多刚体系统 139 10.2.2 刚体动力学基本概念 141 10.2.3 多体系统运动学 145 10.2.4 多刚体系统动力学 146 10.3 基于多体动力学软件建模 147 10.3.1 典型多体动力学软件 147 10.3.2 基于多体动力学软件的建模流程 148 10.3.3 多体动力学软件基本构成 148 10.4 柔性多体动力学分析 151 10.5 学习目标与典型案例 151 10.5.1 学习目标 151 10.5.2 典型案例介绍 152 参考文献 159