具體描述
本書由淺入深地介紹瞭有關大型有限元軟件——ANSYS7.0的基礎知識。通過大量有針對性的實例，首先詳盡地介紹瞭ANSYS7.0的前處理過程、加載與求解以及後處理過程；然後對使用ANSYS7.0進行靜力分析、動力分析和非綫性分析作瞭詳細、重點的介紹。另外，本書還特彆對使用ANSYS7.0進行梁分析與橫截麵以及MechanicalToolbar做瞭專門細緻的介紹。本書中所采用的實例，大多來源於工程實際與平時的科研課題，例如懸索橋動力特性計算和移動荷載作用下的橋梁振動，都是非常熱門的科研領域。通過對本書的學習，可以讓讀者對ANSYS7.0的強大功能有充分、深入的瞭解，並能盡快熟練地掌握它的使用方法，從而為自己的工作學習服務。
本書內容新穎翔實、結構嚴謹閤理、實例精典、語言簡練通俗，既可作為理工科院校相關專業的高年級本科生、碩士、博士研究生及教師學習大型有限元軟件ANSYS7.0的理想教材，也可作為從事土木工程、地質礦産、水利、鐵道、汽車交通、航天航空、船舶、機械製造、核工業、石油化工、輕工、電子、日用傢電、生物醫學等專業的科研人員和工程技術人員使用ANSYS7.0難得的參考書。
深入探索現代工程仿真與數值方法 本書聚焦於超越特定軟件版本的通用工程仿真原理、數值計算方法及其在解決復雜工程問題中的實際應用。 本書旨在為工程師、研究人員以及高年級學生提供一個堅實的基礎，使其不僅能夠熟練操作現有的仿真工具，更能理解其背後的數學原理、算法選擇的閤理性以及結果驗證的科學性。我們相信，真正的仿真能力來源於對底層理論的深刻洞察，而非簡單地對特定軟件界麵的機械操作。 第一部分：工程仿真與數值分析的基石 本部分著重構建現代計算工程學的基礎框架，為後續的深入分析打下堅實的理論基礎。 第一章：工程問題的數學建模與離散化 本章詳細闡述如何將復雜的物理現象（如傳熱、流體流動、結構變形等）轉化為可求解的偏微分方程（PDEs）。我們深入探討各種物理定律在數學語言下的錶達方式，強調物理守恒律在模型構建中的核心地位。隨後，重點介紹將連續的PDEs轉化為離散代數方程組的關鍵步驟——離散化技術。我們將對比有限差分法（FDM）、有限體積法（FVM）和有限元法（FEM）在處理不同類型域和邊界條件時的優劣，側重於對FVM和FEM在現代多物理場仿真中的適用性進行深入剖析，而不局限於任何特定軟件的實現細節。 第二章：綫性與非綫性代數方程求解技術 離散化過程最終生成龐大的綫性或非綫性方程組。本章將係統迴顧高效求解這些方程組的數值算法。在綫性係統求解方麵，我們將對比直接法（如LU分解）和迭代法（如Jacobi、Gauss-Seidel，及其預條件共軛梯度法CGS、GMRES等）的收斂特性、計算成本和內存需求。對於非綫性問題，本書將詳盡闡述牛頓法及其各種修正形式（如準牛頓法），並探討在處理大規模、強非綫性問題時，如何通過閤理的初始猜測和步長控製策略來確保收斂的魯棒性。 第三章：時域與頻域分析的數值方法 針對涉及時間演化的問題，本章探討常微分方程組的數值積分方法。我們將對比顯式和隱式時間步進格式（如歐拉法、龍格-庫塔法RK4、嚮後差分公式BDF），並詳細分析它們的穩定性和精度限製（例如CFL條件）。對於涉及周期性或模態分析的問題，本章將介紹傅裏葉變換、拉普拉斯變換在工程分析中的應用，以及如何利用模態疊加法進行高效的瞬態響應預測。 第二部分：關鍵物理場仿真的高級主題 本部分將聚焦於流體力學（CFD）和固體力學（CSM）領域中，超越基礎入門的專業高級計算技術。 第四章：計算流體力學（CFD）的高級算法 本章深入探討瞭求解納維-斯托剋斯方程（Navier-Stokes Equations）的尖端技術。重點放在如何處理湍流模型，包括對雷諾平均納維-斯托剋斯（RANS）模型（如$k-epsilon, k-omega$）的物理意義和係數校準進行深入探討。此外，還將介紹大渦模擬（LES）和直接數值模擬（DNS）的基本思想和計算挑戰。在網格生成方麵，本書討論瞭非結構化網格的優化策略、邊界層網格的劃分技術，以及動態網格重構（如網格變形和網格重剖分）在處理劇烈流動界麵問題中的關鍵作用。 第五章：結構與材料的非綫性有限元分析 本章側重於固體力學中涉及大變形、材料非綫性和接觸相互作用的復雜分析。在幾何非綫性方麵，我們將剖析應變和應力張量的更新算法（如全拉格朗日、增廣拉格朗日和混閤拉格朗日描述）。材料非綫性部分，詳細分析彈塑性本構關係（如Von Mises屈服準則、各嚮同性/運動硬化模型）的數值實現。尤其重要的是接觸算法，包括罰函數法、增廣拉格朗日法在處理多點接觸和摩擦條件下的收斂控製策略。 第六章：多物理場耦閤與優化設計 現代工程問題往往涉及多個物理場之間的相互作用（如流固耦閤FSI、熱電耦閤）。本章探討實現這些耦閤分析的兩種主要策略：單嚮耦閤與雙嚮（或完全）耦閤。我們將分析不同耦閤算法（如分區法、整體法）的穩定性和計算效率。最後，本章引入計算優化設計的基礎，介紹如何將數值仿真模型與迭代優化算法（如梯度下降法、遺傳算法）結閤，實現基於仿真的結構輕量化、效率最大化等目標。 第三部分：仿真結果的評估與可靠性保證 有效的仿真不僅在於運行成功，更在於對結果的科學評估和可信度驗證。 第七章：網格收斂性研究與誤差估計 本章強調網格質量對計算結果準確性的決定性影響。我們將係統介紹如何進行網格收斂性研究，包括網格漸進分析（Richardson Extrapolation）的方法和應用。此外，探討求解器誤差和模型誤差的量化方法，介紹後處理誤差估計技術，幫助用戶識彆計算域中誤差集中的區域，從而指導自適應網格加密策略的實施。 第八章：仿真結果的驗證與確認（V&V） 本章是確保仿真可靠性的關鍵。驗證（Verification）關注“我們是否正確地解瞭方程？”，確認（Validation）關注“我們是否解瞭正確的方程？”。我們將詳細討論與實驗數據對比、分析模型簡化假設的適用範圍、以及使用標準基準問題進行對標測試的科學流程。本章內容獨立於任何特定軟件工具，強調的是工程科學的嚴謹性標準。 本書不提供任何現成軟件的操作手冊，而是緻力於構建讀者對計算科學的深度理解，使他們能夠自信地駕馭任何前沿的、基於數值方法構建的工程仿真平颱。
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