具体描述
《ANSYS工程计算应用教程》共分为10章，介绍了ANSYS的基础操作知识，对使用ANSYS分析问题的基本过程做了分析，讲述了ANSYS在结构分析方面的实际应用，包括结构静力问题和非线性问题等的处理方法。
《结构动力学基础与有限元分析实例》 图书简介 本书系统深入地探讨了结构动力学理论的核心概念与现代工程实践中的有限元分析方法，旨在为结构工程师、力学研究者以及相关领域的高级学生提供一本兼具理论深度与实践指导价值的专业参考书。全书内容围绕如何精确预测和评估结构在时变载荷作用下的响应展开，从最基本的自由振动分析起步，逐步深入到模态分析、响应谱分析、暂态动力学分析乃至非线性动力学行为。 第一部分：结构动力学理论基础 本部分为全书的理论基石，详细阐述了描述结构动态行为的数学模型和物理原理。 第一章：单自由度系统动力学 本章从最简化的理想系统入手，建立结构动力学分析的起点。我们详细推导了单自由度系统的运动微分方程，重点分析了自由振动、简谐激励下的强迫振动（包括共振现象的详细分析），以及脉冲载荷和任意载荷下的响应计算方法。拉普拉斯变换和复数频率域分析被引入，用以展示如何通过频域方法高效求解微分方程。阻尼模型（粘性阻尼、库仑阻尼）的物理意义和数学表达方式被清晰阐述，并特别讨论了阻尼比对系统响应的实际影响。 第二章：多自由度系统动力学 将理论扩展至更接近实际的复杂结构。本章核心内容是质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵的构建。重点讲解了运动方程的矩阵形式表达及其求解策略。模态分析是本章的重中之重，详细介绍了特征值问题的求解（如子空间迭代法），由此提取系统的固有频率和振型。模态坐标变换和模态叠加法的原理被透彻剖析，为后续的数值计算奠定基础。本章还涵盖了质量比例阻尼和刚度比例阻尼的实际应用与局限性。 第三章：连续体动力学与偏微分方程 本部分从宏观转向微观，引入弹性力学中的波动方程和振动偏微分方程。针对梁、板、壳等典型结构，推导了它们的连续体振动方程。本章强调了解析解的局限性，并为向有限元方法的过渡做好了铺垫，讨论了瑞利-里兹法等近似解法在早期动力学研究中的作用。 第二部分：有限元方法在动力学中的应用 本部分专注于如何将前述理论转化为可操作的数值计算流程，侧重于基于有限元离散化的动力学求解技术。 第四章：有限元模型准备与离散化 详细阐述了结构离散化过程，包括单元选择（梁单元、壳单元、实体单元）和单元刚度、质量矩阵的推导。本章特别关注质量矩阵的两种主要形式：一致质量矩阵（Consistent Mass Matrix）和集中质量矩阵（Lumped Mass Matrix）的差异、计算方法及其对动力学结果的影响。自由度简化技术，如约束方程和Guyan缩减法，在处理大规模模型时的应用被详述。 第五章：模态分析与特征值求解 深入探讨有限元模型求解特征值问题的数值算法。本章详细介绍了子空间迭代法、Lanczos算法在提取结构前几阶模态时的优势与适用性。如何准确识别和提取结构的“物理”模态和“数学”模态，以及模态有效性检查（Mode Shape Assurance Criteria, MAC）的实际操作规程被明确给出。 第六章：模态叠加法与频率响应分析 基于已计算出的模态信息，本章讲解了模态叠加法在求解受迫振动问题中的应用。重点介绍了频率响应分析（Harmonic Response Analysis）的原理，包括复数刚度法和模态叠加法求解正弦载荷响应的流程。如何处理结构阻尼和载荷的相角是本章的难点与重点。 第三部分：高级动力学分析技术 本部分聚焦于实际工程中更复杂、更具挑战性的动态问题求解。 第七章：瞬态动力学分析（Time Integration Methods） 这是处理非简谐载荷（如冲击、爆炸、地震）的核心方法。本章详细对比了主要的数值积分方法：中心差分法（Central Difference）、Newmark-$eta$ 法和隐式（如HHT-$alpha$）方法。重点分析了这些方法的稳定性和精度要求，特别是对时间步长的选择准则。隐式方法的收敛性分析和外力向量的精确离散被作为关键技术点进行讲解。 第八章：随机振动与响应谱分析 针对地震工程和风工程中常见的随机载荷，本章系统介绍了随机振动的基本理论，如功率谱密度（PSD）和自相关函数。响应谱分析的理论基础、谱的构建方法，以及如何将地震动转换为等效静力荷载进行评估的技术被详细阐述。本章还讨论了模态参与系数和最大响应的组合规则（如SRSS、CQC）。 第九章：非线性动力学与接触问题 本章拓展到材料非线性、几何非线性和接触非线性对动力学响应的影响。材料本构模型（如弹塑性模型）在瞬态分析中的实施被讨论。非线性方程的迭代求解策略，如牛顿法和修正牛顿法，在时间积分框架下的应用被详细剖析。特别强调了接触界面在高速冲击载荷下动态行为的复杂性。 附录：数值求解器与结果后处理 附录部分提供了在主流商业有限元软件中实现上述分析的通用步骤和注意事项，包括载荷曲线的定义、分析控制参数的设置，以及动态分析结果的可视化与评估标准，确保读者能够将理论知识顺利转化为实际的工程计算能力。 本书结构严谨，理论推导详实，并结合了大量的工程实例分析，力求在理论与实践之间架起一座坚实的桥梁。
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