文档介绍：航空航天结构中的有限元方法 邱志平 王晓军 编著 北京航空航天大学出版社 2012 年 1 月前言有限元方法经过半个多世纪的发展,现已成为当今工程问题中应用最广泛的数值计算方法。有限元方法集多学科理论知识于一身,且有着自己的理论基础和解题方法。有限元方法首先被航空结构工程师引入并发展,并由于其在解决工程技术问题时的灵活、快速及有效性,发展非常迅速,现在其解题范围几乎渗透到了的各个研究领域,包括固体变形场、流体场、电磁场、温度场和声场等。近年来,由于有限元分析商业化软件的普及,有限元分析不再只为少数专业人员所掌握,转而成为高校、科技工作者和工程技术人员所广泛使用的通用分析工具。拥有了先进的和自动化的有限元分析软硬件平台,并不意味着就掌握了有限元分析方法和能够得到正确的分析结果。对于实际的工程结构,特别是航空航天领域复杂的组合结构,工作环境复杂严峻,技术要求苛刻,要取得合乎工程标准的可信的结构分析结果,需要工程技术人员具有较高的理论素养和实际经验。本书拟作为航空航天院校及相关专业的教学参考书。目前国内介绍有限元法的书籍很多,与同类教材相比,本书具有以下特点:首先,为了使本书具有相对的系统性与完整性,前几章介绍了有限元方法的基本原理和理论基础,内容简洁而重点突出,为后面的实例分析奠定基础;其次,针对航空航天领域的典型结构,如机身结构、机尾翼结构和起落架结构,以及卫星、火箭和导弹结构等,详细介绍了其有限元模型的建立、网格划分、边界条件的选取以及载荷施加、求解和结果分析,并把常见的杆件结构、板和壳体问题分析融入到航空航天典型结构的分析当中;第三,介绍了航空航天领域的突出问题的工程应用:静力分析,动力分析和复合材料结构的有限元分析技术,结构疲劳和结构优化设计技术等。本书内容完整,具有显著的航空航天特色,可作为航空航天、力学、机械等专业学生的教材,也可作为上述专业教师和工程技术及科研开发人员的参考书。鉴于工科院校学生理论知识与工程应用的并重性,本书分为上下两篇: 第一篇主要介绍了有限元法的基本理论,共分 9章。第 1章绪论部分概述了有限元法的早期工作、现状和未来,并简述了有限元在航空航天领域的应用背景和分析方法。第 2章介绍了有限元法的基本概念和理论基础,第 3 章至第 5章分别介绍了杆系结构,平面问题和空间问题的有限元法,第 6章和第 7 章分别介绍了轴对称问题和板壳问题的有限元法,第 8章介绍了高阶单元与等参单元的理论,第 9章给出了结构动力有限元分析的概念和基本理论,并在第 10 章介绍了作者在不确定性结构分析的区间有限元方法方面的一些工作。第一篇中的理论部分具有普适性,既为第二篇所述的航空航天有限元奠定基础,又可作为相关专业人士在有限元理论方面的入门参考。第二篇主要介绍了有限元法在航空航天中的应用,目的是为相关专业人士在使用有限元法分析航空航天结构时提供参考,共 8章。第 11 章介绍了航空航天飞行器结构系统的组成及传力分析。第 12 章和第 13 章以大型飞机结构为原型,介绍了模型简化,模型中节点的设置和单元类型的选取,约束与载荷的施加等, 并分别就飞机的机身、机翼结构的有限元建模和分析方法进行了详细的介绍。第 14 章介绍了疲劳寿命的有限元分析方法及在飞机结构中的应用。第 15 章介绍了基于有限元的结构优化设计技术在飞行器设计中的应用。第 16 章主要介绍了卫星结构分析中的有限元法,包括有限元模型的建立,静力分析和模态分析。第 17 章介绍了导弹和火箭结构的有限元模型建立和模态分析方法。最后在第 18 章,作者将近年来在有限元方面所作的工作及在工程中的具体应用做了较为详细的阐述,以期读者能够将理论与实际融会贯通,正确并熟练应用有限元分析方法进行工程结构分析。作者长期以来一直从事航空航天飞行器结构分析设计研究和教学工作,积累了丰富的科研教学经验。目前国内还没有一本书能够全面系统地介绍空天飞行器结构有限元方法的基础性和专门性的教材,本书的出版适应于我国国防类大学学生的需要。在编写本书的过程中,博士研究生祁武超、吴迪等付出了许多辛勤的劳动,仔细录入、校审了初稿, 作者在此表示衷心地感谢!感谢本教材编写所参考书目的作者,书中如有漏引之处,还请作者见谅! 由于作者水平所限,书中一定存在某些不妥和需要修改之处,敬请读者批评指正。作者 2012 年 1 月目录第 1 章绪论...................................................................................................... - 1 - 有限元的发展、现状和未来 ........................................................