本书介绍了有限元法的基础原理、ANSYS软件操作、建模方法、结果分析及工程应用，坚持理论与实践的结合，强调实用性和可操作性。全书分为三部分，第一部分由第1～4章组成，介绍有限元法的基本原理和分析过程；第二部分由第5～9章组成，介绍ANSYS软件的基本操作；第三部分由第10～11章组成，介绍有限元分析的工程应用。为了兼顾缺乏弹性力学知识的读者，在第1章对有限元法中涉及的弹性力学基本知识做了简要介绍。

　　王新荣，佳木斯大学教授，毕业于哈尔滨工程大学机械设计及理论专业，佳木斯大学重点学科（机械工程）带头人，黑龙江省省级精品课程负责人，佳木斯大学教学名师。曾获黑龙江省自然科学技术学术成果二等奖，黑龙江省第十届自然科学技术学术成果奖二等奖，黑龙江省机械工业厅科学技术进步二等奖等荣誉称号。

第1章 有限元法简介
1.1 有限元法的产生
1.1.1 有限元法的发展过程
1.1.2 有限元法的基本思想
1.1.3 有限元法的分类
1.2 有限元法的步骤
1.2.1 有限元法基本步骤
1.2.2 有限元解的误差及产生原因
1.2.3 有限元法的特点
1.3 有限元法的应用
1.3.1 有限元法的应用领域
1.3.2 有限元法在工程中的应用
1.3.3 有限元法在产品开发中的作用
1.4 弹性力学基本知识
1.4.1 弹性力学的基本假设
1.4.2 弹性力学的基本变量
1.4.3 弹性力学的基本方程
1.4.4 弹性问题的能量原理
1.4.5 弹性力学的平面问题
习题
第2章 平面问题的有限元法
2.1 结构的离散化
2.2 单元分析
2.2.1 位移函数
2.2.2 单元应变
2.2.3 单元应力
2.2.4 单元刚度矩阵
2.3 单元等效节点力
2.4 整体分析
2.5 有限元法解题过程与算例
2.6 边界条件的处理
2.7 计算结果的整理
2.8 矩形单元
2.8.1 位移函数
2.8.2 单元应变
2.8.3 单元应力
2.8.4 单元刚度矩阵
2.8.5 单元等效节点力
2.8.6 整体平衡方程
2.8.7 矩形单元与三角形单元比较
2.8.8 解答的收敛性
习题
第3章 空间问题和轴对称问题有限元法
3.1 空间问题的特点
3.2 采用四面体单元解一般空间问题
3.2.1 结构离散化
3.2.2 单元位移函数
3.2.3 单元的应变与应力
3.2.4 单元刚度矩阵
3.2.5 单元等效节点力
3.3 轴对称问题的有限元法
3.3.1 轴对称问题定义
3.3.2 基本变量和基本方程
3.3.3 轴对称问题的网格划分
3.3.4 轴对称问题的单元分析
习题
第4章 等参数单元与数值积分
4.1 等参数单元的基本概念
4.2 平面8节点四边形等参数单元
4.2.1 单元位移函数
4.2.2 单元应变
4.2.3 单元应力
4.2.4 单元刚度矩阵
4.3 空间20节点六面体等参数单元
4.3.1 单元位移函数
4.3.2 单元应变
4.3.3 单元应力
4.3.4 单元刚度矩阵
4.3.5 单元等效节点力
4.4 高斯求积法
习题
第5章 ANSYS软件简介
5.1 ANSYS概述
5.1.1 ANSYS简介
5.1.2 ANSYS启动、退出与GUI环境
5.2 ANSYS常用菜单与对话框操作
5.2.1 主菜单
5.2.2 工具菜单
5.2.3 输入窗口
5.2.4 快捷功能图标按钮
5.2.5 工具条按钮
5.2.6 可见/隐藏按钮
5.2.7 对话框执行按钮
5.2.8 图形变换对话框
5.2.9 图形拾取
5.3 ANSYS的坐标系
5.3.1 总体坐标系
5.3.2 局部坐标系
5.3.3 工作平面
5.3.4 激活坐标系（当前坐标系）
5.4 ANSYS有限元分析过程及实例入门
5.4.1 ANSYS有限元分析的基本步骤
5.4.2 ANSYS分析实例入门
习题
第6章 实体建模技术
6.1 实体建模概述
6.1.1 ANSYS实体建模的方法
6.1.2 ANSYS实体建模菜单系统
6.2 创建基本几何对象
6.2.1 关键点的创建
6.2.2 线的创建
6.2.3 面的创建
6.2.4 体的创建
6.3 布尔运算
6.4 拖拉
6.5 编辑功能
6.5.1 缩放
6.5.2 移动
6.5.3 复制
6.5.4 镜像
6.5.5 编辑操作综合训练
6.6 合并重合几何对象
6.7 删除几何对象
6.8 轴承座实体建模实例
习题
第7章 网格划分与创建有限元模型技术
7.1 创建有限元模型概述
7.1.1 ANSYS创建有限元模型的方法
7.1.2 创建有限元模型的基本过程
7.2 定义单元属性
7.2.1 定义单元类型
7.2.2 定义实常数
7.2.3 定义材料属性
7.3 直接法创建有限元模型实例
7.4 网格划分控制
7.4.1 网格划分工具
7.4.2 设置单元属性
7.4.3 网格密度控制
7.4.4 单元尺寸控制
7.4.5 单元形状控制
7.4.6 网格划分器选择
7.4.7 网格加密操作
7.5 清除实体模型上的网格
习题
第8章 施加载荷与求解
8.1 求解概述
8.2 单载荷步求解过程
8.2.1 选择分析类型
8.2.2 设置分析类型选项
8.2.3 载荷及其分类
8.2.4 载荷步与载荷子步
8.2.5 设置载荷步选项
8.2.6 求解控制对话框
8.3 多载荷步求解
8.4 定义载荷
8.4.1 施加载荷的途径
8.4.2 定义载荷菜单系统
8.4.3 载荷显示
8.5 施加结构载荷
8.5.1 施加位移约束
8.5.2 施加集中力载荷
8.5.3 施加压力载荷
8.5.4 施加体载荷
8.5.5 施加惯性载荷
8.5.6 施加特殊载荷
8.6 进行求解
8.6.1 模型检查
8.6.2 选择合适的求解器
8.6.3 求解的实施
8.6.4 中断和重新启动
习题
第9章 后处理技术
9.1 后处理概述
9.1.1 后处理器
9.1.2 结果文件
9.1.3 结果数据
9.2 通用后处理技术
9.2.1 通用后处理的一般步骤
9.2.2 选择结果文件与结果数据
9.2.3 查看结果文件包含的结果序列
9.2.4 读入用于后处理的结果序列
9.2.5 结果输出方式控制
9.2.6 图形显示结果
9.2.7 列表显示结果信息
9.2.8 查询节点及单元结果
9.2.9 抓取结果显示图片
9.2.10 动画显示结果
9.3 时间历程后处理技术
9.3.1 定义和存储变量
9.3.2 变量的操作
9.3.3 查看变量
9.3.4 动画技术
习题
第10章 静力分析
10.1 结构静力分析简介
10.2 钢支架的平面问题分析
10.3 联轴器的三维结构分析
10.4 转轮的轴对称结构分析
10.5 轮子的周期对称结构分析
10.6 悬臂梁的几何非线性分析
习题
第11章 动力学分析
11.1 ANSYS动力分析简介
11.1.1 动力分析的概念
11.1.2 动力分析的类型
11.1.3 动力分析的基本步骤
11.2 飞机机翼的模态分析
11.3 弹簧质量系统的谐响应分析
11.4 钢梁的瞬态动力学分析
习题
参考文献

　　前 言
　　“有限元法”是伴随着电子计算机技术的普及应用而迅速发展起来的一种非常有效的数值计算方法，在当今工程分析中获得了最为广泛的应用。目前有限元法已经成为工程设计和科研领域不可或缺的一项重要技术和分析手段，解决了大量的实际问题，为国民经济建设做出了巨大贡献。 
　　本书全面、系统地介绍了有限元法的基本原理、ANSYS软件操作、结果分析及工程应用。在兼顾基础知识的同时，强调实用性和可操作性。让读者不仅对有限元原理及方法有较全面的了解，更重要的是学会如何使用有限元法解决实际问题。
　　读者可以跟随本书所介绍的分析步骤和过程快速入门，在比较短的时间内，使读者既能知其然，又能知其所以然，真正掌握ANSYS有限元分析方法，并能灵活地应用于实际问题中。本书坚持理论与实践紧密结合的原则，将有限元理论与ANSYS操作揉合在一起，以期有助于促进有限元理论与ANSYS软件的学习、应用、推广与普及。
　　本书分为三部分，第一部分由第1～4章组成，介绍了有限元法的基本原理及方法；第二部分由第5～9章组成，介绍了ANSYS软件的操作；第三部分由第10～11章组成，介绍了ANSYS有限元分析的工程应用。具体内容为：第1章介绍了有限元法的基本思想及基本步骤，并通过弹性力学问题来介绍有限元法的基本理论；第2章以弹性力学平面问题为对象，详细介绍和讨论了有限元法的基本原理和过程；第3章介绍了空间问题和轴对称问题的有限元法；第4章讲述了有限元法中的等参数单元；第5章主要介绍了ANSYS软件的基本知识、各种常用菜单与对话框的基本操作方法，该部分内容是熟练使用ANSYS软件的基础；第6章从实体模型的基本概念讲起，详细介绍了ANSYS实体建模的思路及方法，包括自底向上建模、自顶向下建模、布尔运算、编辑图元等；第7章介绍了网格划分与创建有限元模型技术；第8章介绍了ANSYS施载与求解技术，包括求解器的菜单系统、基本求解步骤、载荷施加以及载荷步设置、求解控制等内容；第9章介绍了后处理技术，包括通用后处理技术和时间历程后处理技术，其中包括读取结果数据、结果输出方式控制、图形显示结果以及抓图、动画显示结果，变量的定义和存储、变量的数学运算、变量数据的显示和变形过程的动画显示等内容；第10章介绍了静力分析，包括结构静力分析简介及分析实例；第11章介绍了动力学分析，包括动力分析概念、类型、步骤以及动力学分析实例。
　　本书第2、10、11章由佳木斯大学的王新荣编写；第７～9章由佳木斯大学的初旭宏编写；第3、5章由黑龙江大学的刘国华编写；第1、4章由广东省心血管病研究所的李珊编写；第6章由哈尔滨工程大学的刘贺平编写。王俊发教授对全书进行了仔细审阅。
　　在本书编写过程中，参考了大量的教材、专著和论文等文献资料，在此表示感谢。
　　由于时间仓促，加之编者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，恳请专家和广大读者批评指正。
　　2015年1月