前言
第1章引論1
11數值分析與工程產品結構
設計的關繫1
12結構性能數值分析的理論
內核與建模5
13撰寫本書的目的10
第2章工程結構中的
傳力特征12
21本書對工程結構的界定12
22結構上母材的承載傳力特征12
23弧焊接頭的承載傳力特征13
24電阻點焊接頭的承載
傳力特征15
25螺紋連接結構的承載傳力
特征16
26本章小結17
第3章按位移求解的若干力學問題
的微分方程與數據鏈19
31按位移求解二維平面問題的
微分方程與數據鏈19
32按位移求解三維空間問題的
微分方程與數據鏈21
33按小位移求解的薄板彎曲問題
的微分方程與數據鏈24
34材料彈塑性問題的求解過程27
341材料彈塑性問題的本構
關繫27
342材料完全塑性問題的求解
過程29
35接觸問題概述及其求解
特殊性29
36結構屈曲穩定問題的求解
過程31
37本章小結33
第4章結構動力學問題中的微分
方程與求解過程34
41結構動力學問題的基本微分
方程35
411單自由度振動問題的基本
微分方程及求解35
412多自由度振動問題的基本
微分方程及求解36
42一般阻尼動力學問題固有頻率
的解法39
43模態疊加法的求解過程40
44具有一般阻尼動力繫統的
模態疊加法42
45逐步積分法中的求解過程43
46剛柔耦合結構動力學概述及
求解44
47剛柔耦合模型的求解過程及其
數據鏈44
48本章小結47
第5章結構位法的內涵
及求解模式49
51結構位法概述49
5法將微分方程轉化為線性
代數方程組的理論基礎52
521結構平衡與微分方程52
522變分原理的基本思想54
523基於小勢能原理確認
結構平衡狀態55
53位法的核心技術——
假定位移場57
54基於小勢能原理法
求解模式59
55位法建模過
離散的不性61
56本章小結62
第6章預測焊接結構疲勞壽命的
力學模型及程序設計63
61傳統方法預測疲勞壽命的
難點63
62對網格不敏感的結構應力64
63基於結構應力計算疲勞壽命的
理論模型69
64預測焊接結構疲勞壽命的程序
設計基礎71
641定義疲勞載荷72
642定模型73
643焊線節點力獲取及疲勞
壽命計算74
644疲勞壽命計算數據可視化77
65本章小結79
第7章結構性能數值分析的
建模技術80
71建模內涵81
72建模原則83
73建模任務與工具86
74建模方法87
741基於定性力學的預分析法88
742由淺入深的兩階段法89
743剛度或質量等效替代法90
75建模糾錯93
751模型正向與逆向糾錯94
752位移追蹤糾錯94
753基於實測數據的糾錯95
76本章小結96
第8章結構性能評估中的靈敏度
分析技術97
81靈敏度信息與設計修改97
82位移與應力關於設計變量的
靈敏度97
83結構固有頻率關於設計變量的
靈敏度98
84結構吸能的靈敏度99
85焊接結構疲勞壽命的靈敏度100
86基於靈敏度信息的設計修改
實例101
87本章小結103
第9章工程結構靜態性能數值
分析實例與建模體驗105
91中空擠壓鋁型材車體結構強度
數值分析實例及建模體驗105
911建模背景105
912中空擠壓鋁型材的結構
特點105
913建模難點及其解決對策106
914建模要點108
915數值分析結果驗證110
916建模體驗111
92車體結構關鍵承載部件精細
計算實例與建模體驗111
921建模背景111
922建模難點及其解決對策112
923數值分析結果驗證113
924建模體驗115
93螺栓連接結構數值分析實例與
建模體驗116
931建模背景116
932螺栓連接在高速動車組結
構中的應用特點116
933建模方法117
934建模難點及其解決
對策118
935數值分析結果驗證121
936建模體驗122
94鉗夾貨車結構強度數值分析
實例與建模體驗123
941建模背景123
942建模難點及其解決對策124
943數值分析結果驗證126
944建模體驗126
95不鏽鋼電阻點焊車體結構穩定性
分析實例與建模體驗127
951建模背景127
952不鏽鋼電阻點焊車體的
結構特點127
953建模難點及其解決對策128
954分析過程129
955建模體驗132
96考慮初始缺陷的結構穩定性
分析實例與建模體驗133
961建模背景133
962建模難點及其解決對策133
963建模要點135
964建模體驗136
97機車焊接構架變形彈塑性矯正
實例及建模體驗136
971建模背景136
972機車焊接構架及其焊接
變形特點137
973建模難點及其解決對策137
974數值分析過程139
975建模體驗141
98本章小結142
第10章工程結構動態性能數值
分析實例與建模體驗143
101規則載荷下弧焊結構疲勞壽命
數值分析實例與建模體驗143
1011關於疲勞載荷143
1012建模要點144
1013建模體驗147
102不規則載荷下弧焊結構疲勞壽命
數值分析實例與建模體驗148
1021建模背景148
1022汽車驅動橋殼體焊件建模
與疲勞載荷的獲取149
1023汽車驅動橋殼體焊縫的
疲勞壽命計算149
1024建模體驗152
103踫撞吸能強度數值分析實例與
建模體驗153
1031理論基礎153
1032建模要點154
1033數值分析結果驗證155
1034建模體驗157
104整備狀態下結構模態精細分析
實例與建模體驗158
1041建模背景158
1042建模難點及其解決
對策158
1043數值分析結果驗證159
1044建模體驗160
105焊接結構振動響應分析及疲勞
壽命預測實例與建模體驗161
1051建模背景161
1052問題定性的預分析161
1053建模難點及其解決對策162
1054數值分析結果驗證162
1055建模體驗164
106基於剛柔耦合技術評估車體
疲勞壽命的實例與建模體驗164
1061建模背景164
1062建模初步驗證165
1063剛柔耦合建模及求解165
1064疲勞壽命評估167
1065建模體驗167
107氣動載荷作用下流固耦合
結構強度數值分析實例與
建模體驗168
1071建模背景168
1072理論基礎169
1073建模難點及其解決
對策169
1074建模要點171
1075建模體驗174
108高寒動車組車下結構地面
積雪效應數值分析實例與
建模體驗174
1081建模背景174
1082建模難點及其解決
對策175
1083數值分析結果驗證與結構
改進建議177
1084建模體驗180
109本章小結181
第11程序編寫與商用
軟件的二次開發182
111鼓勵動手編程序的
動機182
112平面常應變
源程序及驗證182
113利用內部工具的二次開發
實例204
1131基於ABAQUS二次開發
功能的車輪疲勞強度
評估模塊開發205
1132車輪疲勞強度評估
實例209
114利用外部工具的二次開發
實例210
1141對IDEAS軟件的二次
開發210
1142應用實例221
115本章小結221
參考文獻223

近年來，隨著我國對裝備制造業產品需求的不斷提升，對產品結構的綜合性能指標要求也不斷增強，制造企業急需在這些新產品研發過程中縮短周期和降低成本，這導致設計階段的科學計算任務越來越精細與繁重，科學計算已經成為新產品設計過程中不可或缺的手段。
順理成章地，需要創建一個與上述需求背景相匹配的科學計算平臺。該平臺需要三個必要條件：合適的計算機硬件、科學的計算軟件、從事建模計算的工程研究人員。進一步的問題是，如何從三個必要條件凝聚出較高的產品附加值？這個問題的答案並不，主要原因在於“計算模型的不性”，或計算模型的構造及其質量因人而異。的確，同一個問題，每個工程師和每個研究人員獨立建立的模型千差萬別，這與他們的學術素養和工程經驗密切相關，能否找到一個學習的途徑，使大家向著可能好的建模方向縮小他們之間差距呢？當前在這個領域，配置性能再高的計算機硬件，也隻能提高求解的速度與擴大求解的規模；計算軟件的智能化程度再高，也隻能提高建模效率與擴充求解功能。然而，面對復雜載荷條件下的復雜結構，如何有效地創建一個高質量的計算模型，使得結構載荷響應的數值分析結果能夠對設計方案給出置信度較高的評價並給出改善的建議？這依賴於建模人員，他們需要具備將結構性能數值評估的理論、方法、建模互相滲透和融會貫通的能力。
令人遺憾的是，至少在當前，雖然可以找到大量法結構數值分析等專著，但是除理論之外關於建模內容的討論並不多，這因為它們是理論專著的緣故；盡管各種結構數值分析軟件的使用手冊琳瑯滿目，但是除了操作步驟細節外，涉及如何建模的討論也不多，因為它們是操作手冊的緣故。
鋻於此，我們萌生了一個想法，寫一本強化建模內容的書，該書內容將介於結構數值分析的理論專著與結構數值分析軟件的使用手冊之間，為縮小建模差距提供學習資料，從而使大家向著可能好的方向建立計算模型。幸運的是，在20多年的教學與科研實踐中，我們積累了一些有益的體驗，而且在與相關人員一起切磋建模的過程中，感性經驗不斷地提升為理性的結論，這就構成了編寫本書的基本出發點。
古人說：“授人以魚不如授人以漁”，本著這一精神，對本書的內容進行了遞進安排。部分主要研討結構性能數值分析中硬件、軟件，理論、方法與建模之間的內在聯繫，以及結構性能數值分析模型中的基本方程與數據鏈。第二部分主要研討結構性能數值分析過程中若干建模原則與建模方法。第三部分，基於與第二部分中討論過的內容，從我們已經完成的工程項目中挑選一些有代表性的實例，給出結構性能數值分析過程中的建模體驗，從而給讀者一些建模啟迪。第四部分是附屬內容，既軟件的編寫，也有關於商業軟件二次開發的實例，從而為結構性能數值分析方法的再創新提供示範，讓手頭已有的軟件增添專業特色。
全書這四部分內容共設計了11章。第1章討論了數值分析與產品結構設計的關繫，以及結構性能數值分析的理論內核與建模的關繫，同時介紹了編寫本書的基本目的。第2章不拘泥於具體的產品類型，而是從結構中提取出具有共性力學特征的典型結構要素，討論了它們的承載傳力特征。第3章討論了結構性能分析的力學模型中的微分方程與數據鏈，涉及二維平面問題、三維空間體問題、薄板小撓度彎曲問題以及若干非線性問題，其中包括接觸問題、屈曲問題。第4章討論了結構動力學模型中的微分方程與求解過程，其中包括剛柔耦合問題。第5章是本書的核心內容之一，以結構位法理論為指引，重點討論了法數值求解過程中數據的加工、轉化、衍生與流動的基本規律，並以算例證明建模過離散的不性。第6章基於焊接結構疲勞壽命評估的理論與方法，討論了基於結構應力法編寫計算弧焊、點焊焊接結構疲勞壽命的程序設計基礎。第7章也是本書的核心內容，重點研討了建模技術，其中包括在實際應用中總結出來的建模原則、建模方法、建模糾錯等。第8章研討了結構性能的靈敏度分析技術，以及如何運用靈敏度信息尋找被評估結構的改進方向。第9章與第10章是本書的第三個核心內容，以結構性能數值分析的15個工程實例為載體，重點研討了可與讀者共同分享的分類建模體驗，這些體驗均來自工程結構的建模有效性，不僅有靜力學實例、動力學實例、非線性實例，還有與結構相關的計算流體力學實例以及焊接結構疲勞壽命評估實例。第11章首先給出了一個簡單但是“五髒俱全”程序編寫的源代碼，如果讀者能照此動手編寫，將會獲得與使用現成程序不一樣的體驗。第11章還給出了利用商用軟件的內部與外部開發工具進行二次開發的兩個實例，這些實例試圖激發讀者的創新能力。
多年來，我的科研團隊有一個突出的工作特點，即互幫互學已成習慣，因此我很難區分哪一章是由哪一個人獨立完成的。整本書的統稿工作由我完成，由我團隊的特聘教授、北京工業大學的計算固體力學專家隋允康先生完成審稿工作，他在審稿過程中為本書的某些章節增添了一些新穎的學術思想。
荀子說：“善學者盡其理，善行者究其難。”這是我們編寫這本書的基本理