了得網研究生_原理與程序可視化設計

編輯推薦

內容簡介

本書共三篇，分別原理建模可視化程序設計原理部分重點介紹課程特點的基本內容及程序設計思想，主要包括彈性問題、彈塑性問題、結構動力問題法；從實用角度介建模方法可視化程序設計。做到理論體繫完整，理論與應用並重。本書采用模塊式結構，三篇內容相對獨立，可根據需要選學。

作者簡介

梁清香，教授，碩士生導師。1987年本科畢業於太原理工大學應用力學專業，1995年碩士研究生畢業於西安交通大學振動衝擊噪聲專業。主編與MARC實現》（2003年2月，機械工業出版社）、與MARC實現》第2版（2005年4月，機械工業出版社），《理論力學》副主編（2000年8月，機械工業出版社）。主持科研項目5項，主持省級重點教研項目1項，獲山西省教學成果一等獎1項，發表學術論文40餘篇。

第1原理

第1法概述

1.法的發展概況

1.法的主要優點

1.法在工程中的應用

1.4通軟件簡介

1.4.1通軟件的共同之處
第1原理

第1法概述

1.法的發展概況

1.法的主要優點

1.法在工程中的應用

1.4通軟件簡介

1.4.1通軟件的共同之處

1.4.2幾個通軟件簡介

1.法基本知識

1.5.法基本思想

1.5.法分類

1.5.法分析工程實際問題的一般過程

1.5位移函數的選取與收斂性分析

1.6預備知識

1.6.1彈性力學基本方程的矩陣表示

1.6.2變形體虛位移原理

習題

第2章平面問題法

2.1彈性力學平面問題

2.1.1平面應力問題

2.1.2平面應變問題

2.2三位移函數和形函數

2.2位移函數

2.2.2位移函數的收斂性

2.2.3形函數的性質

2.2.4位移函數和形函數的幾何意義

2等效節點載荷向量

2.3.1集中載荷的等效節點載荷

2.3.2分布體力的等效節點載荷

2.3.3分布面力的等效節點載荷

2.4應變矩陣、應力矩剛度矩陣

2.4.1應變矩陣

2.4.2應力矩陣

2.4剛度矩陣

2.4.4剛度矩陣的程序設計

2.5整體平衡方程與整體剛度矩陣

2.5.1由節點平衡建立整體平衡方程

2.5.2整體剛度矩陣的集成

2.5.3整體剛度矩陣的特點

2.5.4整體剛度矩陣的存儲

2.5.5形成整體剛度矩陣的程序設計

2.6整體節點載荷向量

2.6.1整體節點載荷向量的集成

2.6.2注意事項

2.6.3節點載荷向量和整體節點載荷向量的程序設計

2.7約束條件的引入

2.7.1引入約束條件的過程

2.7.2幾點說明

2.7.3引入約束條件的程序設計

2.8求解

2.9應力計算及結果整理

2.10較精密的

2.10.1

2.10.2六節點三

2.1

2.11.

2.11.2標準化坐標繫下族的形函數

2.11.3等參變換的性位移函數的收斂性

2.11剛度矩等效節點載荷向量

2.11.5數值積分

習題

第3章空間問題法

3.1空間問題的離散化

3.2四

3.2.1位移函數

3.2.2應變矩陣、應力矩陣

3.2剛度矩陣

3.2.4體積坐標

3.2等效節點載荷向量

3.2.6高階四

3.3六

3.3.1八節點六

3.3.2二十節點六

3.3剛度矩陣

3.3等效節點載荷

3.4五

3.5比較與選擇

習題

第4章空間軸對稱問題法

4.1空間軸對稱問題概述

4.1.1空間軸對稱問題的幾何方程與物理方程

4.1.2空間軸對稱問題的離散化

4位移函數

4.3應變矩陣、應力矩剛度矩陣

4.3.1應變矩陣

4.3.2應力矩陣

4.3剛度矩陣

4等效節點載荷

習題

第5章杆繫結構法

5.1杆繫結法概述

5.2一維等

5.2.1拉

5.2.2扭

5.3桁架結構法

5.3.1桁架結構概述

5.3.2桁架結構分析

5.

5.4.1梁的基本公式

5.4.2平面彎

5.4.3平面自由

5.4.4考慮剪切變形

5.4.5空

5.5剛架結構法

5.5.1剛架結構概述

5.5.2剛架結構分析

習題

第6章板殼問題法

6.1板殼彎曲問法概述

6.2板理論基礎

6.2.1彈性力學薄板理論

6.2.2板的橫向剪切變形理論

6.3薄板彎曲問題法

6.3.1離散化

6.3.2矩形

6.3.3三角形

6.3.4小片試驗

6.3.5離散的基爾霍夫理論

6.4簡介

6.5殼理論簡介

6.6三角形平板

6.6.1局部坐標繫剛度矩陣

6.6剛度矩陣從局部坐標繫到整體坐標繫的轉換

6.6.3局部坐標的方向餘弦

6.7軸對

6.7.1軸對稱薄殼理論

6.7.2薄殼

習題

第7章結構動力問題法

7.1引言

7.2結構離散化與動力平衡方程

7.2.1結構離散化與動載荷

7.2.2動力平衡方程

7.3集中質量矩陣和一致質量矩陣

7.3.1幾個的集中質量矩陣和一致質量矩陣

7.3.2質量矩陣的特點

7.4自由振動分析

7.4.1特征值問題

7.4.2幾種求解特征值問題的方法概述

7.5動力響應分析

7.5.1阻尼模型

7.5.2振型疊加法

7.5.3直接積分法

習題

第8章彈塑性問題法

8.1彈塑法概述

8.2彈塑性理論基礎

8.2.1材料的塑性性質

8.2.2Mises屈服準則及硬化定律

8.2.3PrandtlReuss塑性流動增量理論

8.3彈塑法

8.3.1彈塑法的應力應變關繫

8.3.2彈塑方程

8.3.3彈塑方程的求解

習題

第2建模

第9模型

9.模型的重要性

9.模型的定義

9.2.1分析問題類型

9.2.2幾何模型

9.2類型的選擇

9.2.4網格布局及網格劃分

9.2.5邊界條件

9.2.6材料參數與幾何特性

習題

第10建模過程

10.建模的一般過程

10.建模舉例

習題

第3程序可視化設計

第11章面向對像的程序設計概述

11.1面向對像的基本概念

11.1.1對像的基本概念

11.1.2對像的特征

11.1.3對像的要素

11.1.4面向對像的開發方法

11.1.5面向對像的模型

11.2面向對像的分析

11.2.1對像的分析

11.2.2建立對像模型

11.2.3建立動態模型

11.2.4建立功能模型

11.2.5確定操作

11.3面向對像的設計

11.3.1面向對像設計的準則

11.3.2面向對像設計的啟發規則

11.3.3繫統設計

11.3.4對像設計

11.4面向對像的實現

11.4.1程序設計語言

11.4.2類的實現

11.4.3應用繫統的實現

11.4.4面向對像測試

11.5面向對像和基於對像的區別

第12章平面問題可視化程序設計

12.1程序總體框架與主要功能

12.2原始數據準備及錄入界面

12.3數據輸入驗證及糾錯

12網格圖及計算結果的顯示

12.4網格圖顯示程序

12.4.2節點位移圖顯示程序

12.4應力圖顯示程序

12.5原始數據生成與保存

12.6計算部分處理框圖

12.7算例

12.8程序代碼

參考文獻

前言

2018年6月，“新時代全國高等學校本科教育工作會議”在四川大學召開，*黨組書記、部長陳寶生在會議的講話中明確指出： “要著力推進課程內容更新，將學科研究新進展、實踐發展新經驗、社會需求新變化及時納入教材。”本書建模技術可視化程序設計就是根據實踐發展新經驗、社會需求新變化納教材中的新內容。目前尚未發現與本教材建模實例可視化程序設計方面類似的書籍。2018年6月，“新時代全國高等學校本科教育工作會議”在四川大學召開，*黨組書記、部長陳寶生在會議的講話中明確指出： “要著力推進課程內容更新，將學科研究新進展、實踐發展新經驗、社會需求新變化及時納入教材。”本書建模技術可視化程序設計就是根據實踐發展新經驗、社會需求新變化納教材中的新內容。目前尚未發現與本教材建模實例可視化程序設計方面類似的書籍。
本書力求提供具有現代特色的教學內容。在教材的編寫上，做到闡述簡明扼要，深入淺出。在教材的內容體繫上，綜合考方法的基本原理、建模技術、可視化程序設計方法，使學生在學習原理的基礎上，一方面學會建模方法，為應用商軟件架起橋梁，一方面學習可視化編程技術，為學生開發特定問題的可視化應用軟件提供完整的操作示範。使學生在實踐基礎上深刻理解和掌原理，達到使軟件與開發新軟件解決工程實際問題的目的。
本書結合編著者20多年來的教學經驗及豐富的商軟件應用經驗，以近幾年工程力學專業本科生使用的講義為藍本編寫而成。在編寫過程中，主要參考了梁清香、張根全編著的與MARC實現》（機械工業出版社，2003年1月）和梁清香主編的與MARC實現》第2版（機械工業出版社，2005年4月），同時還參閱了國內有關教材和網上圖片，在此一並致謝。
全書內容共3篇12章。第1章至第8章介基本原理，循序漸進地闡述彈性問題、彈塑性問題、結構動力問題理論，使讀者了解工程中常見結構靜力分析與動力分析原理。第9章至第10章介建模知識，並通過例題分析給模型圖示。第11章至第12章介可視化編程技術，並附例題的VB源程序與詳細解讀。第1章至第10章提供適當數量習題，配合教學使用。
本書由梁清香主編。其中第1章、第2章、第4章、第5章、第6章、第9章、第10章由梁清香編著，第3章由賈有編著，第7章由張偉偉編著，第8章由陳慧琴編著，第11章、第12章由劉利亭編著，全書由梁清香統稿審定。
本書的編寫工作得到太原科技大學工程力學2017山西省優勢專業建設項目的資助，在此表示衷心感謝。
在本書編寫過程中得到多方面的關心和支持，北京理工大學寧建國教授、太原理工大學王志華教授對本書提出了許多有益的建議，在此深表感謝。清華大學出版社有關工作人員對本書的出版做了大量工作，謹此表示誠摯的謝意。
教材建模例題的分析與圖示可視化程序設計都是首次嘗試，難免有不盡如人意之處；限於編者水平，書中的疏漏與不妥之處也在所難免，歡迎讀者指正。
編者2018年9月

在線試讀

第3章空間問題法

本章主要介紹空間問題法。本章介以常應變四與六為主。
3.1空間問題的離散化
工程中絕大部分結構屬於空間結構，當結構的形狀、尺寸、載荷及約束條件不具備某種特殊性時，就應按空間問題分析。空間問法的原理、思路和解題方法完全類同於平面問題法，所不同的是它具有三維的特點。空間問題離散化模型仍然是由在節點處連接而成的，而且節點仍為鉸接，但是具有塊體形狀。常形狀如圖31所示，每種形狀包括線性、二次或更高階，有形狀規則的，有形狀不規則的,其中圖31(a)為四，圖31(b)為五，圖31(c)為六。統稱為。

圖31空間類型
(1) 空間結構離散化不像平面問題直觀，人工離散時很容易產生錯誤。
第3章空間問題法

本章主要介紹空間問題法。本章介以常應變四與六為主。
3.1空間問題的離散化
工程中絕大部分結構屬於空間結構，當結構的形狀、尺寸、載荷及約束條件不具備某種特殊性時，就應按空間問題分析。空間問法的原理、思路和解題方法完全類同於平面問題法，所不同的是它具有三維的特點。空間問題離散化模型仍然是由在節點處連接而成的，而且節點仍為鉸接，但是具有塊體形狀。常形狀如圖31所示，每種形狀包括線性、二次或更高階，有形狀規則的，有形狀不規則的,其中圖31(a)為四，圖31(b)為五，圖31(c)為六。統稱為。

圖31空間類型

(1) 空間結構離散化不像平面問題直觀，人工離散時很容易產生錯誤。
(2) 未知量的數量劇增，對於比較復雜的空間問題，計算機的存儲容量和計算費用均會產生問題。
為解決上述兩個問題，前者可通過尋找規律，從而建立網格自動生成前處理程序來克服，而後者則可采用以精度，達到減少未知量和機時的目的。
3.2四
3.2.1位移函數

圖32所示為四，四個角點為節點，每個節點有三個位移分量u、v、w，即

圖32四節點四

δi=uiviwiT

的節點位移向量為

δe=u1v1w1u2v2w2u3v3w3u4v4w4T

f=uvwT

下面由待定繫數法確定位移函數。

u=α1 α2x α3y α4z
v=α5 α6x α7y α8z
w=α9 α10x α11y α12z

將節點1、2、3、4的坐標xi、yi、zi及相應的節點位移值ui、vi、wi代入上式，解聯立方程組即可確定αi，再回代，便得到u、v、w的表達式。將表達式整理成如下形式：

u=∑4i=1Niui
v=∑4i=1Nivi
w=∑4i=1Niwi
(31)

其中Ni=16V(ai bix ciy diz)，i=1,2,3,4。Ni稱為形函數，它具有與平面問題相似的性質。V=161x1y1z1
1x2y2z2
1x3y3z3
1x4y4z4為四面體的體積，為了不使V為負四個節點的編排應遵循右手螺旋定則，即從後一個節點看去，前三個節點為逆時針排列。a i、b i、c i、d i隻與節點坐標有關，具體表達式如下：

a1=x2y2z2
x3y3z3
x4y4z4，b1=－1y2z2
1y3z3
1y4z4，c1=－x21z2
x31z3
x41z4，d1=－x2y21
x3y31
x4y41
(32)

其餘類推。
式(31)可寫成如下的矩陣形式：

f=Nδe

而N=N100N200N300N400
0N100N200N300N40
00N100N200N300N4為形函數矩陣。
由於位移函數是完整的一次式，故滿足完備性要求；同樣由於位移函數是線性的，在接觸面上的位移可由該面上節點的位移值確定，因此位移函數滿足協調性要求。所以四是完備的。

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