本书共分12个章节，主要对现代CAE技术与应用的基础知识作了介绍，系统、深入地体验有限元理论与CAE软件之间的紧密关系。具体内容包括CAE总体概貌、CAE技术基本求解过程、材料非线性理论、断裂力学问题的有限元分析、计算流体动力学分析等。该书可供各大专院校作为教材使用，也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。

本教程用ANSYS、ADINA、ABAQUS和MARC作为现代CAE技术应用与实践的典型软件，系统、深入地体验有限元理论与CAE软件之间的紧密关系。学习本教程不仅可以循序渐进地深入掌握有限元基本理论，而且可以培养应用现代CAE软件解决工程问题的能力。本教程系统地介绍了CAE软件的基本分析过程，并重点放在有限元理论深层次问题的CAE软件应用与实践，即材料非线性问题、内何非线性与曲屈分析、高度非线性接触问题、断裂力学问题、流—固耦合问题、温度场与应力场耦合问题、计算流体动力学问题和固体动力学分析问题，同时对CAE软件的二次开发与应用进行了论述，每部分均有应用实例，是有限元理论到实践的一部高级教程。

本教程可以作为理工科院校相关专业高年级本科生、研究生和教师学习有限元理论与实践的教材或参考书，也可以作为从事核工业、石油化工、航空航天、土要工程、国防军工、铁道、机械制造、能源、汽车、交通、造船、地矿、生物医学、轻工及水利等领域学科研究及产品开发的工程技术人员使用现代CAE技术的参考书。

第1章 CAE总体概貌

 1.1 概述

 1.2 工程中的若干数值模拟与解析解问题

 1.3 现代CAE技术的发展

1.3.1 CAE的发展历史

1.3.2 CAE发展方向

 1.4 现代CAE技术在工程中的应用

1.4.1 在油气勘探开发中的应用

1.4.2 在石油钻井工程中的应用

1.4.3 在采油工程中的应用

1.4.4 在油田地面工程建设中的应用

 1.5 著名的CAE软件介绍

1.5.1 ANSYS软件

1.5.2 ADINA软件

1.5.3 ABAQUS软件

1.5.4 MSC.NASTRAN软件

1.5.5 MSC.MARC软件

1.5.6 其他CAE软件

第2章 CAE技术基本求解过程

 2.1 有限元法基本知识

2.1.1 有限元法的基本概念

2.1.2 有限元法的基本思路

 2.2 线性分析有限元法的计算步骤

2.2.1 网格划分

2.2.2 单元分析

2.2.3 整体分析

 2.3 非线性分类及有限元法基本流程

2.3.1 非线性结构

2.3.2 结构非线性有限元法

 2.4 CAE软件应用案例分析基本过程

2.4.1 ADINA孔板应力分析

2.4.2 ANSYS孔板应力分析

2.4.3 MARC孔板应力分析

2.4.4 ABAQUS孔板应力分析

第3章 ANSYS结构分析基本过程

 3.1 ANSYS环境和基本分析过程

3.1.1 ANSYS环境简介

3.1.2 有限元法的基本构架

3.1.3 ANSYS构架及命令

3.1.4 典型的分析过程

3.1.5 ANSYS文件及工作文件名

3.1.6 图形控制

 3.2 有限元模型的建立

3.2.1 建模方法

3.2.2 坐标系统及工作平面

3.2.3 节点定义

3.2.4 单元定义

3.2.5 载荷定义

3.2.6 求解

3.2.7 用POST1进行结果后处理

 3.3 实体模型的建立

3.3.1 实体模型

3.3.2 实体模型的建立方法

3.3.3 群组命令

3.3.4 点定义

3.3.5 线段定义

3.3.6 面定义

3.3.7 体定义

3.3.8 用体素创建ANSYS对象

3.3.9 布尔操作

 3.4 实体模型网格划分

3.4.1 区分实体模型和有限元模型

3.4.2 网格化的步骤

3.4.3 单元形状定义

3.4.4 网格划分工具

 3.5 实体模型边界约束

第4章 材料非线性理论

 4.1 材料非线性有限元法

4.1.1 弹塑性有限元分析

4.1.2 塑性本构关系

4.1.3 弹塑性问题的有限元解法

4.1.4 蠕变的有限元分析

 4.2 弹塑性分析在CAE中的实践

4.2.1 弹塑性模型

4.2.2 各向异性塑性模型

4.2.3 蠕变模型

 4.3 CAE在材料非线性中的应用

4.3.1 土壤中Drucke-Prager材料分析(ANSYS)

4.3.2 受拉力的矩形板蠕变分析(ANSYS)

4.3.3 管道弯曲的极限载荷分析(ADINA)

4.3.4 内压作用下厚壁圆筒的蠕变(ABAQUS)

第5章 几何非线性与屈曲分析

 5.1 几何非线性问题基本理论

5.1.1 有限应变与应力

5.1.2 变形率和本构关系

 5.2 几何非线性有限元方程的建立

5.2.1 全拉格朗日列式法(T.L)

5.2.2 结构稳定性和屈曲问题

 5.3 CAE中几何非线性分析描述

5.3.1 几何非线性

5.3.2 屈曲分析

 5.4 几何非线性和屈曲分析应用实例

5.4.1 两块钢板压一个圆盘的大应变非线性分析(ANSYS)

5.4.2 圆柱壳非线性屈曲分析实例(ANSYS)

第6章 接触问题分析

 6.1 概述

6.1.1 接触问题的描述方法

6.1.2 接触算法

6.1.3 接触算法的基本流程

 6.2 接触体的定义和运动描述

6.2.1 可变形接触体的定义

6.2.2 刚性接触体的定义

6.2.3 允许传热分析的刚性接触体的定义

6.2.4 刚体运动描述

6.2.5 描述刚体运动的初始条件

 6.3 接触探测

6.3.1 接触容限

6.3.2 偏斜系数

6.3.3 接触检查顺序

 6.4 施加接触约束以及修改接触约束

6.4.1 刚体与变形体之间的接触约束

6.4.2 变形体与变形体的接触约束

6.4.3 接触约束的满足与接触体定义顺序的关系

 6.5 接触摩擦问题

6.5.1 滑动库仑摩擦模型

6.5.2 剪切摩擦

6.5.3 粘-滑摩擦模型

6.5.4 其他摩擦模型

6.5.5 关于摩擦的其他说明

 6.6 模拟分离

6.6.1 设置分离力

6.6.2 分离后释放接触反力

6.6.3 控制节点分离的发生

 6.7 其他接触功能

6.7.1 粘合

6.7.2 过盈检查(过盈闭合)量设置

6.7.3 对称平面

 6.8 CAE接触问题实例应用

6.8.1 钢圆柱和铝板之间的接触问题实例(MARC)

6.8.2 弹簧卡子接触分析实例(ANSYS)

6.8.3 两块板间受压的O形橡胶密封圈的接触分析实例(ADINA)

6.8.4 法兰盘连接接触分析(ABAQUS)

第7章 断裂力学问题的有限元分析

 7.1 综述

 7.2 断裂力学理论简介

7.2.1 断裂力学的形成和发展

7.2.2 断裂力学基本理论

 7.3 有限元分析方法

7.3.1 K提取方法

7.3.2 J积分计算

7.3.3 奇异单元法

7.3.4 ANSYS中断裂力学的求解

 7.4 CAE断裂力学应用实例

7.4.1 平板裂纹应力分析(ANSYS)

7.4.2 用J积分进行断裂力学分析(MARC)

第8章 流-固耦合问题

 8.1 引言

 8.2 流-固耦合问题有限元基本理论

8.2.1 流-固耦合系统有限元分析的(ui，p)格式

8.2.2 用伽辽金法建立流-固耦合的有限元方程

 8.3 CAE耦合问题应用实例

8.3.1 橡胶垫阻碍水的流-固耦合分析(ANSYS)

8.3.2 双金属梁热-固直接耦合分析(ANSYS)

8.3.3 隧道内具有柔性结构的流-固耦合分析(ADINA)

第9章 温度场和热应力场分析

 9.1 稳态热传导问题的有限元法

9.1.1 热传导方程与换热边界

9.1.2 稳态温度场分析的一般有限元列式

9.1.3 三角形单元的有限元列式

 9.2 热弹性应力问题的有限元分析

 9.3 热分析中CAE基础知识

9.3.1 传热学经典理论回顾

9.3.2 热传递的方式

9.3.3 稳态传热分析

9.3.4 瞬态传热分析

9.3.5 线性与非线性

9.3.6 边界条件、初始条件

9.3.7 热分析误差估计

9.3.8 热应力分析

 9.4 CAE热分析应用实例

9.4.1 油气储运罐与接管内温度场分析实例(.ANSYS)

9.4.2 间接法热应力分析实例(ANSYS)

9.4.3 直接法热应力分析实例(ANSYS)

第10章 计算流体动力学分析

 10.1 流体流动有限元法

10.1.1 不可压缩流体流动的有限元法

10.1.2 不可压缩粘性流体流动

 10.2 FLOTRAN计算流体动力学(CFD)分析

10.2.1 FLOTRAN CFD分析的概念

10.2.2 FLOTRAN分析基础

10.2.3 FLOTRAN分析的主要步骤

 10.3 FLOTRAN层流和湍流分析算例

10.3.1 问题描述

10.3.2 分析方法及假定

10.3.3 几何尺寸及流体性质

10.3.4 分析过程

第11章 动力学分析

 11.1 动力学分析基本原理

 11.2 动力方程和质量矩阵

11.2.1 动力方程

11.2.2 质量矩阵

 11.3 特征值问题和结构模态分析

11.3.1 特征值问题概述

11.3.2 标准特征值问题

11.3.3 特征对的性质

11.3.4 结构模态分析

 11.4 结构动力学问题的有限元法

11.4.1 结构的动力学方程

11.4.2 系统的动力响应

 11.5 CAE动力学分析实例应用

11.5.1 模态分析实例(ANSYS)

11.5.2 谐响应分析实例(ANSYS)

11.5.3 瞬态分析实例(ANSYS)

11.5.4 固支方板的特征频率分析(MARC)

第12章CAE软件的二次开发

 12.1 ANSYS软件的二次开发

12.1.1 解析UIDL语言

12.1.2 UIDL实例解析

 12.2 UIDL实例解析

12.2.1 环境准备及构建对话框

12.2.2 参数提取

12.2.3 附录

 12.3 ANSYS二次开发应用

12.3.1 UIDL开发

12.3.2 APDL开发

12.3.3 UPF开发

12.3.4 CAE软件接口

12.3.5 ANSYS用户过程和非标准用法

 12.4 MARC二次开发与Fortran程序接口

12.4.1 概述

12.4.2 用户子程序分类及常用用户子程序

12.4.3 利用公共块进行数据传递

12.4.4 利用内部子程序进行矩阵运算

12.4.5 用户子程序例题——受移动载荷作用的方板分析(MARC)

参考文献