目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 數(shù)值模擬技術 1
1.1.1 引言 1
1.1.2 數(shù)值分析方法 2
1.2 科學與工程數(shù)據(jù)可視化 3
1.2.1 科學與工程數(shù)據(jù)可視化的意義 3
1.2.2 數(shù)據(jù)可視化的特點 4
1.2.3 數(shù)據(jù)可視化的發(fā)展 4
1.2.4 數(shù)據(jù)可視化的過程 6
1.2.5 數(shù)據(jù)可視化的應用 7
1.3 數(shù)值模擬軟件 8
1.3.1 數(shù)值模擬軟件呈現(xiàn)的趨勢特征 8
1.3.2 大型數(shù)值模擬軟件 10
第2章 軟件工程基礎 13
2.1 概述 13
2.1.1 軟件與軟件的組成 13
2.1.2 軟件工程及其發(fā)展 15
2.2 需求分析及可行性分析 16
2.2.1 需求分析 16
2.2.2 可行性分析 19
2.3 軟件設計基礎 20
2.3.1 軟件設計階段的任務 21
2.3.2 軟件總體結(jié)構(gòu)設計 22
2.3.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設計 22
2.3.4 軟件過程設計 22
2.3.5 過程設計技術和工具 22
2.3.6 軟件設計過程 23
第3章 程序語言 28
3.1 程序與程序員 29
3.2 程序語言簡史 29
3.3 程序語言評價標準 32
3.3.1 可讀性 32
3.3.2 可寫性 35
3.3.3 可靠性 36
3.3.4 代價 37
3.4 影響語言設計的因素及語言分類 38
3.5 程序?qū)崿F(xiàn)方法 38
3.5.1 編譯 39
3.5.2 單純解釋 39
3.5.3 混合實現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)果 39
3.5.4 預處理器 40
3.6 程序設計環(huán)境 40
3.7 Fortran語言 40
3.8 C語言 42
3.9 Java語言 44
第4章 MATLAB軟件及其應用 48
4.1 MATLAB及其特點 48
4.2 桌面工具與開發(fā)環(huán)境 49
4.2.1 主菜單 51
4.2.2 工具欄 53
4.2.3 當前路徑 54
4.2.4 工作區(qū)間 54
4.2.5 命令窗 54
4.2.6 歷史命令記錄 54
4.3 MATLAB通用命令 55
4.3.1 幫助命令 55
4.3.2 工作空間管理 55
4.3.3 路徑管理 55
4.3.4 操作系統(tǒng)指令 56
4.4 MATLAB變量與賦值 56
4.4.1 變量名規(guī)則 56
4.4.2 預定義變量 57
4.4.3 數(shù)據(jù)顯示格式 57
4.4.4 復數(shù) 57
4.4.5 直接賦值語句 57
4.4.6 函數(shù)調(diào)用語句 58
4.5 MATLAB基本運算 58
4.5.1 算術運算 58
4.5.2 關系運算 58
4.5.3 邏輯操作 59
4.5.4 特殊運算符 59
4.5.5 基本數(shù)學函數(shù) 59
4.6 MATLAB向量和矩陣運算 60
4.6.1 創(chuàng)建向量 60
4.6.2 矩陣輸入 61
4.6.3 矩陣運算 63
4.7 MATLAB語言編程 65
4.7.1 語言流程控制 66
4.7.2 文本M 文件 68
4.7.3 函數(shù)M 文件 68
4.8 MATLAB繪圖 68
4.8.1 常用作圖命令和函數(shù) 69
4.8.2 坐標控制 69
4.8.3 圖形窗口的分割 70
4.8.4 二維繪圖 70
4.8.5 三維繪圖 74
4.8.6 動畫生成 77
4.9 MATLAB有限元數(shù)值計算 78
4.9.1 有限元法求解平面桁架結(jié)構(gòu) 78
4.9.2 彈性力學平面問題有限元求解 82
4.9.3 一維傳熱問題有限元求解 87
4.10 MATLAB界面制作示例 90
4.10.1 新建圖形用戶界面 90
4.10.2 圖形用戶界面GUI設計界面 91
4.10.3 天線多目標優(yōu)化程序操作選擇窗口 91
4.10.4 數(shù)據(jù)文件輸入方式操作界面 92
4.10.5 參數(shù)輸入方式操作界面 93
4.10.6 界面運行結(jié)果及以文本方式打開的數(shù)據(jù)結(jié)果文件 95
4.10.7 界面設計部分程序說明 95
4.11 基于MATLAB的地震信號處理 98
第5章 有限元數(shù)值模擬方法的計算機實現(xiàn) 103
5.1 有限元法的實施過程 103
5.2 有限元分析前處理 104
5.2.1 幾何建模 104
5.2.2 網(wǎng)格生成 105
5.2.3 物理建模 107
5.2.4 網(wǎng)格測試 108
5.2.5 計算結(jié)果的評價與誤差分析 108
5.2.6 自適應與縮減網(wǎng)格有限元法 109
5.3 線性代數(shù)方程組的求解 110
5.3.1 直接解法 111
5.3.2 迭代解法 114
5.4 后處理程序 115
第6章 有限元分析軟件ANSYS及其應用 117
6.1 ANSYS軟件介紹 117
6.2 槽形截面梁分析 119
6.2.1 問題描述 119
6.2.2 詳細操作步驟 120
6.3 復合鋪層板分析 127
6.3.1 問題描述 127
6.3.2 詳細操作步驟 128
6.3.3 結(jié)果分析 131
6.4 疊梁彎曲的數(shù)值分析 134
6.4.1 問題描述 135
6.4.2 詳細操作步驟 135
6.5 永磁緩速器磁頭的熱分析 147
6.5.1 問題描述 147
6.5.2 詳細操作步驟 148
6.5.3 結(jié)果分析 155
6.6 薄壁柱殼結(jié)構(gòu)的軸壓穩(wěn)定性分析 155
6.6.1 光滑薄壁圓柱殼軸壓穩(wěn)定性分析 155
6.6.2 薄壁加筋圓柱殼軸壓穩(wěn)定性分析 162
第7章 有限元軟件ABAQUS基礎 166
7.1 ABAQUS軟件簡介 166
7.1.1 單位設定 167
7.1.2 基本特征 167
7.1.3 重要文件 169
7.2 ABAQUS/CAE操作過程 170
7.2.1 PART步創(chuàng)建模型 170
7.2.2 PROPERTY步定義屬性 171
7.2.3 ASSEMBLY步裝配實例 174
7.2.4 STEP步定義分析步與輸出 176
7.2.5 INTERACTION步定義接觸與相互作用 179
7.2.6 LOAD步加載邊界條件和載荷 180
7.2.7 MESH步劃分網(wǎng)格 183
7.2.8 JOB步提交管理分析作業(yè) 185
7.2.9 VISUALIZATION步后處理 186
第8章 ABAQUS分析實例 190
8.1 帶孔平板的應力集中分析 190
8.1.1 問題描述 190
8.1.2 基本理論 190
8.1.3 詳細操作步驟 191
8.1.4 結(jié)果分析 199
8.2 倒角應力分析 199
8.2.1 問題描述 199
8.2.2 詳細操作步驟 200
8.2.3 結(jié)果分析 204
8.3 圓管彎扭聯(lián)合作用下的應力分析 204
8.3.1 問題描述 205
8.3.2 基本理論 205
8.3.3 詳細操作步驟 205
8.4 實心圓軸與空心圓軸對比分析 208
8.4.1 詳細操作過程 209
8.4.2 數(shù)值解與材力解對比分析 213
8.5 工字梁三維靜力分析 215
8.5.1 問題描述 215
8.5.2 分析過程 215
8.6 熱膨脹節(jié)的作用分析 223
8.6.1 問題描述 224
8.6.2 基本理論 224
8.6.3 詳細操作步驟 225
8.6.4 結(jié)果分析 228
8.7 管的模態(tài)分析 230
8.7.1 問題描述 230
8.7.2 建模與分析 231
第9章 ABAQUS非線性分析實例 241
9.1 鉸鏈連接接觸分析 241
9.1.1 問題描述 242
9.1.2 詳細操作步驟 242
9.2 材料非線性超靜定梁分析 256
9.2.1 問題描述 256
9.2.2 詳細操作步驟 256
9.3 板的大變形分析 264
9.3.1 問題描述 264
9.3.2 詳細操作步驟 265
9.4 球與平面接觸分析 273
9.4.1 問題描述 273
9.4.2 詳細操作步驟 273
9.5 大變形橡膠圈接觸分析 282
9.5.1 問題描述 282
9.5.2 詳細操作步驟 283
9.6 彈塑性材料、大變形接觸分析 293
9.6.1 問題描述 293
9.6.2 創(chuàng)建幾何模型 294
9.6.3 定義材料截面屬性 297
9.6.4 裝配部件 298
9.6.5 創(chuàng)建載荷步 299
9.6.6 劃分網(wǎng)格 300
9.6.7 施加約束和載荷 301
9.6.8 運行程序計算 304
9.6.9 結(jié)果查看 304
9.6.10 修改模型進行扭曲分析 306
9.7 含黏彈阻尼材料工字梁動力分析 309
9.7.1 目的 309
9.7.2 建模方式 309
9.7.3 模型描述 310
9.7.4 建模及分析過程 312
9.7.5 查看分析結(jié)果 321
第10章 優(yōu)化設計及軟件 324
10.1 最優(yōu)化概論 324
10.1.1 最優(yōu)化源于自然 324
10.1.2 最優(yōu)化在工程中得到發(fā)展 325
10.1.3 最優(yōu)化對社會持續(xù)發(fā)展的作用 326
10.1.4 最優(yōu)化模型 327
10.2 數(shù)學規(guī)劃 327
10.2.1 數(shù)學規(guī)劃及其發(fā)展概述 327
10.2.2 線性規(guī)劃 330
10.2.3 二次規(guī)劃 334
10.2.4 通用近似規(guī)劃 337
10.2.5 對偶規(guī)劃 339
10.3 數(shù)學規(guī)劃程序介紹 340
10.3.1 常用數(shù)學規(guī)劃程序 340
10.3.2 程序功能 341
10.3.3 線性規(guī)劃程序說明 341
10.3.4 二次規(guī)劃程序說明 347
10.3.5 對偶二次規(guī)劃程序說明 353
10.3.6 近似規(guī)劃程序說明 357
10.4 線性規(guī)劃源程序 361
10.5 二次規(guī)劃源程序 379
參考文獻 404