航空結構有限元分析指南

《航空結構有限元分析指南》是1996年航空工業出版社出版的一本書籍，書籍的作者是葉天麒;周天孝;李鐵柏。

基本介紹

• 中文名：航空結構有限元分析指南
• 作者：葉天麒、周天孝、李鐵柏
• 出版社：航空工業出版社
• 出版時間：1996年

基本信息

作 者：葉天麒、周天孝、李鐵柏

責任編輯：李鐵柏

出版社：航空工業出版社

ISBN：7-80134-204-6

出版日期：1996年12月

內容簡介

有限元模型的正確可靠是有限元分析的生命。組合結構有限元建模一直是有限元方法和理論研究及其套用發展受到關注的主要方面。本書以有限元建模理論為中心，綜合系統地介紹了有限元靜動力分析、線性和非線性分析、熱分析、斷裂與複合材料結構分析的有限元建模與分析方法、有限元計算機軟體系統與集成技術，以及相關的理論基礎和新近的發展。突出而系統性地總結我國飛機結構有限元分析建模技術成就的基本方面，力圖從理論與實踐的結合上，概括組合結構建模的全貌，是編寫本書的兩個主要目的。

目錄

第1章 有限元法的理論基礎

1.1 引言

1.2 連續介質力學簡介
1.2.1 運動學

1.2.2 動力學

1.3 泛函分析的一些基本概念
1.3.1 線性空間

1.3.2 度量空間（距離空間）Metric Space

1.3.3 賦范空間Normed Space

1.3.4 Hilbert空間

1.3.5 Sobolev空間

1.3.6 線性賦范空間內的線性運算元和線性泛函

1.4 變分原理
1.4.1 虛位移原理

1.4.2 最小位能原理和余能原理

1.4.3 邊值問題的變分提法

1.4.4 廣義變分原理

1.4.5 Hellinger-Reissner變分原理

1.4.6 動力學中的變分原理

1.4.7 塑性力學中的變分原理

1.4.8 非線性分析的增量理論

1.5 有限元法的基本原理及列式
1.5.1 Langrange插值函式和Hermite插值函式

1.5.2 二元插值函式

1.5.3 方法概述

1.5.4 板彎元

1.5.5 等參元

1.6 誤差估計及收斂性
1.6.1 誤差估計及收斂性

1.6.2 有限元分析的誤差源

1.7 有限元中的自適應方法
1.7.1 h-型和p-型有限元的收斂速度

1.7.2 有限元計算的誤差指示與誤差估計

1.7.3 自適應有限元分析

參考文獻

第2章 離散模型的有效性確認與非經典的有限元方法

2.1 引言

2.2 有限元模型5項性能指標
2.2.1 正確可靠性

2.2.2 精確性

2.2.3 魯棒性

2.2.4 計算成本經濟性

2.2.5 通用軟體要求的規範性

2.3 非協調元和誤差估計
2.3.1 薄板模型和攝動方法

2.3.2 非協調元的基本型式——C<superscript>1</superscript>連續性要求不滿足

2.3.3 非協調元的格線依賴性——各種離散形式的相容誤差

2.3.4 Irons分片檢查

2.3.5 廣義分片檢查及Irons分片檢查的進一步討論

2.3.6 性能測試與Benchmark考核

2.4 混合元與雜交元模型
2.4.1 降低協調性要求的新途徑——基於廣義變分原理的有限元建模

2.4.2 混合元方法及其主要的格式

2.4.3 區域分裂和雜交元方法

2.4.4 混合元和雜交元方法的優點和缺點

2.4.5 收斂性理論與inf-sup穩定性條件

2.4.6 全局穩定性的局部化判別

2.4.7 接近不可壓縮材料和Stokes問題的混合元方法

2.4.8 混合元和雜交元構造舉例

2.4.9 混合元和雜交元方法的求解策略和算法

2.4.10 縮減與選擇積分技術的混合元機理

2.5 Locking不穩定性與穩定化的有限元方法
2.5.1 Galerkin/Least squares方法及其增強穩定的特點

2.5.2 Mindlin板“Locking”與剪下修改方法

2.5.3 基於變分原理組合的穩定化有限元方法

參考文獻

第3章 航空組合結構有限元分析模型的建立

3.1 引言

3.2 航空結構受力特性分析
3.2.1 翼面結構受力特性分析

3.2.2 機身結構受力特性分析

3.2.3 起落架結構型式和受力分析

3.2.4 操縱系統

3.2.5 飛機局部受力結構

3.3 力學模型的有限元近似與建模準則
3.3.1 力學模型的有限元近似

3.3.2 建模準則

3.4 航空結構有限元模型的重要特點

3.4.1 複雜性

3.4.2 對精度的高要求

3.5 幾何近似、曲線與曲面的逼近

3.5.1 曲線的折線逼近

3.5.2 曲線邊界的等參元逼近

3.5.3 關於曲面的逼近

3.6 航空結構模型中元素的選取

3.6.1 航空結構常用元素及其套用

3.6.2 常用元素幾何剛度矩陣

3.6.3 過渡元素的構造和使用方法

3.6.4 元素組合若干問題

3.7 格線劃分

3.8 邊界條件

3.8.1 各種位移邊界條件

3.8.2 對稱條件

3.8.3 主從自由度

3.9 載荷模型與節點載荷

3.9.1 氣動力載荷

3.9.2 慣性力載荷

3.9.3 節點載荷列陣

3.9.4 熱載荷

3.9.5 節點力生成中一個需注意的問題

3.10 有限元模型修正技術

3.10.1 有限元模型修正需求與可能

3.10.2 誤差位置的確定

3.10.3 模型修正方法

3.10.4 模型修正技術的前景

參考文獻

第4章 非線性靜力分析

4.1 引言

4.2 列式法綜述

4.2.1 引言

4.2.2 Lagrangian公式評述

4.2.3 修正的Lagrangian公式評述

4.3 列式法

4.3.1 基本假設與方程

4.3.2 Lagrangian公式

4.3.3 修正的Lagrangian公式

4.3.4 本構方程

4.4 各類非線性問題

4.4.1 引言

4.4.2 幾何非線性問題

4.4.3 材料非線性問題

4.4.4 非線性彈性分析

4.4.5 混合非線性分析

4.4.6 穩定性問題

4.5 數值解法

4.5.1 概述

4.5.2 Newton法

4.5.3 擬Newton法

4.5.4 弧長法

4.5.5 線性搜尋法

4.5.6 自適應混合法

4.5.7 超單元法

4.5.8 接觸問題的GAP元法

4.6 求解策略

4.6.1 概述

4.6.2 非線性分析方法

4.6.3 解法選擇

4.6.4 收斂準則的選取

4.6.5 破壞和屈曲分析

參考文獻

第5章 結構動力分析

5.1 引言

5.2 結構特徵值及其模態分析

5.2.1 逆疊代法（反冪法）

5.2.2 Lanczos法

5.2.3 HQRI法

5.2.4 子空間疊代法

5.2.5 復模態理論

5.3 模態綜合技術

5.3.1 分枝模態法

5.3.2 固定界面法

5.3.3 自由界面法

5.4 線性動力回響分析

5.4.1 模態疊加法

5.4.2 直接積分法

5.4.3 卷積法

5.5 非線性動力回響分析

5.5.1 逐步時間積分法

5.5.2 收斂準則

5.6 鳥撞回響

5.7 著陸、滑跑回響

5.7.1 符號說明

5.7.2 飛機結構理想化模型

5.7.3 系統運動方程

5.7.4 著陸撞擊過程

5.7.5 滑跑過程

5.8 結構聲回響

5.9 幌動問題

5.9.1 流體的運動方程及其邊界條件

5.9.2 流體的有限元方程

5.9.3 結構的有限元方程

5.10 複合材料結構衝擊回響分析

5.10.1 複合材料層合殼元

5.10.2 複合材料結構的衝擊方程

5.10.3 衝擊載荷模式

參考文獻

第6章 溫度場及熱應力分析

6.1 溫度場和熱傳導的基本概念

6.1.1 溫度場和溫度梯度

6.1.2 熱傳導

6.1.3 對流

6.1.4 熱輻射

6.1.5 熱阻

6.2 熱傳導問題的控制方程

6.2.1 熱傳導微分方程

6.2.2 熱傳導方程在不同坐標下的形式

6.2.3 邊界條件和初始條件

6.3 對流換熱

6.3.1 對流換熱概述

6.3.2 對流換熱的工程分析

6.4 輻射換熱

6.4.1 蘭貝特定律

6.4.2 空間任意兩黑體的輻射換熱

6.4.3 灰體間的輻射換熱

6.4.4 角係數的計算

6.4.5 常用表面間角係數計算式

6.5 熱傳導問題的有限元法

6.5.1 控制方程及邊界條件

6.5.2 有限元控制方程

6.5.3 幾種特殊形式

6.6 熱應力問題的有限元法

6.6.1 熱應力和熱應變

6.6.2 材料性質與溫度無關的情況

6.6.3 材料性質隨溫度變化的情況

6.7 溫度場模型與熱應力模型的轉換

6.8 工程問題的分析過程

6.8.1 工程問題處理過程應注意的幾個問題

6.8.2 例題

參考文獻

第7章 斷裂的有限元分析

7.1 引言

7.2 線彈性斷裂

7.3 彈塑性斷裂

參考文獻

第8章 複合材料結構有限元分析

8.1 引言

8.2 複合材料層壓板殼結構有限元分析

8.2.1 複合材料層壓板殼的幾個基本理論

8.2.2 基於位移法的複合材料層壓板單元

8.2.3 基於雜交應力法的複合材料層壓板單元

8.3 複合材料蜂窩夾層結構有限元分析

8.3.1 概述

8.3.2 面板—夾芯組合夾層元素法

8.3.3 相當板元法

8.4 複合材料層壓結構的三維有限元分析

8.4.1 概述

8.4.2 三維有限元分析用單元

8.4.3 三維有限元格線的劃分

8.4.4 各元素的剛度矩陣和應力矩陣

8.5 複合材料連線件有限元分析

8.5.1 基本方程

8.5.2 單釘機械連線的有限元分析

8.5.3 多釘機械連線的有限元分析

8.6 複合材料機翼有限元分析實例

8.6.1 計算模型

8.6.2 複合材料壁板的數據準備

8.6.3 結果輸出

8.6.4 強度判據

參考文獻

第9章 有限元結構分析程式系統技術

9.1 前言

9.2 大型有限元結構分析程式系統總體結構

9.2.1 前置處理系統

9.2.2 後置處理系統

9.2.3 數據管理系統

9.2.4 主分析程式

9.2.5 主分析程式的層次結構

9.2.6 主分析程式層次結構設計的一般指導原則

9.3 前置處理

9.3.1 前置處理的作用與發展過程

9.3.2 前置處理的功能

9.4 後置處理

9.4.1 後置處理的作用與發展過程

9.4.2 後置處理的功能

9.4.3 有限元前、後置處理髮展的趨勢

9.5 數據組織與管理系統

9.5.1 用戶接口與界面

9.5.2 記憶體中的數據組織與管理

9.5.3 外存中的數據組織與管理

9.5.4 未來展望

9.6 有限元軟體開發方法

9.6.1 生命周期法

9.6.2 快速原型法（Rapid Prototype）

9.6.3 面向對象的程式設計方法

9.6.4 綜述

參考文獻

第10章 大型有限元結構分析程式

10.1 概述

10.2 選用有限元結構分析程式的原則

10.3 結構分析研究動向

10.4 典型程式簡介

參考文獻

附錄A

第11章 大型飛機結構有限元分析

11.1 有限元建模技術在大型飛機應力分析中的套用

11.1.1 引言

11.1.2 建立有限元應力分析模型總的構思

11.1.3 計算模型中的節點

11.1.4 計算模型中的元素

11.1.5 結構的約束

11.1.6 結構載荷的施加

11.1.7 時間和空間要求的估算

11.2 機身結構有限元分析

11.2.1 結構簡介

11.2.2 機身有限元模型簡化中的一般考慮

11.2.3 載荷選取及施加

11.2.4 機身外殼體有限元分析

11.2.5 地板結構的分析

11.2.6 窗戶結構的分析

11.2.7 開口有限元分析

11.3 機尾翼結構有限元分析

11.3.1 典型結構簡介

11.3.2 傳力路線分析

11.3.3 格線的劃分

11.3.4 有限單元的選取

11.3.5 邊界條件模擬

11.3.6 結構所受載荷向有限元模型上施加

11.3.7 有限元模型圖

11.3.8 計算結果分析

11.3.9 經驗體會建議教訓

11.4 飛機舵面結構的有限元分析

11.4.1 概述

11.4.2 典型結構簡介

11.4.3 受力分析

11.4.4 有限元模型的選取

11.4.5 邊界條件

11.4.6 載荷

11.4.7 計算結果

11.5 飛機發動機短艙結構有限元分析

11.5.1 典型結構簡介

11.5.2 傳力路線分析

11.5.3 有限元格線劃分

11.5.4 有限單元的選取

11.5.5 邊界條件的模擬

11.5.6 外載荷向有限元模型上的施加

11.5.7 有限元模型圖

11.5.8 計算結果分析

11.5.9 體會和建議

11.6 飛機機身氣密艙有限元法分析

11.6.1 結構簡介

11.6.2 結構模型的簡化

11.6.3 計算模型簡化實例

11.6.4 套用情況

11.7 飛機座艙蓋應急拋放狀態結構有限元分析

11.7.1 拋放座艙蓋

11.7.2 結構簡介

11.7.3 結構有限元分析模型

11.7.4 載荷的計算

11.7.5 載荷的施加

11.7.6 計算結果分析

11.7.7 對座艙蓋應力分析的體會

11.8 貨艙門應力分析

11.8.1 概述

11.8.2 結構描述

11.8.3 有限元模型

11.8.4 結果分析

11.9 機身機翼對接區應力分析

11.9.1 結構簡介及傳力分析

11.9.2 計算模型簡化

11.9.3 邊界條件選取和載入端的確定

11.9.4 外載荷

11.9.5 計算結果分析

11.10 靜力分析全機求解

11.10.1 目的與方法

11.10.2 超單元分析的組織

11.10.3 超單元間的關係——超單元樹

11.10.4 時間與空間需求的估算

11.10.5 結構與載荷數據的準備

11.10.6 情況控制數據的組織

11.10.7 再啟動計算

11.10.8 結束語

第12章 輕型飛機與殲擊機結構有限元分析

12.1 厚蒙皮機翼有限元分析

12.1.1 結構簡述

12.1.2 建立有限元模型的準備工作

12.1.3 模型簡化與格線劃分

12.1.4 結構模擬和元素選取

12.1.5 模型的拼接和部件的連線

12.1.6 機翼根部約束的模擬

12.1.7 結構參數的計算和上機建模

12.1.8 計算結果分析

12.2 機身有限元分析

12.2.1 結構簡介

12.2.2 建模前的準備工作

12.2.3 模型簡化與格線劃分

12.2.4 元素選取

12.2.5 建模

12.2.6 計算

12.2.7 機身有限元模型和部分結果

12.3 座艙蓋有限元分析

12.3.1 結構概述

12.3.2 艙蓋上承受的載荷

12.3.3 結構模型的建立

12.3.4 艙蓋有限元模型建模思路

12.3.5 載荷的處理

12.3.6 計算結果分析

12.4 全動尾翼轉軸有限元分析

12.4.1 結構簡述

12.4.2 全動尾翼受力特點及有限元分析目的

12.4.3 有限元建模

12.4.4 支持

12.4.5 載荷

12.4.6 計算結果

12.5 主起落架外筒有限元分析

12.5.1 結構簡述

12.5.2 主起落架外筒有限元模型概況

12.5.3 主起落架外筒有限元模型的建立

12.5.4 邊界條件和載荷

12.5.5 計算結果

12.6 浴缸式接頭有限元靜力分析

12.6.1 結構簡述

12.6.2 模型簡化與格線劃分

12.6.3 特殊連線和傳力的模擬

12.6.4 模型的等效外載

12.6.5 模型的支持和約束

12.6.6 結果與分析

12.7 輕型飛機機翼有限元分析（薄蒙皮）

12.7.1 結構簡述

12.7.2 模型簡化與格線劃分

12.7.3 桿元素橫切面積折算

12.7.4 邊界條件處理

12.7.5 計算結果

12.7.6 結束語

12.8 起落架充氣咀靜力分析

12.8.1 概述

12.8.2 起落架充氣咀結構有限元模型

12.8.3 載荷簡化

12.8.4 計算結果

12.9 K8前起落架振動分析

12.9.1 引言

12.9.2 結構簡述

12.9.3 元素選取與結構模擬

12.9.4 邊界條件

12.9.5 計算結果分析

12.10 風擋鳥撞分析

12.10.1 力學模型簡化

12.10.2 結構簡述

12.10.3 結構模擬與格線劃分

12.10.4 邊界條件處理

12.10.5 特殊問題處理

12.10.6 計算結果分析

12.11 機翼有限元動力分析

12.11.1 機翼結構簡況

12.11.2 機翼模型簡化及格線劃分

12.11.3 建立機翼計算模型

12.11.4 計算結果分析

12.12 Q5飛機機翼主梁根部下緣條連線區細節有限元分析

12.12.1 結構簡述

12.12.2 模型簡化與元素選取

12.12.3 某些特殊問題處理

12.12.4 模型約束處理

12.12.5 計算結果與分析

參考文獻