21世纪高等学校规划教材 有限元分析及应用
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作者： 刘扬等编著
出 版 社： 中国电力出版社
出版时间： 2008-7-1字数： 400000版次： 1页数： 256印刷时间： 2008/07/01开本： 16开印次： 1纸张： 胶版纸I S B N ： 9787508376646包装： 平装内容简介
本书为21世纪高等学校规划教材。
本书以简明、浅显的方式系统地阐述了结构分析中的有限元法基本理论及其应用，内容丰富、概念清晰，注重理论联系实际，附有大量工程实例。主要内容包括：杆系结构、弹性力学平面和轴对称问题、空间问题、板壳、弹性稳定、结构动力学、材料非线性、几何非线性、接触非线性和石油钻采管柱非线性有限元分析。
本书可作为工科院校相关专业本科高年级学生和研究生的教材，也可供机械、石油工程等工程专业的技术人员参考。
目录
前言
1有限元法的基本概念
1.1概述
1.2有限元的发展及常用软件介绍
1.3有限元分析的基本步骤
2杆系结构有限元法
2.1平面桁架有限元法
2.2平面刚架有限元法
2.3空间刚架有限元法
2.4化工热力管系结构有限元分析
2.5石油井架有限元分析
3弹性力学平面问题有限元法
3.1三节点三角形单元
3.2四节点矩形单元
3.3高次三角形单元和矩形单元
3.4平面等参数单元
3.5计算例题
4弹性力学轴对称问题有限元法
4.1三节点三角形环状单元
4.2四边形环状等参数单元
4.3计算实例
5弹性力学空间问题有限元法
5.1常应变四面体单元
5.2二次四面体单元
5.3六面体单元
5.4空间等参数单元
5.5射孔套管承载能力有限元分析
5.6井口装置承压本体有限元分析
6板壳问题的有限元法
6.1薄板弯曲问题的基本公式
6.2矩形薄板单元
6.3三角形薄板单元
6.4平面壳体单元
6.5输油管线三通应力的有限元分析
6.61万m3拱顶油罐顶板应力分析
7弹性稳定问题的有限元分析
7.1梁单元的几何刚度矩阵
7.2板单元的几何刚度矩阵
7.3整体分析
7.4杆件结构算例
7.5弹性薄板算例
8结构动力学问题的有限元法
8.1动力学方程
8.2单元质量矩阵
8.3阻尼矩阵
8.4特征值问题及其解法
8.5结构动力学方程的求解
8.6钢丝绳抽油杆瞬态动力学分析
9材料非线性有限元法
9.1非线性有限元问题的求解方法
9.2非线性弹性力学问题
9.3弹塑性应力一应变关系
9.4弹塑性问题的求解方法
9.5杆系结构的塑性分析
10几何非线性问题有限元法
10.1非线性问题的简述
10.2几何非线性问题的一般性讨论
10.3大挠度板单元的切线刚度矩阵
10.4非线性三维单元的切线刚度矩阵
10.5大位移三维实体单元
10.6双重非线性一弹塑性大位移问题
11接触非线性有限元分析
11.1概述
11.2接触问题有限单元法的基本概念
11.3接触问题求解的一般过程
11.4接触问题的罚函数法
11.5接触问题的间隙单元法
11.6管道螺纹连接处接触应力分析
11.7双层套箍式加氢反应器壳体接触应力分析
11.8卡箍型快开盲板结构应力分析
11.9电泵机组花键轴花键处应力分析
11.10急冷锅炉壳程筒体法兰和管箱法兰间接触应力分析
12石油钻采管柱非线性有限元分析
参考文献
书摘插图
1有限元法的基本概念
1.1概述
在石油石化设备研制中，首先要满足工艺提出的各种要求，其次要保证设备能够安全可靠的工作，尤其是在高温高压、有毒介质和井下工作时的设备安全可靠度要求更高，这就需要对石油设备的力学分析更加准确，方可提供可靠的理论依据，确保石油石化设备的安全可靠运行。
石油石化设备力学分析的特殊性主要表现在以下三个方面：
（1）设备结构较复杂，如钻井过程中的井架和底座是由数千根杆件采用不同连接方式形成的大型空间刚架结构，化工设备中开有各种孔、配有各种筋的化工容器等；
（2）设备载荷复杂，大部分石油设备都受自重、风载、雪载、温度、压力等各种载荷的综合作用；
（3）边界条件复杂，如井下管柱与井壁的随机多向接触摩擦，井架底座和容器的地基下陷等。
这些特殊性给石油设备的力学分析带来了一定难度，很难用工程力学理论描述出结构的实际受力状态或用弹性力学方法得到问题的解析解。为此，当电子计算机问世以后，人们研究了各种数值方法来分析这些复杂的工程问题，主要包括有限元法、有限差分法、边界元法、加权残数法等，其中有限元法以其概念浅显、应用范围广、计算效率高等特征在工程中得到了广泛应用，已成为工程师们解决结构部件应力分析与强度、刚度设计问题的主要手段之一。
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