前 言

為了滿足我國“大型飛機”重大專項對飛機研制人才的迫切需求，上海交通大學在上海市政府的大力支持下，啟動了“上海交通大學大型民機創(chuàng)新工程”項目。本書作為該項目三個子項目之一的“人才工程”配套內(nèi)容，于2008年初正式立項，并在2009年春季和秋季兩個學期的飛行器設計研究生“特班”得以試用和完善。

眾所周知，工程結構中的許多力學問題，從本質(zhì)上講都是非線性的。結構力學中的線性假設，是早期（19世紀中葉）受當時計算工具和計算方法的限制而不得不對實際問題所做的一種簡化。由于現(xiàn)代飛機結構日趨大型、整體、復雜化，而且許多主承力構件還大量采用了先進復合材料，使得許多結構件在高載、高溫和高壓條件下呈現(xiàn)出一系列復雜的非線性現(xiàn)象。因此，對飛機結構進行非線性分析是十分必要的。有限元法是求解結構力學中非線性問題最好、最有效的數(shù)值方法，大型、高速計算機和成熟、有效的計算軟件也使得結構的非線性分析成為可能。

近年來，我國從國外引進的大型通用結構分析軟件較多，如NASTRAN、 MARC、 ABAQUS等，這些軟件已經(jīng)在我國航空航天相關科研院所得到普遍使用，且大多具備較強的非線性分析功能。但是，現(xiàn)有的科研、技術人員對這些軟件的非線性分析功能的使用與開發(fā)還很不夠，其主要原因是缺乏非線性分析的基礎理論知識。為了幫助他們了解非線性問題的力學原理以及非線性有限元分析方法，看懂相關文獻資料，很好地使用和開發(fā)現(xiàn)有的通用商業(yè)軟件，解決非線性結構分析問題，本書作者以其在大連理工大學和沈陽飛機設計研究所工作期間的教學講義和相關科研成果為基礎，并結合最近幾年的工程應用需求編寫了這本教材。

本書在編寫過程中，考慮主要閱讀對象是工科專業(yè)的碩士研究生。因此，本書內(nèi)容在理論上偏重基本概念，并舉一反三，方法上力求反映新近成果，應用上緊密結合航空工程特別是飛機結構，并給出具體實施的方法和步驟，在表達上力求深入淺出，方便讀者學習。

本書共分為8章。第1章簡要介紹非線性問題的分類和一些基本概念，使讀者對非線性問題有個概貌了解和粗淺認識。同時，對線性有限元方法的基本原理做了簡要回顧。第2章介紹了材料非線性的本構關系，重點是一般工程材料的塑性本構理論，包括屈服、強化、加卸載準則和塑性流動法則。第3章講述了彈塑性有限元方法的實施辦法和具體步驟。第4章從工程應用的角度，給出了以增量/迭代型為主的非線性方程組的求解方法和步驟，還介紹了能跟蹤非線性過程的弧長法。第5章闡述了大變形條件下幾何非線性基本方程的Lagrange描述和應力、應變度量。第6章給出了幾何非線性理論與求解方法的具體實施步驟和過程。第7和第8章是結構非線性穩(wěn)定性分析和在飛機結構分析中的應用。結構非線性穩(wěn)定性分析是幾何非線性理論在工程應用中的衍生學科，也是作者科研工作的主要領域。

為了使讀者深入理解本教程的基本理論和方法，具體了解非線性有限元分析的實施過程，最后還附有三個教學程序，可供研究生學習和用作數(shù)值試驗。這三個教學程序的整理和編寫工作是由大連理工大學徐勝利博士完成的。

本書除可作為飛機結構強度專業(yè)碩士班教材外，還可用作高等工科院校工程學科研究生、高年級本科生的教材或參考書，也可作為廣大工程技術人員學習非線性有限元分析方法的參考書。由于作者知識面和學術水平有限，書中存在的不足之處，敬請批評指正。

最后，感謝大連理工大學和上海交通大學上過這門課的歷屆研究生為本書的電子文檔所做的工作。