本書介紹了船舶結(jié)構(gòu)有限元仿真的基礎(chǔ)知識和計(jì)算分析方法，重點(diǎn)闡述了基于大型商用有限元軟件Abaqus對船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性、固有頻率、水下振動(dòng)、振動(dòng)響應(yīng)和優(yōu)化設(shè)計(jì)等常見問題進(jìn)行計(jì)算分析的方法和步驟，并且給出了相應(yīng)的應(yīng)用實(shí)例。本書共分為12章，主要包括有限元法概述、有限元法在船舶設(shè)計(jì)中的應(yīng)用、船舶結(jié)構(gòu)的模型化方法、Abaqus軟件簡介與操作入門、船舶局部結(jié)構(gòu)的有限元分析、船舶艙段與全船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析、船舶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的有限元分析、船舶結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模態(tài)計(jì)算、船舶船體的水中振動(dòng)模態(tài)分析、船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的有限元分析、船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、船舶復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)。本書可作為高等院校船舶與海洋工程專業(yè)本科生和研究生的教材或教學(xué)參考書，也可供相關(guān)專業(yè)的研究人員和工程技術(shù)人員參考。
本書首先闡述了有限元法的基本概念以及船舶結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算的基本原則、方法和流程。在此基礎(chǔ)上，基于有限元軟件Abaqus，按照力學(xué)問題和結(jié)構(gòu)形式這兩條主線來開展本書的編寫工作。按照有限元方法分析的常見結(jié)構(gòu)力學(xué)問題進(jìn)行章節(jié)編排，逐一闡述采取有限元方法求解各類力學(xué)問題的總體思路和基本方法。
當(dāng)前，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)值計(jì)算學(xué)科的發(fā)展，尤其是新型結(jié)構(gòu)形式和新材料在船舶與海洋工程領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，有限元仿真技術(shù)已成為船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要方法，在船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性和振動(dòng)問題分析中的應(yīng)用越來越多。結(jié)構(gòu)有限元分析已經(jīng)成為船舶工程專業(yè)技術(shù)人員*的技能。對于船舶與海洋工程專業(yè)的學(xué)生來說，掌握船舶結(jié)構(gòu)有限元仿真分析的基礎(chǔ)理論知識，并且熟練運(yùn)用有限元軟件分析常見結(jié)構(gòu)力學(xué)問題是十分必要的。因此，從滿足學(xué)生技能的現(xiàn)實(shí)需求和學(xué)科專業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的需要出發(fā)，我們有針對性地編寫了本書，它主要適用于船舶與海洋工程專業(yè)本科生以及船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)制造專業(yè)碩士研究生的課程教學(xué)。本書首先闡述了有限元法的基本概念以及船舶結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算的基本原則、方法和流程。在此基礎(chǔ)上，基于有限元軟件Abaqus，按照力學(xué)問題和結(jié)構(gòu)形式這兩條主線來開展本書的編寫工作。按照有限元方法分析的常見結(jié)構(gòu)力學(xué)問題進(jìn)行章節(jié)編排，逐一闡述采取有限元方法求解各類力學(xué)問題的總體思路和基本方法。內(nèi)容涵蓋了結(jié)構(gòu)彎曲、穩(wěn)定性、固有頻率、水下振動(dòng)、振動(dòng)響應(yīng)和優(yōu)化設(shè)計(jì)等多個(gè)方面，并在各章中編寫了典型實(shí)例，詳述了各類力學(xué)問題有限元計(jì)算分析過程。同時(shí)，各章節(jié)典型實(shí)例中有限元模型由簡至繁，系統(tǒng)性強(qiáng)，包括桿、梁、板、板架、船舶艙段、潛艇環(huán)肋圓柱殼和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)等典型船舶結(jié)構(gòu)。本書具有較強(qiáng)的實(shí)踐指導(dǎo)性，通俗易懂、易于自學(xué)，可作為船舶與海洋工程專業(yè)的教材，也可供船舶工程技術(shù)人員參考。由于編者水平有限，書中難免有不妥之處，懇請讀者批評和指正。編者2025年3月
李華東，海*程大學(xué)副教授，主要從事船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)、艦船復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用的相關(guān)研究工作。主持國家自然科學(xué)基金、軍內(nèi)科研等科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，以第一作者或通訊作者發(fā)表論文30余篇，申請專利10余項(xiàng)，獲軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、湖北省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)2項(xiàng)。
第1章有限元法概述(1)1.1有限元法的發(fā)展歷史(1)1.2有限元法的分類(2)1.3有限元法求解過程及其相關(guān)概念(3)1.4有限元法的優(yōu)缺點(diǎn)(5)思考題(6)第2章有限元法在船舶設(shè)計(jì)中的應(yīng)用(7)2.1概述(7)2.2有限元法在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用(9)2.3通用有限元分析軟件在船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用(12)思考題(16)第3章船舶結(jié)構(gòu)的模型化方法(17)3.1概述(17)3.2船舶結(jié)構(gòu)模型化的基本原則(17)3.3結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格劃分方法(19)3.4載荷模型化(28)3.5邊界條件處理(33)思考題(37)第4章Abaqus軟件簡介與操作入門(38)4.1Abaqus軟件在船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用(38)4.2Abaqus軟件功能模塊簡介(41)4.3Abaqus基本操作入門(42)4.4入門實(shí)例超靜定桁架的靜力分析(45)思考題(55)第5章船舶局部結(jié)構(gòu)的有限元分析(56)5.1船舶局部結(jié)構(gòu)模型(56)5.2實(shí)例簡支梁的彎曲分析(58)5.3實(shí)例板的彎曲分析(65)思考題(71)第6章船舶艙段與全船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析(72)6.1艙段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有限元分析(72)6.2全船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有限元分析(76)思考題(80)第7章船舶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的有限元分析(81)7.1線性屈曲分析概述(81)7.2Abaqus中的非線性屈曲分析(83)7.3實(shí)例圓柱殼體穩(wěn)定性計(jì)算分析(88)思考題(97)第8章船舶結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模態(tài)計(jì)算(98)8.1船體振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(98)8.2Abaqus中的模態(tài)計(jì)算(101)8.3實(shí)例板架的振動(dòng)模態(tài)分析(103)思考題(111)第9章船舶船體的水中振動(dòng)模態(tài)分析(112)9.1舷外水對船體振動(dòng)的影響及其模擬方法(112)9.2實(shí)例環(huán)肋圓柱殼結(jié)構(gòu)水下振動(dòng)模態(tài)計(jì)算(113)思考題(122)第10章船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的有限元分析(123)10.1概述(123)10.2線性穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)簡介(124)10.3Abaqus中的阻尼(130)10.4實(shí)例懸臂梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)分析(135)思考題(143)第11章船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)(144)11.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述(144)11.2Abaqus結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊簡介(146)11.3Abaqus中拓?fù)鋬?yōu)化和形狀優(yōu)化的定義(149)11.4實(shí)例懸臂板結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化(161)思考題(171)第12章船舶復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)(172)12.1概述(172)12.2宏觀建模(174)12.3混合建模(180)12.4復(fù)合材料鋪設(shè)工具(185)12.5實(shí)例復(fù)合材料夾層板彎曲分析(193)思考題(203)參考文獻(xiàn)(204)后記(205)
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