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第1章 工程结构计算分析基础1

1.1 相关知识1

1.2 三维有限元平衡方程的建立1

1.2.1 三维立体单元的形状函数2

1.2.2 建立几何关系和物理关系3

1.2.3 用虚功原理建立有限元平衡方程7

1.2.4 结构的总体平衡方程和总体刚度矩阵10

1.2.5 三维单元正交各向异性材料的本构关系和刚度矩阵11

1.2.6 层合板复合材料的本构关系和刚度矩阵18

1.3 有限元的求解方法22

1.4 有限元计算模型的简化、边界条件的选取、单元的选择和划分23

1.4.1 模型的简化23

1.4.2 边界条件的选取24

1.4.3 单元划分24

1.5 结构分析相关材料知识25

1.5.1 金属材料的拉伸应力-应变曲线25

1.5.2 金属材料性能数据的测试和使用26

1.6 结构分析准则和评定标准27

1.6.1 当前的强度分析准则27

1.6.2 结构分析评定标准（包含材料标准和载荷标准）29

第2章 ANSYS程序力学分析的使用介绍31

2.1 ANSYS程序的启动和退出31

2.2 ANSYS程序图形用户界面31

2.3 ANSYS程序的坐标系和工作平面32

2.4 ANSYS程序的常用单元类型33

2.4.1 质量单元、弹簧单元和刚体单元33

2.4.2 一维线单元34

2.4.3 二维平面单元（包括壳单元）36

2.4.4 三维体单元37

2.5 ANSYS程序的主要菜单路径及其对话框38

2.5.1 前处理中的主要菜单路径及其对话框38

2.5.2 加载、求解中的主要菜单路径及其对话框45

2.5.3 通用后处理中的主要菜单路径及其对话框47

2.5.4 时间历程后处理中的菜单路径及其对话框50

2.6 ANSYS程序主要菜单的中文解释51

2.7 ANSYA程序例题57

2.7.1 线单元例题57

2.7.2 面单元例题：圆柱壳的屈曲分析67

2.7.3 体单元例题：齿轮的接触分析79

第3章 介绍两个专用程序91

3.1 叶片强度设计计算程序91

3.1.1 程序使用说明91

3.1.2 输入数据标识符91

3.1.3 输出数据标识符94

3.1.4 主程序和子程序功能96

3.1.5 主程序和子程序框图97

3.1.6 计算例题（第一级压气机叶片设计计算）106

3.2 叶片低循环疲劳寿命计算程序113

3.2.1 程序使用说明113

3.2.2 文件及其存放内容113

3.2.3 输入数据和输出数据的标识符113

3.2.4 主程序和子程序116

3.2.5 计算例题117

第4章 轴流压气机叶片强度计算121

4.1 相关知识介绍121

4.1.1 叶片的强度设计计算采用的方法和内容121

4.1.2 叶片强度计算步骤和目的121

4.2 叶片强度设计计算122

4.2.1 原始数据122

4.2.2 计算方法和计算程序129

4.2.3 计算结果132

4.2.4 结果分析及结论135

4.2.5 叶片加工图的图样设计与绘制135

4.2.6 叶片罩量位置计算138

4.3 叶片变形和应力计算139

4.3.1 原始数据140

4.3.2 计算方法和计算程序145

4.3.3 操作过程145

4.3.4 计算结果148

4.3.5 结果分析及结论150

4.4 叶片模态计算和振动监控150

4.4.1 叶片模态计算150

4.4.2 叶片振动监控155

第5章 离心压气机叶轮强度计算158

5.1 相关知识介绍158

5.2 循环对称模型和整体模型叶轮变形和应力计算158

5.2.1 原始数据158

5.2.2 计算方法和计算程序161

5.2.3 操作过程和操作命令161

5.2.4 加载求解165

5.2.5 后处理显示结果165

5.2.6 计算结果166

5.2.7 结果分析及结论168

5.3 离心叶轮模态计算169

5.3.1 离心叶轮模态计算原始数据169

5.3.2 离心叶轮模态计算设置170

5.3.3 离心叶轮模态计算结果170

5.3.4 分析与结论173

第6章 轮盘、鼓筒和轴颈强度计算174

6.1 相关知识介绍174

6.1.1 计算模型的简化174

6.1.2 边界条件的选取174

6.2 单盘结构强度计算175

6.2.1 自由盘变形和应力计算175

6.2.2 考虑配合条件下单盘变形和应力计算178

6.3 盘鼓组合结构轮盘强度计算184

6.3.1 平面轴对称模型轮盘变形和应力计算184

6.3.2 循环对称模型轮盘变形和应力计算188

6.4 前轴颈的变形和应力计算193

6.4.1 由配合关系获得前轴颈初始边界条件194

6.4.2 前轴颈的变形和应力计算195

第7章 整体转子变形、临界转速计算200

7.1 相关知识介绍200

7.2 压气机转子变形计算201

7.2.1 原始数据201

7.2.2 计算方法和计算程序207

7.2.3 操作过程207

7.2.4 计算结果207

7.2.5 结果分析及结论209

7.3 整体转子临界转速计算210

7.3.1 原始数据210

7.3.2 计算方法和计算程序213

7.3.3 操作过程213

7.3.4 计算结果214

7.3.5 转子的坎贝尔图和临界转速215

7.3.6 结果分析及结论216

第8章 涡轮叶片低循环疲劳寿命预估217

8.1 相关知识217

8.1.1 疲劳分析类型217

8.1.2 ANSYS程序疲劳寿命计算方法217

8.1.3 应变疲劳寿命计算——局部应力-应变法219

8.2 涡轮叶片低循环疲劳寿命预估222

8.2.1 低循环疲劳寿命预估方法和要求222

8.2.2 低循环疲劳寿命预估计算222

附录230

附录1 叶片强度设计计算程序230

附录2 叶片低循环疲劳寿命计算程序245

参考文献264