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| 內容簡介： |
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本书在介绍有限元理论基础及基本分析方法的基础上，基于国产CAE仿真软件ZWSim，对结构力学、热传导、动力学及非线性问题的有限元分析过程进行具体的介绍。读者通过对有限元方法理论和具体软件分析过程的同步学习，可以真正理解有限元方法的本质，更好地应用国产CAE仿真软件解决实际的工程问题。
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| 目錄：
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丛书前言
前言
第1章 概述
1.1 有限元方法的历史和发展过程 / 1
1.2 CAE工业软件的产生及发展 / 6
1.3 中望仿真软件 / 8
第2章 有限元方法的理论基础
2.1 有限元方法的基本思想 / 10
2.2 有限元方法的数学基础 / 11
2.2.1 微分方程的等效积分形式 / 11
2.2.2 加权余量法 / 13
2.2.3 里兹法 / 14
2.3 有限元方法的力学基础 / 16
2.3.1 弹性力学的基本方程 / 16
2.3.2 虚位移原理 / 19
第3章 杆梁结构有限元法
3.1 杆单元 / 22
3.1.1 位移函数及形函数 / 23
3.1.2 几何关系及物理关系 / 25
3.1.3 刚度方程 / 26
3.1.4 坐标变换 / 27
3.1.5 总刚矩阵 / 30
3.2 梁单元 / 30
3.2.1 位移函数及形函数 / 31
3.2.2 刚度矩阵 / 35
3.2.3 等效节点载荷 / 37
第4章 平面问题有限元法
4.1 平面问题的定义 / 39
4.1.1 平面应力问题 / 39
4.1.2 平面应变问题 / 41
4.2 结构离散 / 42
4.3 三角形单元 / 43
4.3.1 位移函数及形函数 / 43
4.3.2 几何关系及物理关系 / 48
4.3.3 刚度方程 / 49
4.3.4 总刚矩阵 / 51
4.3.5 等效节点载荷 / 52
4.3.6 几何约束处理 / 55
4.3.7 线性方程组求解 / 56
第5章 空间问题有限元法
5.1 位移函数及形函数 / 58
5.2 几何关系及物理关系 / 60
5.3 单元刚度矩阵 / 62
第6章 等参单元
6.1 等参变换 / 64
6.1.1 坐标变换 / 64
6.1.2 偏导数变换 / 65
6.1.3 单元刚度矩阵 / 67
6.2 等参变换的条件 / 68
6.3 数值积分 / 69
6.3.1 牛顿-科茨积分 / 70
6.3.2 高斯积分 / 71
第7章 ZWSim平台及仿真实例
7.1 ZWSim Structural介绍 / 74
7.2 ZWSim Structural仿真分析过程 / 77
7.3 ZWSim Structural静力学仿真实例 / 83
第8章 热传导问题
8.1 热传导问题基本方程 / 99
8.2 有限元分析过程 / 101
8.3 ZWSim仿真分析实例 / 105
8.3.1 实例一：功率器件散热器的稳态传热分析 / 105
8.3.2 实例二：热压板的瞬态传热分析 / 112
第9章 动力学问题
9.1 动力学问题基本方程 / 122
9.2 有限元分析过程 / 123
9.3 ZWSim仿真分析实例 / 129
9.3.1 实例一：发电机支架的模态分析 / 129
9.3.2 实例二：发电机支架的谐响应分析 / 138
9.3.3 实例三：发电机支架的响应谱分析 / 152
第10章 结构稳定性问题
10.1 稳定性问题的有限元解法 / 171
10.2 ZWSim仿真分析实例 / 174
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| 內容試閱：
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当今世界正经历百年未有之大变局。国家综合实力由工业保障，工业发展由工业软件驱动。工业软件正在重塑工业巨人之魂。
习近平总书记在2021年5月28日召开的两院院士大会、中国科协第十次全国代表大会上发表了重要讲话：“科技攻关要坚持问题导向，奔着紧急、紧迫的问题去。要从国家急迫需要和长远需求出发，在石油天然气、基础原材料、高端芯片、工业软件、农作物种子、科学试验用仪器设备、化学制剂等方面关键核心技术上全力攻坚，加快突破一批药品、医疗器械、医用设备、疫苗等领域关键核心技术。”
国家领导人将工业软件定位于“紧急、紧迫的问题”，是“国家急迫需要和长远需求”的关键核心技术，史无前例，开国首次，彰显了国家对工业软件的高度重视。机械工业出版社此次领衔组织出版这套“工业软件丛书”，秉持系统性、专业性、全局性、先进性的原则，开展工业软件生态研究，探索工业软件发展规律，反映工业软件全面信息，汇总工业软件应用成果，助力产业数字化转型。这套丛书是以实际行动落实国家意志的重要举措，意义深远，作用重大，正当其时。
本丛书分为产业研究与生态建设、技术产品、支撑环境三大类。
在工业软件的产业研究与生态建设大类中，列入了工业技术软件化专项研究、工业软件发展生态环境研究、工业软件分类研究、工业软件质量与可靠性测试、工业软件的标准和规范研究等内容，希望从顶层设计的角度让读者清晰地知晓，在工业软件的技术与产品之外，还有很多制约工业软件发展的生态因素。例如工业软件的可靠性、安全性测试，还没有引起业界足够的重视，但是当工业软件越来越多地进入各种工业品中，成为“软零件”“软装备”之后，工业软件的可靠性、安全性对各种工业品的影响将越来越重要，甚至就是“一票否决”式的重要。至于制约工业软件发展的政策、制度、环境，以及工业技术的积累等基础性的问题，就更值得予以认真研究。
工业软件的技术与产品大类是一个生机勃勃、不断发展演进的庞大家族。据不完全统计，工业软件大约有近2万种之多。面对如此庞大的工业软件家族，如何用一套丛书来进行一场“小样本、大视野、深探底”的表述，是一个巨大的挑战。就连“工业软件”术语本身，也是在初没有定义的情况下，伴随着工业软件的不断发展而逐渐产生的，形成了一个“用于工业过程的所有软件”的基本共识。如果想准确地论述工业软件，从范畴上说，要从国家统计局所定义的“工业门类”出发，把应用在矿业、制造业、能源业这三大门类中的所有软件都囊括进来，而不能仅仅把目光放在制造业一个门类上；从分类上说，既要顾及现有分类（如CAX、MES等），也要着眼于未来可能的新分类（如工研软件、工管软件等）；从架构上说，既要顾及传统架构的软件（如ISA95），也要考虑到基于云架构的订阅式（如SaaS）软件；从所有权上说，既要考虑到商用软件，也要考虑到自用软件（in-house software）；等等。本丛书力争做到从不同的维度和视角，对各种形态的工业软件都能有所展现，勾勒出一幅工业软件的中国版图，尽管这种展现与勾勒，很可能是粗线条的。
工业软件的支撑环境是一个不可缺失的重要内容。无论是数据库、云技术、材料属性库、图形引擎、过程语言还是工业操作系统等，都是支撑各种形态的工业软件实现其功能的基础性的“数字底座”。基础不牢，地动山摇，遑论自主，更无可控。没有强大的工业软件所需要的运行支撑环境，就没有强大的工业软件。因此，工业软件的“数字底座”是一项必须涉及的重要内容。
长期以来，“缺芯少魂”一直困扰着中国企业及产业高质量发展。特别是从2018年以来，强加在很多中国企业头上的贸易摩擦展现了令人眼花缭乱的“花式断供”，仅芯片断供或许就能导致某些企业停产。芯片断供尚有应对措施来减少损失，但是工业软件断供则是直接阉割企业的设计和生产能力。没有工业软件这个基础性的数字化工具和软装备，就没有工业品的设计和生产，社会可能停摆，企业可能断命，绝大多数先进设备可能变成废铜烂铁。工业软件对工业的发展具有不可替代、不可或缺、不可估量的支撑、提振与杠杆放大作用，已经日益为全社会所切身感受和深刻认知。
该丛书的面世，或将揭开蒙在工业软件头上的神秘面纱，厘清工业软件发展规律。更重要的是，该丛书将会激励中国的工业软件从业者，充分发挥“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”的想象力、执行力和战斗力，让每一行代码、每一段程序，都谱写出、硬核的时代篇章，让中国的工业软件产业就此整体发力，急速前行，攻坚克难，携手创新，使我国尽快屹立于全球工业软件强国之林。
丛书编委会
2021年8月
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