OptiStruct结构分析与工程应用电子书

前言

第1章 Altair及OptiStruct软件介绍

1.1 Altair简介

1.2 Altair HyperWorks简介

1.3 OptiStruct发展历史

1.4 OptiStruct功能介绍及特点

1.5 OptiStruct主要应用行业

第2章 OptiStruct分析基础

2.1 模型文件组成及基本格式

2.1.1 .fem文件组成

2.1.2 .fem文件基本格式

2.2 单元类型

2.2.1 0D单元

2.2.2 1D单元

2.2.3 2D单元

2.2.4 3D单元

2.3 材料类型

2.4 分析类型

2.5 OptiStruct计算提交

2.5.1 HyperMesh界面提交

2.5.2 OptiStruct任务管理器提交

2.5.3 通过脚本提交

2.6 OptiStruct结果文件

第3章 结构基础分析

3.1 线性静力学分析基本理论

3.2 线性屈曲分析基本理论

3.3 惯性释放分析基本理论

3.4 线弹性材料

3.5 常用单元类型

3.5.1 实体单元

3.5.2 壳单元

3.5.3 1D单元

3.5.4 连接单元

3.5.5 轴对称单元

3.5.6 平面应变单元

3.6 约束及载荷

3.6.1 固定约束/强制位移

3.6.2 集中力

3.6.3 压强

3.6.4 力矩

3.6.5 重力

3.6.6 离心力

3.6.7 LOADADD

3.7 结构分析基础实例

3.7.1 实例：框架模型线性静力学分析

3.7.2 实例：飞机舱段结构屈曲分析

3.7.3 实例：汽车转向节惯性释放分析

第4章 结构动力学基础

4.1 自由振动

4.1.1 无阻尼系统

4.1.2 有阻尼系统

4.2 强迫振动

4.2.1 简谐激励振动（时域）

4.2.2 简谐激励振动（频域）

4.2.3 一般激励振动（时域）

4.2.4 一般激励振动（频域）

4.3 多自由度系统动力学

4.3.1 动力学方程

4.3.2 边界条件SPC/SPCD

第5章 模态分析

5.1 实模态分析

5.1.1 基本方程

5.1.2 模态振型及频率

5.1.3 比例阻尼

5.1.4 结构阻尼

5.1.5 SDAMPING阻尼

5.1.6 刚体模态

5.1.7 模态有效质量

5.2 特征值解法EIGRL/EIGRA

5.2.1 兰索士（Lanczos）法

5.2.2 AMSES模态求解加速算法

5.3 复模态分析EIGC

5.3.1 基本方程

5.3.2 复模态的基本特性

5.4 分析实例

5.4.1 实例：白车身的模态分析

5.4.2 实例：制动系统的复模态分析

5.4.3 实例：车辆声振耦合复模态分析

第6章 瞬态响应分析

6.1 瞬态激励的形式

6.1.1 初始条件

6.1.2 瞬态激励

6.2 直接法瞬态响应分析

6.2.1 直接法瞬态分析方法

6.2.2 直接法阻尼类型

6.3 模态法瞬态响应分析

6.3.1 模态法瞬态分析方法

6.3.2 模态截断

6.3.3 模态法阻尼类型

6.4 卡片说明

6.4.1 TSTEP卡片

6.4.2 DLOAD卡片

6.4.3 TLOADi卡片

6.4.4 DAREA卡片

6.4.5 SPCD卡片

6.4.6 TABLEDi卡片

6.4.7 TABDMP1卡片

6.4.8 TIC卡片

6.5 输出控制

6.5.1 SET集合

6.5.2 其他输出控制

6.6 实例：铁塔的地震激励响应

第7章 频率响应分析

7.1 频域激励的形式

7.2 直接法频率响应分析

7.3 模态法频率响应分析

7.4 剩余模态

7.5 阻尼类型及频变参数

7.6 卡片说明

7.6.1 RLOADi卡片

7.6.2 FREQi卡片

7.6.3 PBUSHT卡片

7.6.4 MATFi卡片

7.7 输出控制

7.8 实例：设备支架的偏心载荷响应

第8章 随机响应分析

8.1 随机过程及统计

8.1.1 均值及方差

8.1.2 线性叠加性

8.1.3 相关函数与功率谱

8.2 随机响应分析

8.3 输出控制

8.3.1 均方根、自功率谱密度

8.3.2 互功率谱密度

8.4 卡片说明

8.4.1 TABRND1卡片

8.4.2 RANDPS卡片

8.5 实例：电池包的台架随机振动

第9章 响应谱分析

9.1 响应谱分析的表达式

9.1.1 基础冲击激励的模态坐标

9.1.2 峰值响应的近似表达

9.2 响应谱曲线

9.2.1 曲线定义

9.2.2 曲线特征

9.3 峰值响应的组合

9.3.1 模态组合

9.3.2 正交载荷组合

9.4 卡片说明

9.4.1 DTI,SPECSEL卡片

9.4.2 RSPEC卡片

9.5 实例：建筑物的冲击响应

第10章 超单元

10.1 基本概念及流程

10.2 模态综合法超单元（CMS）

10.2.1 GUYAN缩聚

10.2.2 CBN动态缩聚

10.2.3 GM动态缩聚

10.3 动力分析超单元（CDS）

10.4 使用超单元

10.4.1 超单元阻尼形式

10.4.2 超单元输出格式

10.4.3 超单元加载ASSIGN/K2GG/…

10.5 卡片说明

10.5.1 SPOINT卡片

10.5.2 ASET/ASET1卡片

10.5.3 BSET/BSET1卡片

10.5.4 CSET/CSET1卡片

10.5.5 CMSMETH卡片

10.5.6 CDSMETH卡片

10.5.7 MODEL卡片

10.5.8 DMIGNAME卡片

10.5.9 DMIGMOD卡片

10.6 实例：声振耦合超单元应用

第11章 转子动力学分析

11.1 转子动力学基本概念

11.1.1 Jeffcott转子

11.1.2 偏置转子

11.2 转子动力学有限元建模

11.3 转子的临界转速分析

11.4 实例：3D实体转子分析

第12章 声固耦合分析

12.1 声腔建模

12.1.1 声腔建模方法

12.1.2 实例：汽车声腔建模

12.2 声腔模态分析及实例

12.3 声固耦合分析

12.3.1 声固耦合频响分析基础理论

12.3.2 ACMODL卡片

12.3.3 结构激励

12.3.4 声腔激励

12.4 吸声单元

12.4.1 吸声材料基本性能指标

12.4.2 CAABSF单元

12.4.3 PAABSF卡片

12.4.4 实例：驻波管中的吸声单元应用

12.5 实例：整车声固耦合频响分析

第13章 NVH外声场分析

13.1 Equivalent Radiate Power（ERP）

13.1.1 ERP基础理论

13.1.2 ERP分析流程

13.1.3 ERP分析通用卡片设置

13.1.4 实例：消声器前盖ERP分析

13.2 Radiated Sound Output Analysis （RADSND）

13.2.1 RADSND基础理论

13.2.2 RADSND分析流程

13.2.3 RADSND分析通用卡片设置

13.2.4 实例：消声器前盖RADSND分析

13.3 无限元方法

13.3.1 无限元分析基础理论

13.3.2 无限单元及其创建方法

13.3.3 无限元分析指南

13.3.4 无限元分析流程

13.3.5 实例：发动机缸体辐射噪声计算

第14章 NVH诊断分析与优化

14.1 传递路径贡献量分析（TPA）

14.1.1 传递路径贡献量理论基础

14.1.2 PFPATH卡片

14.1.3 实例：整车模型TPA分析

14.2 模态贡献量分析（MPA）

14.2.1 模态贡献量理论基础

14.2.2 PFMODE卡片

14.2.3 实例：发动机悬置安装点动刚度分析

14.3 节点贡献量分析（GPA）

14.3.1 节点贡献量理论基础

14.3.2 PFGRID卡片

14.3.3 实例：整车模型节点贡献量分析

14.4 面板贡献量分析（PPA）

14.4.1 面板贡献量理论基础

14.4.2 PFPANEL卡片

14.4.3 实例：车身面板贡献量分析

14.5 功率流分析

14.5.1 功率流理论基础

14.5.2 功率流分析卡片

14.5.3 实例：框架结构功率流分析

14.6 设计灵敏度分析（DSA）

14.6.1 设计灵敏度理论基础

14.6.2 设计灵敏度分析相关卡片

14.6.3 实例：框架结构设计灵敏度分析

14.7 峰值自动筛选（PEAKOUT）

14.7.1 峰值自动筛选理论基础

14.7.2 PEAKOUT卡片

14.7.3 PEAKOUT卡片调用示例

14.8 实例：整车NVH诊断优化

第15章 结构非线性静力学分析基础

15.1 结构非线性方程及求解方法

15.1.1 牛顿下山法

15.1.2 增量加载

15.1.3 非线性方程收敛准则

15.2 OptiStruct非线性分析通用卡片设置

15.2.1 NLPARM卡片

15.2.2 NLADAPT卡片

15.2.3 NLOUT卡片

15.2.4 PARAM，IMPLOUT，YES/NO卡片

15.2.5 MONITOR卡片

15.3 OptiStruct非线性分析结果文件

15.4 实例：车顶抗雪压能力分析

第16章 材料非线性分析

16.1 弹塑性材料

16.1.1 弹塑性材料单轴试验曲线

16.1.2 弹塑性材料本构

16.1.3 弹塑性材料分析结果

16.1.4 弹塑性材料卡片

16.2 超弹性材料

16.2.1 超弹性材料模型

16.2.2 超弹性材料参数获取

16.2.3 超弹性材料卡片

16.3 黏弹性材料

16.3.1 蠕变与松弛

16.3.2 基本黏弹性模型

16.3.3 蠕变柔量与松弛模量

16.3.4 积分型本构

16.3.5 OptiStruct黏弹性模型

16.3.6 黏弹性材料卡片

16.4 黏胶材料

16.4.1 不考虑损伤的黏胶模型

16.4.2 考虑损伤的黏胶模型

16.4.3 黏胶材料建模

16.4.4 黏胶材料分析结果

16.4.5 黏胶材料卡片

16.5 垫圈材料

16.6 非线性连接

16.6.1 非线性弹簧

16.6.2 铰连接

16.7 材料非线性分析实例

16.7.1 实例：车门下垂分析

16.7.2 实例：密封圈受压自接触分析

16.7.3 实例：管道蠕变分析

16.7.4 实例：黏胶分析

第17章 几何非线性分析

17.1 非线性屈曲分析

17.1.1 非线性屈曲基本理论

17.1.2 OptiStruct弧长法中的时间步

17.2 初始缺陷的引入

17.3 依赖于变形的载荷

17.4 卡片说明

17.4.1 几何非线性的激活

17.4.2 跟随力的激活

17.4.3 弧长法控制卡片

17.4.4 初始缺陷的引入

17.5 实例：拱形结构屈曲分析

第18章 接触非线性分析

18.1 接触离散

18.2 接触约束的引入

18.2.1 法向接触刚度

18.2.2 切向接触刚度

18.3 接触类型

18.4 其他接触控制参数

18.4.1 法向接触力方向

18.4.2 搜索间距

18.4.3 接触调整

18.4.4 接触间隙

18.4.5 接触面相对滑移

18.4.6 接触厚度

18.4.7 接触稳定

18.4.8 接触友好单元

18.4.9 不分离接触

18.4.10 自接触

18.5 接触分析结果

18.6 接触卡片

18.7 接触分析实例

18.7.1 实例：卡扣的插拔

18.7.2 实例：橡胶圈自接触

第19章 高级结构非线性分析

19.1 连续工况分析

19.1.1 CNTNLSUB卡片

19.1.2 实例：橡胶圈连续工况分析

19.2 螺栓预紧分析

19.2.1 螺栓预紧工作原理

19.2.2 螺栓预紧卡片

19.2.3 实例：轴承支座螺栓预紧分析

19.3 接触及单元的激活与去除

19.3.1 接触及单元的激活与去除卡片

19.3.2 实例：多个螺栓的激活与去除

19.4 重启动分析

19.4.1 重启动卡片

19.4.2 实例：重启动分析

19.5 非线性分析问题诊断及对策

19.5.1 模型中存在刚体位移

19.5.2 接触稳定

19.5.3 最后一个增量步不收敛

19.5.4 接触没有完全收敛

19.5.5 塑性变形过大

第20章 非线性隐式动力学分析

20.1 隐式动力学理论基础

20.1.1 广义α方法

20.1.2 后退的欧拉方法

20.2 非线性瞬态分析中的阻尼

20.3 连续工况分析

20.4 隐式动力学卡片设置

20.5 实例：撞击车身隐式动力学分析

第21章 疲劳分析理论基础

21.1 疲劳破坏机理

21.2 疲劳分析基本术语

21.3 疲劳破坏影响因素

21.4 疲劳分析方法

21.5 SN疲劳曲线的获得

21.6 雨流计数

21.7 疲劳损伤累积

21.8 比例加载与非比例加载

第22章 高周疲劳分析

22.1 SN曲线

22.2 疲劳载荷历程

22.3 单轴疲劳

22.3.1 单轴疲劳评估方法

22.3.2 平均应力修正

22.3.3 单轴疲劳分析流程

22.4 多轴疲劳

22.4.1 多轴疲劳评估方法

22.4.2 多轴疲劳分析流程

22.5 高周疲劳卡片

22.6 高周疲劳分析实例

22.6.1 实例：副车架单轴疲劳分析

22.6.2 实例：副车架多轴疲劳分析

第23章 低周疲劳分析

23.1 单调载荷下的应力应变曲线

23.2 循环载荷下的应力应变曲线

23.3 滞回曲线

23.4 应变疲劳EN曲线

23.5 单轴疲劳分析

23.5.1 Neuber应力修正

23.5.2 平均应力修正

23.6 多轴疲劳分析

23.6.1 非比例硬化

23.6.2 弹塑性应力修正

23.6.3 多轴疲劳评估方法

23.7 低周疲劳卡片

23.8 低周疲劳分析实例

23.8.1 实例：转向节单轴低周疲劳分析

23.8.2 实例：转向节多轴低周疲劳分析

第24章 焊接疲劳分析

24.1 焊点疲劳分析

24.1.1 焊点疲劳建模方法

24.1.2 焊点疲劳评估方法

24.1.3 焊点疲劳平均应力修正

24.1.4 焊点疲劳厚度修正

24.1.5 焊点疲劳卡片

24.2 焊缝疲劳分析

24.2.1 焊缝基本术语

24.2.2 焊缝疲劳建模方法

24.2.3 焊缝疲劳评估位置

24.2.4 焊缝疲劳评估方法

24.2.5 焊缝疲劳厚度修正

24.2.6 焊缝疲劳平均应力修正

24.2.7 焊缝疲劳卡片

24.3 焊接疲劳分析实例

24.3.1 实例：某零件焊点疲劳分析

24.3.2 实例：车架焊接疲劳分析

第25章 振动疲劳分析

25.1 瞬态疲劳

25.2 扫频疲劳

25.2.1 线性扫频疲劳评估

25.2.2 对数扫频疲劳评估

25.2.3 定频疲劳评估

25.2.4 扫频疲劳卡片

25.3 随机振动疲劳

25.3.1 功率谱惯性矩

25.3.2 应力幅值概率密度函数

25.3.3 总循环数

25.3.4 损伤及寿命的计算

25.3.5 随机振动疲劳卡片

25.4 振动疲劳分析实例

25.4.1 实例：电池包随机振动疲劳分析

25.4.2 实例：电池包扫频疲劳分析

第26章 高性能计算

26.1 高性能计算相关术语

26.2 硬件资源

26.3 软件算法

26.3.1 模态快速算法

26.3.2 并行算法

26.4 内存管理

26.5 HPC最佳实践

附录 A电子版资源

A.1 第27章结构热传导分析

A.2 第28章多物理场耦合分析