有限元仿真及在电连接技术中的应用

　　《有限元仿真及在电连接技术中的应用》全面阐述了电连接领域产品设计、性能分析相关的力学、热学、电磁学等学科理论、有限元法，并融合仿真分析技术及软件、实际案例，针对电连接领域产品特点，从理论到应用，通过大量的工程案例分析对读者进行指导。《有限元仿真及在电连接技术中的应用》可作为机械、电工、电气设备工程设计、技术研发人员的参考书，也可作为工科院校机电工程自动化或相关专业本科生和研究生的参考用书。读者可根据自己专业方向、工程研究需求选择相应篇章，既可以进行深入的理论系统学习，也可以通过案例分析及软件操作实战中的应用技巧与难点指导，高效快速掌握仿真分析方法，提升理论水平及实际应用技能。

　　芦娜，博士，硕士研究生导师，北京邮电大学自动化学院高级工程师。从教近30年，主讲研究生、本科生“有限元法”“振动与冲击隔离”“流体传动与控制”“基础力学实验”“机械设计基础实验”等多门课程；从事电子设备结构设计方法、机电系统设计及机电元件可靠性研究，主要包括机电系统设计、结构设计、计算机模拟仿真、机电元件的可靠性分析、通信与控制系统中电接触故障机理研究等。近年来多次协助中国电子元件协会电连接器分会举办连接器行业培训及研讨会，并主讲电连接设计、性能仿真分析等课程模块。作为主要研究人主持或参加了多项国家自然科学基金项目、教育部重点项目和多个国内外公司（如美国AMP、芬兰NOKIA、华为、安费诺、航天电器、中国电力科学研究院等）合作科研项目。在电连接及可靠性研究室中，主要负责研制的精密再定位电接触电阻测试设备、微动测试设备、连接器使用寿命测试装置等电连接检测设备获得多项专利。

序
前言
第1章 绪论1
1.1什么是仿真1
1.2仿真分析的理论基础——有限元法1
1.3有限元仿真在电力、电子、通信电连接中的应用12
第1篇 电连接结构的有限元仿真分析31
第2章 结构力学的基本概念、理论、有限元求解方法33
2.1基本概念33
2.2功与能37
2.3虚功原理38
2.4最小势能原理38
2.5弹性力学有限元求解39
第3章 ANSYS结构场有限元仿真分析54
3.1分析流程及步骤54
3.2分析实例——同轴连接器簧片力学性能分析61
第4章 电连接结构仿真分析基本技术73
4.1构建模型73
4.2网格技术80
4.3接触分析85
4.4收敛性95
第5章 电连接结构仿真分析应用实例101
5.1快插连接器结构分析101
5.2片簧连接器的插拔力分析111
5.3冠簧连接器的力学性能118
5.4环簧连接器的接触分析127
5.5汇流排螺栓连接应力分布138
第2篇 电连接动态性能有限元仿真分析151
第6章 动力学的基本概念、理论和有限元求解方法153
6.1概述153
6.2有限元振动方程154
6.3结构振动的特性157
6.4结构振动固有频率和主振型的有限元法159
6.5结构振动响应的有限元法160
6.6谐响应分析166
6.7随机振动分析167
第7章 ANSYS动力学仿真分析流程174
7.1模态分析流程174
7.2谐响应分析流程177
7.3随机振动分析流程182
7.4瞬态动力学分析流程185
第8章 电连接动态性能分析实例189
8.1冠簧端子模态分析189
8.2汽车连接器振动分析194
8.3连接器的抗冲击性能202
第3篇 电连接电—热性能有限元仿真分析217
第9章 热场基本概念、理论、有限元求解方法219
9.1基本概念219
9.2热传导定律220
9.3温度场控制方程、初始条件和边界条件221
9.4热场有限元分析223
第10章 ANSYS热—电场分析流程236
第11章 电连接电—热仿真分析实例242
11.1快插连接器热电仿真242
11.2DL37 连接器温升249
11.3金手指连接器电—热分析259
第12章 电连接电—热分析中考虑的问题274
12.1连接器热分析274
12.2连接器对流换热系数274
12.3连接器热分析中对热辐射换热的考虑276
第4篇 电连接电磁性能仿真分析279
第13章 电磁场基本概念及理论281
13.1电磁场的基本方程组281
13.2磁场和电场的偏微分方程282
13.3有限元法求解电磁场偏微分方程283
13.4电连接的电磁兼容性能286
第14章 电磁仿真分析流程295
14.1ANSYS Workbench电场分析流程295
14.2HFSS分析流程299
第15章 分析实例311
15.1接触区域电流线收缩效应311
15.2射频同轴连接器传输性能320
15.3电源连接器屏蔽性能分析326
第5篇 电连接中非线性问题的仿真分析335
第16章 非线性分析相关理论、方法337
16.1非线性概述337
16.2弹塑性分析理论338
16.3非线性求解牛顿—拉普森算法339
16.4非线性分析特点及注意问题340
第17章 ANSYS非线性仿真分析流程341
17.1static structural结构模块341
17.2显示动力学分析模块347
第18章 分析实例352
18.1鱼眼端子接触分析352
18.2金手指连接结构综合分析374
第6篇 电连接中结构疲劳仿真分析415
第19章 结构疲劳分析概述417
第20章 结构疲劳分析仿真要点及流程420
20.1恒定振幅比例载荷疲劳分析要点及流程420
20.2非恒定振幅比例载荷疲劳分析方法及流程427
20.3恒定振幅非比例载荷疲劳分析方法及流程432
第21章 分析实例434
21.1鸭嘴连接器疲劳分析434
21.2汽车连接器瞬态动力学下疲劳寿命分析439
第7篇电连接的优化设计445
第22章 参数化447
22.1基本概念447
22.2DM中参数化447
22.3CAD中参数化449
第23章 优化设计452
23.1Design Exploration (DE)模块452
23.2参数、设计点、响应点452
23.3优化方法453
23.4Design Explorer 分析特点453
第24章 Design Explorer 分析流程455
第25章 分析实例463
25.1汇流铜排结构的力学性能分析463
25.2同轴连接器簧片优化设计470
第8篇 电连接的多场耦合仿真479
第26章 多场耦合分析的基本概念、方法481
第27章 耦合分析要点及流程483
27.1热—电耦合分析483
27.2热—结构耦合分析483
第28章 分析实例489
28.1电力户外隔离开关静触指抱夹电连接性能（电—热—结构）489
28.2温度变化对电动汽车变速箱连接器密封性能影响507
参考文献515