书籍详情
焊接有限元技术
作者：刘鹏，马群双，初雅杰 编
出版社：化学工业出版社
出版时间：2020-04-01
ISBN：9787122357625
定价：¥58.00
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内容简介
《焊接有限元技术》以焊接有限元分析为目的介绍了ANSYS软件的基本操作和实体建模、网格划分、后处理等功能和操作；讲解了ANSYS命令流与参数化设计语言（APDL）以及ANSYS在温度场、应力场及耦合场的应用；通过工程实例介绍了电子封装焊接、电弧焊接、搅拌摩擦焊接和压力焊接等有限元分析的过程和要点。《焊接有限元技术》部分案例以GUI和APDL两种方式展开。读者可以下载命令流程序代码。
作者简介
初雅杰，南京工程学院，副教授，作者一直承担焊接技术与工程专业本科生的教学和焊接专业科研任务。主要讲授“焊接结构与变形”“焊接CAE技术与应用”“热加工工艺”等课程。在焊接专业本科人才培养模式、课程体系、教学方法与考核模式等方面一直进行研究与实践，取得较好的研究效果，为焊接专业人才培养提供了较好的理论指导和实践经验。主持校博士研究基金、校重大创新基金，参与国家自然科学青年基金、省自然科学面上基金，荣获省科技进步三等奖1项。主持教改课题“焊接技术与工程专业实践教学体系的改革与实践”，主持教研课题“焊接CAE技术与应用课程线上线下混合教学方法研究”。
目录
第1章 有限元基础 1
1.1 有限元产生的背景 1
1.2 有限元分析的作用及应用领域 2
1.3 有限元的基本解题思想 3
1.4 有限元常用软件简介 5
1.5 有限元软件在焊接中的应用 6
第2章 ANSYS软件基础 9
2.1 ANSYS软件的模块组成 9
2.2 ANSYS单位制的使用 12
2.3 ANSYS图形界面的交互操作（GUI） 12
2.4 ANSYS的数据库操作与文件管理 18
2.5 ANSYS在线帮助 20
2.6 ANSYS软件的退出 21
第3章 ANSYS实体建模 22
3.1 有限元实体建模基础 22
3.2 基本图元对象的建立 23
3.2.1 点定义 23
3.2.2 线定义 27
3.2.3 面定义 30
3.2.4 体定义 33
3.3 布尔运算 37
3.3.1 加（Add） 37
3.3.2 粘接（Glue） 37
3.3.3 搭接（Overlap） 37
3.3.4 减（Subtract） 38
3.3.5 切分（Divide） 38
3.3.6 相交（Intersect） 38
3.3.7 互分（Partition） 39
3.4 图元对象的其他操作 39
3.4.1 移动 39
3.4.2 旋转 40
3.4.3 复制 40
3.4.4 镜像 41
3.4.5 删除 41
3.5 从第三方软件中导入模型 42
3.5.1 IGES格式模型的导入 42
3.5.2 SAT格式模型的导入 42
3.6 实例1——工字梁的焊接 42
3.7 实例2——板筒焊接 46
3.8 实例3——圆筒焊缝 48
第4章 ANSYS网格划分 52
4.1 定义单元属性 52
4.1.1 单元类型 52
4.1.2 实常数和截面属性 54
4.1.3 材料属性 55
4.2 指定网格控制及生成网格 58
4.2.1 分配单元属性 58
4.2.2 网格密度控制 60
4.2.3 生成和改变网格 63
4.3 网格划分方式 64
第5章 ANSYS加载与求解 71
5.1 载荷种类及加载方式 71
5.2 定义载荷 74
5.3 求解 84
5.3.1 求解控制及求解器 84
5.3.2 多载荷步求解 87
第6章 ANSYS后处理 88
6.1 后处理概述 88
6.2 结果文件 88
6.3 后处理可用的数据类型 89
6.4 通用后处理器POST1 89
6.5 时间历程后处理器POST26 91
第7章 ANSYS命令流与参数化设计语言（APDL） 93
7.1 ANSYS命令流概述 93
7.2 ANSYS基本操作命令及流文件分析 95
7.2.1 命令流基本关键字 95
7.2.2 前处理器 96
7.2.3 加载与求解 103
7.2.4 后处理操作 105
7.2.5 实用菜单操作 106
7.2.6 流文件分析 108
7.3 ANSYS参数化设计语言（APDL） 109
7.3.1 自定义工具栏 110
7.3.2 定义参数 110
7.3.3 使用参数 110
7.3.4 获取数据库数据 111
7.3.5 数组初步 112
7.4 宏基础 113
7.4.1 控制语句 115
7.4.2 建立宏的技巧 117
7.4.3 关于命令流的注意事项 117
7.5 编写命令流的良好习惯 118
7.6 APDL操作练习 118
第8章 焊接工程有限元分析 127
8.1 焊接过程有限元分析的意义和特点 127
8.2 焊接温度场的分析理论 128
8.2.1 热源计算模型 129
8.2.2 热源计算模型的选取 130
8.3 焊接应力和变形的分析理论 130
8.4 材料性能及边界条件的影响 131
8.5 焊接过程有限元仿真 132
8.5.1 焊接过程温度场模拟分析 132
8.5.2 焊接过程应力场模拟分析 134
8.5.3 焊接金属熔敷及凝固的模拟 135
8.6 基于ANSYS软件的熔焊过程仿真 136
第9章 粘接封装结构有限元分析 145
9.1 电子封装工艺简介 145
9.2 电子封装国内外研究现状 146
9.3 电子封装的焊料研究 147
9.4 电子封装面临的工程问题 149
9.5 芯片与基板粘接组装问题描述 149
9.6 GUI操作 150
第10章 方形扁平封装结构有限元分析 157
10.1 方形扁平封装器件简介 157
10.2 QFP结构焊点在温度循环载荷下的有限元分析 157
10.2.1 Anand黏塑性本构模型 157
10.2.2 材料参数 158
10.2.3 单元类型 159
10.2.4 有限元模型 159
10.2.5 载荷及边界条件 159
10.2.6 分析过程的APDL命令流 160
10.2.7 结果分析 171
10.2.8 结论 172
10.3 QFP结构焊点在位移循环载荷下的有限元分析 172
10.3.1 分析方案 172
10.3.2 分析过程的APDL命令流 172
10.3.3 结果分析 176
10.3.4 结论 177
第11章 焊球组装结构有限元分析 179
11.1 问题描述 179
11.2 模型建立过程和参数定义 180
11.2.1 模型建立过程 180
11.2.2 参数定义 180
11.3 实体建模 182
11.3.1 单元复制得到完整结构 184
11.3.2 边界条件 185
11.4 加载及求解 185
11.5 结果分析 187
第12章 对接接头双面焊温度场及应力场分析 190
12.1 问题描述 190
12.2 操作步骤 191
第13章 丁字接头温度场及应力场分析 203
13.1 生死单元法 203
13.2 问题描述 204
13.3 操作步骤 205
第14章 搅拌摩擦焊有限元分析 212
14.1 问题描述 212
14.2 材料的本构模型 213
14.3 单元的选择 213
14.4 边界条件和载荷 213
14.4.1 热边界条件 213
14.4.2 力学边界条件 214
14.4.3 载荷 214
14.5 GUI操作 214
14.5.1 前处理 214
14.5.2 求解 219
14.5.3 后处理 223
第15章 平板堆焊热应力分析 224
15.1 问题描述 224
15.2 操作步骤 225
第16章 点焊有限元分析 231
16.1 问题描述 231
16.2 操作步骤 231
16.2.1 模型建立 231
16.2.2 点焊和接触的定义 233
16.2.3 加载与求解 233
16.2.4 查看结果 235
参考文献 236
1.1 有限元产生的背景 1
1.2 有限元分析的作用及应用领域 2
1.3 有限元的基本解题思想 3
1.4 有限元常用软件简介 5
1.5 有限元软件在焊接中的应用 6
第2章 ANSYS软件基础 9
2.1 ANSYS软件的模块组成 9
2.2 ANSYS单位制的使用 12
2.3 ANSYS图形界面的交互操作（GUI） 12
2.4 ANSYS的数据库操作与文件管理 18
2.5 ANSYS在线帮助 20
2.6 ANSYS软件的退出 21
第3章 ANSYS实体建模 22
3.1 有限元实体建模基础 22
3.2 基本图元对象的建立 23
3.2.1 点定义 23
3.2.2 线定义 27
3.2.3 面定义 30
3.2.4 体定义 33
3.3 布尔运算 37
3.3.1 加（Add） 37
3.3.2 粘接（Glue） 37
3.3.3 搭接（Overlap） 37
3.3.4 减（Subtract） 38
3.3.5 切分（Divide） 38
3.3.6 相交（Intersect） 38
3.3.7 互分（Partition） 39
3.4 图元对象的其他操作 39
3.4.1 移动 39
3.4.2 旋转 40
3.4.3 复制 40
3.4.4 镜像 41
3.4.5 删除 41
3.5 从第三方软件中导入模型 42
3.5.1 IGES格式模型的导入 42
3.5.2 SAT格式模型的导入 42
3.6 实例1——工字梁的焊接 42
3.7 实例2——板筒焊接 46
3.8 实例3——圆筒焊缝 48
第4章 ANSYS网格划分 52
4.1 定义单元属性 52
4.1.1 单元类型 52
4.1.2 实常数和截面属性 54
4.1.3 材料属性 55
4.2 指定网格控制及生成网格 58
4.2.1 分配单元属性 58
4.2.2 网格密度控制 60
4.2.3 生成和改变网格 63
4.3 网格划分方式 64
第5章 ANSYS加载与求解 71
5.1 载荷种类及加载方式 71
5.2 定义载荷 74
5.3 求解 84
5.3.1 求解控制及求解器 84
5.3.2 多载荷步求解 87
第6章 ANSYS后处理 88
6.1 后处理概述 88
6.2 结果文件 88
6.3 后处理可用的数据类型 89
6.4 通用后处理器POST1 89
6.5 时间历程后处理器POST26 91
第7章 ANSYS命令流与参数化设计语言（APDL） 93
7.1 ANSYS命令流概述 93
7.2 ANSYS基本操作命令及流文件分析 95
7.2.1 命令流基本关键字 95
7.2.2 前处理器 96
7.2.3 加载与求解 103
7.2.4 后处理操作 105
7.2.5 实用菜单操作 106
7.2.6 流文件分析 108
7.3 ANSYS参数化设计语言（APDL） 109
7.3.1 自定义工具栏 110
7.3.2 定义参数 110
7.3.3 使用参数 110
7.3.4 获取数据库数据 111
7.3.5 数组初步 112
7.4 宏基础 113
7.4.1 控制语句 115
7.4.2 建立宏的技巧 117
7.4.3 关于命令流的注意事项 117
7.5 编写命令流的良好习惯 118
7.6 APDL操作练习 118
第8章 焊接工程有限元分析 127
8.1 焊接过程有限元分析的意义和特点 127
8.2 焊接温度场的分析理论 128
8.2.1 热源计算模型 129
8.2.2 热源计算模型的选取 130
8.3 焊接应力和变形的分析理论 130
8.4 材料性能及边界条件的影响 131
8.5 焊接过程有限元仿真 132
8.5.1 焊接过程温度场模拟分析 132
8.5.2 焊接过程应力场模拟分析 134
8.5.3 焊接金属熔敷及凝固的模拟 135
8.6 基于ANSYS软件的熔焊过程仿真 136
第9章 粘接封装结构有限元分析 145
9.1 电子封装工艺简介 145
9.2 电子封装国内外研究现状 146
9.3 电子封装的焊料研究 147
9.4 电子封装面临的工程问题 149
9.5 芯片与基板粘接组装问题描述 149
9.6 GUI操作 150
第10章 方形扁平封装结构有限元分析 157
10.1 方形扁平封装器件简介 157
10.2 QFP结构焊点在温度循环载荷下的有限元分析 157
10.2.1 Anand黏塑性本构模型 157
10.2.2 材料参数 158
10.2.3 单元类型 159
10.2.4 有限元模型 159
10.2.5 载荷及边界条件 159
10.2.6 分析过程的APDL命令流 160
10.2.7 结果分析 171
10.2.8 结论 172
10.3 QFP结构焊点在位移循环载荷下的有限元分析 172
10.3.1 分析方案 172
10.3.2 分析过程的APDL命令流 172
10.3.3 结果分析 176
10.3.4 结论 177
第11章 焊球组装结构有限元分析 179
11.1 问题描述 179
11.2 模型建立过程和参数定义 180
11.2.1 模型建立过程 180
11.2.2 参数定义 180
11.3 实体建模 182
11.3.1 单元复制得到完整结构 184
11.3.2 边界条件 185
11.4 加载及求解 185
11.5 结果分析 187
第12章 对接接头双面焊温度场及应力场分析 190
12.1 问题描述 190
12.2 操作步骤 191
第13章 丁字接头温度场及应力场分析 203
13.1 生死单元法 203
13.2 问题描述 204
13.3 操作步骤 205
第14章 搅拌摩擦焊有限元分析 212
14.1 问题描述 212
14.2 材料的本构模型 213
14.3 单元的选择 213
14.4 边界条件和载荷 213
14.4.1 热边界条件 213
14.4.2 力学边界条件 214
14.4.3 载荷 214
14.5 GUI操作 214
14.5.1 前处理 214
14.5.2 求解 219
14.5.3 后处理 223
第15章 平板堆焊热应力分析 224
15.1 问题描述 224
15.2 操作步骤 225
第16章 点焊有限元分析 231
16.1 问题描述 231
16.2 操作步骤 231
16.2.1 模型建立 231
16.2.2 点焊和接触的定义 233
16.2.3 加载与求解 233
16.2.4 查看结果 235
参考文献 236
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