Tác giả | Lưu Nguyễn Nam Hải |
ISBN | 978-604-82-1516-3 |
ISBN điện tử | 978-604-82-6215-0 |
Khổ sách | 19 x 26,5 cm |
Năm xuất bản (tái bản) | 2015 |
Danh mục | Lưu Nguyễn Nam Hải |
Số trang | 198 |
Ngôn ngữ | vi |
Loại sách | Ebook;Sách giấy; |
Quốc gia | Việt Nam |
Trong thế kỷ XX, lịch sử ghi nhận rất nhiều phát minh quan trọng có ảnh hưởng lớn tới cuộc sống của nhân loại và tạo ra những cuộc cách mạng toàn diện trong các lĩnh vực khoa học công nghệ. Điểm chung của hầu hết các phát minh đột phá như: bản đồ gen, chip điện toán, vật liệu mới, các công nghệ trợ giúp tính toán, quản lý và khai thác cơ sở dữ liệu... đó là khai thác năng lực tính toán tự động của máy tính điện tử để giải quyết các vấn đề phức tạp và thiết yếu.
Trong ngành khoa học công nghệ ứng dụng như xây dựng, cơ khí, cơ điện, thủy công, môi trường... cũng ghi nhận một sự thay đổi toàn diện về công nghệ tính toán. Khởi điểm từ việc công bố ý tưởng về sự giải quyết bài toán phân tích cơ hệ bằng cách rời rạc hóa của Alexander Hrennikoff (1941) và Richard Courant (1942) và sau đó là những bước tính toán được hệ thống hóa thành một phương pháp tính toán mới của Olgierd Zienkiewicz (1947) từ trường Imperial College, Vương quốc Anh, phương pháp Phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM) hoặc cồn được gọi là phương pháp phân tích dùng phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis - FEA). Thời gian sau, phương pháp này được phát triển mạnh mẽ trên phạm vi toàn cầu và trở thành một phương pháp chính thống, rất hiệu quả và có khả năng ứng dụng mạnh mẽ.
Hiện tại, việc sử dụng các phần mềm tự động hóa quá trình phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn đã trở thành một bước bắt buộc trong quá trình phân tích và thiết kế. Dù nước ta vẫn còn nằm trong danh sách những quốc gia đang phát triển, chưa có đủ điều kiện để du nhập và sử dụng chính thống các phần mềm tính toán thương mại đồ sộ như SAP 2000 Nonlinear, ETABS, STAAD Pro, ANSYS, ABAQUS, SAM CEF.... Nguyên lý cơ bản về phương pháp phần tử hữu hạn đã được đưa vào chương trình đào tạo kỹ sư của các trường công nghệ. Thông thường, môn học này được xác định như là một học phần bổ sung vào giai đoạn chuyên ngành hoặc cơ sở ngành, tự chọn hoặc bắt buộc với thời lượng khoảng 2 tín chỉ.
Cũng do lịch sử phát triển của phương pháp phần tử hữu hạn, có rất nhiều trường phái luận lý hình thành và đều có những thành tựu rõ rệt. Khi các trường phái này du nhập vào Việt Nam, đã thể hiện một số cách trình bày và quan điểm khác nhau trong các tài liệu đã ấn bản. Cùng với sự phức tạp của phương pháp tính toán, sự đa dạng của các tài liệu luận lý khiến sinh viên, các kỹ sư khó có thể có được sự nắm bắt các quan điểm cơ bản phương pháp này một cách rành mạch, rõ ràng và có hệ thống.
Cuốn sách ”ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm MathCAD” được viết và biên soạn theo mục tiêu đó.
MỤC LỤC | Trang |
Lời nói đầu | 3 |
Chương 1: Tổng quan | 5 |
1.1. Nội dung cuốn sách được sử dụng trong những lĩnh vực nào | 5 |
1.2. Phương pháp phần tử hữu hạn là gì | 8 |
1.3. Quá trình phân tích bằng FEM | 9 |
1.4. Diễn giải về phương pháp phần tử hữu hạn | 12 |
Chương 2: Phương pháp độ cứng trực tiếp: chia nhỏ sơ đồ tính . | 14 |
2.1. Tại sao chúng ta dùng dàn phẳng? | 14 |
2.2. Kết cấu dàn | 15 |
2.3. Quá trình lý tưởng hóa | 16 |
2.4. Các lực và chuyển vị trên liên kết | 16 |
2.5. Hệ phương trình độ cứng chủ chốt | 17 |
2.6. Các bước chia nhỏ sơ đồ tính | 18 |
Chương 3: Phương pháp độ cứng trực tiếp: Kết hợp và kết quả | 22 |
3.1. Giới thiệu | 22 |
3.2. Kết hợp - Assembly | 22 |
3.3. Giải - Solution | 28 |
3.4. Quy trình sau phân tích - Postprocessing | 29 |
3.5. Kết nối và giải theo giải thuật áp dụng cho máy tính | 30 |
Chương 4: Phương pháp độ cứng trực tiếp: Mở rộng | 34 |
4.1. Các chuyển vị khác không cho trước | 34 |
4.2. Hiệu ứng cơ nhiệt | 38 |
4.3. Hiệu ứng tải trọng ban đầu | 43 |
Chương 5: Xây dựng phần tử theo sức bền vật liệu | 45 |
5.1. Phương pháp công thức hoá (Formulation method) | 45 |
5.2. Phương trình độ cứng cho phần tử phức tạp | 48 |
5.3. Các phần tử với các đại lượng nội | 51 |
Chương 6: Mô hình hóa phần tử hữu hạn: Giới thiệu | 53 |
6.1. Các thuật ngữ sử dụng trong FEM | 53 |
6.2. Quá trình lý tưởng hoá - Idealization | 55 |
6.3. Rời rạc hóa - Discretization | 57 |
6.4. Phương pháp phần tử hữu hạn | 58 |
6.5. Phân loại các phần tử cơ học | 61 |
6.6. Lắp ghép - Assembly | 62 |
6.7. Các điều kiện biên | 62 |
Chương 7: Mô hình hóa FEM: Chia lưới, tải trọng và điều kiện biên | 64 |
7.1. Các ghi chú tổng quát | 64 |
7.2. Các chỉ dẫn về sự phân bố của các phần tử | 64 |
7.3. Các giải pháp tập trung tải phân bố vào nút | 66 |
7.4. Điều kiện biên - Boundary conditions | 68 |
7.5. Các điều kiện liền kết với đất - Support conditions | 68 |
7.6. Các điều kiện đối xứng và phản xứng | 70 |
Chương 8: Điều kiện biên đa bậc tự do | 72 |
8.1. Phân loại các điều kiện biên | 72 |
8.2. Các phương pháp áp đặt điều kiện biên đa bậc tự do | 74 |
8.3. Kết cấu ví dụ | 74 |
8.4. Phương pháp khử các thành phần phụ | 75 |
Chương 9: Điều kiện biên đa bậc tự do (tiếp theo) | 82 |
9.1. Phương pháp Penalty - The penalty method | 82 |
9.2. Phương pháp phụ thêm nhân tử Lagrange | 87 |
9.3. Phương pháp phụ thêm Lagrang | 90 |
9.4. Kết luận | 91 |
Chương 10: Siêu phần tử và quan hệ giữa hệ thống tổng quát - Hệ địa phương | 92 |
10.1. Khái niệm siêu phần tử | 92 |
10.2. Tóm tắt thủ tục phân tích tĩnh học | 94 |
10.3. Phân tích quan hệ tổng quát và địa phương | 97 |
Chương 11: Biểu thức biến phân của phần tử thanh | 99 |
11.1. Sự khởi đầu mới | 99 |
11.2. Định nghĩa phần tử thanh | 99 |
11.3. Biểu thức biến phân | 101 |
11.4. Các phương trình phần tử hữu hạn | 104 |
11.5. Tổng quát | 106 |
Chương 12: Công thức biến phân của phần tử dầm phẳng | 107 |
12.1. Giới thiệu | 107 |
12.2. Dầm là gì? | 107 |
12.4. Hàm thế năng toàn phần | 111 |
12.5. Phần tử dầm | 112 |
12.6. Phương trình phần tử hữu hạn | 113 |
Chương 13: Bài toán ứng suất phẳng | 119 |
13.1. Giới thiệu | 119 |
13.2. Diễn giải bài toán ứng suất phẳng | 121 |
13.3. Phương trình đàn hồi tuyến tính | 122 |
13.4. Phương trình phần tử hữu hạn | 125 |
Chương 14: Tấm tam giác ứng suất phẳng tuyến tính | 128 |
14.1. Giới thiệu | 128 |
14.2. Thuộc tính hình học của tam giác và hệ tọa độ | 129 |
14.3. Nguồn gốc của phần tử | 132 |
14.4. Kiểm tra sự phù hợp của mô hình toán học | 135 |
14.5. Sơ đồ khối trường hợp phần tử tam giác tuyến tính | 136 |
14.6. Phép đạo hàm với biến dạng và ứng suất tự nhiên | 136 |
Chương 15: Phương pháp đẳng tham số | 140 |
15.1. Giới thiệu | 140 |
15.2. Phương pháp đẳng tham số | 140 |
15.3. Biểu thức đẳng tham số tổng quát | 142 |
15.4. Các phần tử tam giác | 143 |
15.5. Phần tử tứ giác | 144 |
15.6. Tính chất hoàn chỉnh của phần tử đẳng tham số | 146 |
Chương 16: Các phần tử tứ giác đẳng tham số | 153 |
16.1. Giới thiệu | 153 |
16.2. Tính các đạo hàm riêng | 153 |
16.3. Tích phân số theo quy tắc Gauss | 155 |
16.4. Ma trận độ cứng | 157 |
16.5. Cách tính nhanh độ cứng phần tử | 158 |
Chương 17: Làm việc với hàm dạng | 165 |
17.1. Các yêu cầu | 165 |
17.2. Xây dựng trực tiếp các hàm dạng | 165 |
17.3. Hàm dạng của phần tử tam giác | 166 |
17.4. Hàm dạng phần tử tứ giác | 169 |
17.5. Phương pháp này có thể áp dụng mọi trường họp không? | 171 |
Chương 18: Các yêu cầu hội tụ của FEM | 173 |
18.1. Tổng quan | 173 |
18.2. Chỉ số biến phân | 173 |
18.3. Điều kiện phù hợp | 174 |
18.4. Sự ổn định | 176 |
Phụ chương: Sơ lược về MathCAD | 179 |
Tài liệu tham khảo | 192 |