武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的有限元應(yīng)用
為了加快武器裝備的發(fā)展，適應(yīng)不斷變化的戰(zhàn)場環(huán)境，多種現(xiàn)代化設(shè)計(jì)手段伴隨著科技的進(jìn)步應(yīng)運(yùn)而生，并在武器裝備設(shè)計(jì)中深入應(yīng)用。作為武器系統(tǒng)論證、分析、設(shè)計(jì)的重要方法與手段，有限元分析基本貫穿了武器裝備設(shè)計(jì)的全過程。本書針對有限元在武器設(shè)計(jì)中的主要應(yīng)用方向，結(jié)合具體案例進(jìn)行了簡要梳理和闡述。本書介紹了有限元方法的歷史發(fā)展和分析流程；討論了武器系統(tǒng)所涉及的力學(xué)問題與有限元方法；介紹了有限元的前處理及網(wǎng)格劃分方法；結(jié)合實(shí)例，對靜/動態(tài)載荷下的武器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核、彈體空氣動力學(xué)、彈體高速侵徹、武器系統(tǒng)模態(tài)分析、爆炸效應(yīng)分析中的有限元方法基礎(chǔ)知識和應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)講解。
本書可用于武器系統(tǒng)與工程本科專業(yè)的有限元應(yīng)用教學(xué)，并可作為彈藥工程與爆炸技術(shù)安全工程等相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的教學(xué)參考用書。
本書主要面向武器系統(tǒng)與工程專業(yè)的本科生，從系統(tǒng)上梳理和介紹武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的有限元分析方法以及相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識和軟件工具；從前、后處理及求解器的整體性入手進(jìn)行介紹，強(qiáng)調(diào)通用理論與應(yīng)用實(shí)例的相結(jié)合，進(jìn)行有限元分析方法介紹，涉及整個(gè)武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的動/靜態(tài)載荷強(qiáng)度校核、氣動/水動力、系統(tǒng)模態(tài)、高速侵徹和爆炸效應(yīng)等方面；以多個(gè)具有代表性的有限元分析方法與實(shí)例為基本支撐點(diǎn)，以點(diǎn)代面、深入淺出地引導(dǎo)相關(guān)實(shí)踐、介紹相關(guān)基礎(chǔ)理論及方法。
有限元分析（Finite Element
Analysis，F(xiàn)EA），是利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實(shí)物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬和求解，是工程設(shè)計(jì)與研究中的重要方法和手段，在眾多現(xiàn)代化武器裝備設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用，尤其在動/靜態(tài)載荷強(qiáng)度校核、氣動/水動力、系統(tǒng)模態(tài)、高速侵徹和爆炸效應(yīng)等分析中較為常用，基本已貫穿了武器設(shè)計(jì)的全過程。
武器系統(tǒng)的效能是研制和使用該系統(tǒng)所追求的總目標(biāo)，是規(guī)劃、研制和部署武器系統(tǒng)的基本依據(jù)，是評價(jià)武器系統(tǒng)優(yōu)劣的重要的綜合性能指標(biāo)，是軍事運(yùn)籌研究的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。通過武器系統(tǒng)的效能分析，可以解決武器裝備建設(shè)和使用中的許多問題，如武器裝備(方案)的綜合性評估、武器裝備建設(shè)工程的優(yōu)化管理、武器裝備使用的決策分析等。系統(tǒng)效能是預(yù)期一個(gè)系統(tǒng)能夠滿足一組特定任務(wù)要求的程度的量度，是系統(tǒng)的可用性、可信性和能力的函數(shù)。
本書以面向武器系統(tǒng)與工程本科專業(yè)教學(xué)為主要特色，針對有限元在武器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，結(jié)合具體案例進(jìn)行了系統(tǒng)講解，以期為武器系統(tǒng)與工程本科專業(yè)的有限元應(yīng)用教學(xué)活動提供有益幫助和支撐，并可應(yīng)用于彈藥工程與爆炸技術(shù)安全工程等專業(yè)的本科教學(xué)。書中大部分插圖來自英文原始資料，編者對書中圖表進(jìn)行了翻譯整理。本書既可以作為一本技術(shù)參考書，為行業(yè)內(nèi)的科研人員提供必要的參考，也可以作為武器系統(tǒng)、有限元專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)武器學(xué)科知識的輔助材料。
由于時(shí)間緊迫，編者水平有限，書中可能存在疏漏和不足之處，歡迎讀者批評指正。
李曉峰，男，博士，就職于北京理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院。長期在兵器技術(shù)系統(tǒng)領(lǐng)域從事侵徹力學(xué)、多剛體動力學(xué)和動態(tài)信號傳感與測試領(lǐng)域的教學(xué)科研工作，在仿真計(jì)算、材料性能、信號處理等領(lǐng)域發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文，授權(quán)專利8項(xiàng)，獲國防科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。
第1章緒論
1.1復(fù)雜工程技術(shù)問題求解的一般過程與數(shù)值求解的特點(diǎn)
1.2有限元方法的發(fā)展歷史
1.3有限元的概念、基本思路及其分析的一般流程
第2章武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與有限元分析方法
2.1現(xiàn)代化武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
2.2武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)所涉及的力學(xué)問題與有限元方法
第3章有限元分析前處理及網(wǎng)格劃分方法
3.1有限元分析前處理的重要性、作用及流程
3.2常用的計(jì)算網(wǎng)格類型及網(wǎng)格劃分方法
3.3常用的網(wǎng)格劃分軟件及TrueGrid網(wǎng)格劃分實(shí)例
3.4基于參數(shù)化的自動網(wǎng)格劃分技術(shù)與實(shí)例
第4章靜/動態(tài)載荷下的武器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核分析基礎(chǔ)理論與實(shí)例
4.1強(qiáng)度理論及線性本構(gòu)關(guān)系
4.2靜/動態(tài)載荷作用下的強(qiáng)度校核基礎(chǔ)
4.3結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核有限元分析方法與實(shí)例
第5章氣動力分析基礎(chǔ)理論與實(shí)例
5.1彈體飛行所關(guān)注的空氣動力學(xué)問題
5.2氣動力有限元分析基礎(chǔ)理論
5.3彈體飛行有限元分析方法與實(shí)例
第6章高速侵徹分析基礎(chǔ)理論、方法與實(shí)例
6.1LS-DYNA基礎(chǔ)
6.2彈體高速侵徹分析過程中所關(guān)注的內(nèi)容
6.3高速侵徹分析基礎(chǔ)理論
6.4基于高速侵徹的有限元分析方法與實(shí)例
第7章武器系統(tǒng)模態(tài)分析基礎(chǔ)理論與實(shí)例
7.1結(jié)構(gòu)振動動力學(xué)特性與模態(tài)分析的作用
7.2模態(tài)分析基礎(chǔ)理論
7.3武器系統(tǒng)模態(tài)分析方法與實(shí)例
第8章爆炸效應(yīng)分析理論基礎(chǔ)、方法和實(shí)例
8.1武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中爆炸效應(yīng)研究的相關(guān)內(nèi)容
8.2炸藥狀態(tài)方程及流固耦合算法原理
8.3爆炸效應(yīng)有限元分析方法與實(shí)例
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