描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787111644811
本书是电接触电连接工程技术人员实战宝典！
《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。
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
前 言
近年来，仿真技术在机械、电子、电力、汽车、航空、航天、通信等军用和民用领域中的应用飞速发展，并不断向广度和深度拓展，在国民经济建设和国防建设中发挥了越来越重要的作用，而广泛的应用又推动促进了仿真技术本身的进步。仿真技术已成为现代企业产品设计的必备手段，特别是在新品研发过程中，以其他方法无法替代的特殊功能，透视产品特性、加工工艺、试验以及制造过程，为设计提供关键性依据。仿真延伸了设计工程师的眼睛甚至大脑，提高研发人员的判断力，降低设计和制造的成本和时间周期。仿真是推动科技进步的战略性技术。仿真技术应用正向全系统、系统全生命周期、系统全方位管理方向发展。
电连接技术是多学科理论综合应用技术，涉及机械、力学、热学、电学、电磁学、材料学等多学科理论。这些理论的综合应用，本身就对电连接领域的工程设计人员提出很高要求。而电连接仿真更是一个复杂的过程，需要工程设计人员不仅具有相关学科的专业、系统的理论知识、工程实践经验，还要具有仿真技术的基础理论知识、分析方法，掌握仿真软件。目前国内电连接行业产品研发中存在的主要问题，除了基础理论的研究不够深入，设计理念、设计方法落后以外，不能借助先进设计工具实施精细化设计也是导致高端产品研发难以突破瓶颈的主要因素。仿真技术的应用，对于大多数企业基本处于初级阶段，仅仅是设计、试验的“附属品”，多数情况下只是在研发后期进行部分性能指标的设计校核，这一现状严重制约、影响电连接行业的发展。究其原因则与电连接行业中缺乏具有高水平的专业理论知识、丰富的工程设计经验、掌握工程设计仿真技术的人员不无干系。如何使工程设计人员系统、高效、快速掌握仿真技术，并应用于实际工程实践解决工程实际问题，是电连接行业亟待解决的问题。
本人多年从事电连接理论、技术研究，与电子、电工等机电领域，特别是电连接行业内的企业进行科研项目合作，协助企业进行新品研发设计、产品性能分析、质量评估。期间，深感企业对新品开发的迫切需求与实际产品设计、工艺技术等能力不足的现状，为此曾多次对企业设计、技术人员进行相关理论、技术的培训、指导。本书即是在多次培训的教材、讲义以及与企业研发项目合作案例的基础上整理编写的。本书全面阐述了电连接领域产品设计、性能分析相关的机械、力学、热学、电学、电磁学、材料学等学科理论、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，在基础理论与工程应用中架起一座桥梁。
全书共分为8篇28章，第1章绪论，概述了仿真基本概念、要素，用实例介绍了仿真分析的基本理论——有限元法的基本思想、原理、分析方法；并通过笔者多年研究积累的工程案例介绍仿真在电力、通信特别是电连接行业中的应用。第1~4篇（第2~15章）分别为电连接结构的有限元仿真分析、电连接动态性能有限元仿真分析、电连接电—热性能有限元仿真分析、电连接电磁性能仿真分析，分别对电连接设计、性能分析时主要涉及的结构、振动冲击、电—热、电磁的有限元仿真进行系统介绍，主要包括：相关学科的基本概念、理论、原理；有限元理论、求解方法；有限元仿真分析软件模块、分析流程、基本步骤；通过典型案例，详细讲解进行连接器仿真分析的具体操作；针对连接器进行仿真时常用的建模、网格质量评估、接触设置、边界条件、收敛性等技术、技巧以及容易出现的问题进行指导，提高仿真的准确性及精度。第5篇（第16~18章）针对电连接的非线性问题进行讨论，阐述了弹塑性、非线性理论，介绍了有限元非线性分析方法、仿真分析流程，通过实例具体讲解连接器的非线性仿真步骤的具体操作。第6篇（第19~21章）针对电连接的结构疲劳仿真分析进行讨论，介绍了疲劳理论、分析方法、仿真分析流程，通过实例具体讲解连接器的结构疲劳仿真步骤的具体操作。第7篇（第22~25章）为电连接的优化设计，介绍连接器结构参数化设计、参数灵敏性分析及优化设计方法、步骤。第8篇（第26~28章）为电连接的多场协同仿真。电连接性能通常是多物理场共同作用的结果，为了获得其实际工况下的真实特性，就要进行多场协同仿真的耦合分析。第26章介绍了多场协同仿真的分析要点、方法，第27章介绍了多场协同仿真的分析流程，第28章通过实例讲解连接器多场协同仿真、耦合分析仿真的步骤和具体操作。
当前，我国电连接仿真技术方面的图书十分匮乏，尤其缺少全面、系统、深入的关于电连接仿真应用研究的专著。本书填补了这项空白。本书通俗易懂，便于自学，可作为电工、电子、电气设备科研与工程、技术人员的参考书，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。读者可根据自己的专业方向、工程研究的实际需求选择相应篇章，既可以进行深入的理论系统学习，也可以通过案例分析与软件操作实战中的应用技巧、难点指导，高效快速地掌握仿真分析方法，提升理论水平及实际应用技能。
本书在写作过程中，得到北京邮电大学电连接可靠性研究室主任许良军教授和北京邮电大学自动化学院杨福兴教授的指导；科研室研究生张海刚、王涛、陈俊明协助做了许多工作；郑明星、何玉峰、杨杰、端木文乐、宗志祥、常鹏飞、钟泽南、曹怀宗、姚雷阳、丰皇、陈陆平、辛春雷、李不凡、徐振鹏、黄剑锋、隋林、陶明瑞、吕天一、陈艳、陈晗卿、景红光、王俊阳、杨智杰等提供了帮助，在此一并表示感谢。
尽管作者几经努力，进行了大量的艰苦工作，但因水平有限，书中疏漏欠妥之处在所难免，竭诚欢迎读者批评指正。
芦娜于北京邮电大学
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