前 言
近年來(lái)，仿真技術(shù)在機(jī)械、電子、電力、汽車、航空、航天、通信等軍用和民用領(lǐng)域中的應(yīng)用飛速發(fā)展，并不斷向廣度和深度拓展，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用，而廣泛的應(yīng)用又推動(dòng)促進(jìn)了仿真技術(shù)本身的進(jìn)步。仿真技術(shù)已成為現(xiàn)代企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的必備手段，特別是在新品研發(fā)過程中，以其他方法無(wú)法替代的特殊功能，透視產(chǎn)品特性、加工工藝、試驗(yàn)以及制造過程，為設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵性依據(jù)。仿真延伸了設(shè)計(jì)工程師的眼睛甚至大腦，提高研發(fā)人員的判斷力，降低設(shè)計(jì)和制造的成本和時(shí)間周期。仿真是推動(dòng)科技進(jìn)步的戰(zhàn)略性技術(shù)。仿真技術(shù)應(yīng)用正向全系統(tǒng)、系統(tǒng)全生命周期、系統(tǒng)全方位管理方向發(fā)展。
電連接技術(shù)是多學(xué)科理論綜合應(yīng)用技術(shù)，涉及機(jī)械、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、電磁學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科理論。這些理論的綜合應(yīng)用，本身就對(duì)電連接領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)人員提出很高要求。而電連接仿真更是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要工程設(shè)計(jì)人員不僅具有相關(guān)學(xué)科的專業(yè)、系統(tǒng)的理論知識(shí)、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，還要具有仿真技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識(shí)、分析方法，掌握仿真軟件。目前國(guó)內(nèi)電連接行業(yè)產(chǎn)品研發(fā)中存在的主要問題，除了基礎(chǔ)理論的研究不夠深入，設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法落后以外，不能借助先進(jìn)設(shè)計(jì)工具實(shí)施精細(xì)化設(shè)計(jì)也是導(dǎo)致高端產(chǎn)品研發(fā)難以突破瓶頸的主要因素。仿真技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于大多數(shù)企業(yè)基本處于初級(jí)階段，僅僅是設(shè)計(jì)、試驗(yàn)的“附屬品”，多數(shù)情況下只是在研發(fā)后期進(jìn)行部分性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)校核，這一現(xiàn)狀嚴(yán)重制約、影響電連接行業(yè)的發(fā)展。究其原因則與電連接行業(yè)中缺乏具有高水平的專業(yè)理論知識(shí)、豐富的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、掌握工程設(shè)計(jì)仿真技術(shù)的人員不無(wú)干系。如何使工程設(shè)計(jì)人員系統(tǒng)、高效、快速掌握仿真技術(shù)，并應(yīng)用于實(shí)際工程實(shí)踐解決工程實(shí)際問題，是電連接行業(yè)亟待解決的問題。
本人多年從事電連接理論、技術(shù)研究，與電子、電工等機(jī)電領(lǐng)域，特別是電連接行業(yè)內(nèi)的企業(yè)進(jìn)行科研項(xiàng)目合作，協(xié)助企業(yè)進(jìn)行新品研發(fā)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品性能分析、質(zhì)量評(píng)估。期間，深感企業(yè)對(duì)新品開發(fā)的迫切需求與實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)等能力不足的現(xiàn)狀，為此曾多次對(duì)企業(yè)設(shè)計(jì)、技術(shù)人員進(jìn)行相關(guān)理論、技術(shù)的培訓(xùn)、指導(dǎo)。本書即是在多次培訓(xùn)的教材、講義以及與企業(yè)研發(fā)項(xiàng)目合作案例的基礎(chǔ)上整理編寫的。本書全面闡述了電連接領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能分析相關(guān)的機(jī)械、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、電磁學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科理論、有限元法，并融合仿真分析技術(shù)及軟件、實(shí)際案例，針對(duì)電連接領(lǐng)域產(chǎn)品特點(diǎn)，從理論到應(yīng)用，通過大量的工程案例分析對(duì)讀者進(jìn)行指導(dǎo)，在基礎(chǔ)理論與工程應(yīng)用中架起一座橋梁。
全書共分為8篇28章，第1章緒論，概述了仿真基本概念、要素，用實(shí)例介紹了仿真分析的基本理論——有限元法的基本思想、原理、分析方法；并通過筆者多年研究積累的工程案例介紹仿真在電力、通信特別是電連接行業(yè)中的應(yīng)用。第1~4篇（第2~15章）分別為電連接結(jié)構(gòu)的有限元仿真分析、電連接動(dòng)態(tài)性能有限元仿真分析、電連接電—熱性能有限元仿真分析、電連接電磁性能仿真分析，分別對(duì)電連接設(shè)計(jì)、性能分析時(shí)主要涉及的結(jié)構(gòu)、振動(dòng)沖擊、電—熱、電磁的有限元仿真進(jìn)行系統(tǒng)介紹，主要包括：相關(guān)學(xué)科的基本概念、理論、原理；有限元理論、求解方法；有限元仿真分析軟件模塊、分析流程、基本步驟；通過典型案例，詳細(xì)講解進(jìn)行連接器仿真分析的具體操作；針對(duì)連接器進(jìn)行仿真時(shí)常用的建模、網(wǎng)格質(zhì)量評(píng)估、接觸設(shè)置、邊界條件、收斂性等技術(shù)、技巧以及容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行指導(dǎo)，提高仿真的準(zhǔn)確性及精度。第5篇（第16~18章）針對(duì)電連接的非線性問題進(jìn)行討論，闡述了彈塑性、非線性理論，介紹了有限元非線性分析方法、仿真分析流程，通過實(shí)例具體講解連接器的非線性仿真步驟的具體操作。第6篇（第19~21章）針對(duì)電連接的結(jié)構(gòu)疲勞仿真分析進(jìn)行討論，介紹了疲勞理論、分析方法、仿真分析流程，通過實(shí)例具體講解連接器的結(jié)構(gòu)疲勞仿真步驟的具體操作。第7篇（第22~25章）為電連接的優(yōu)化設(shè)計(jì)，介紹連接器結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)、參數(shù)靈敏性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、步驟。第8篇（第26~28章）為電連接的多場(chǎng)協(xié)同仿真。電連接性能通常是多物理場(chǎng)共同作用的結(jié)果，為了獲得其實(shí)際工況下的真實(shí)特性，就要進(jìn)行多場(chǎng)協(xié)同仿真的耦合分析。第26章介紹了多場(chǎng)協(xié)同仿真的分析要點(diǎn)、方法，第27章介紹了多場(chǎng)協(xié)同仿真的分析流程，第28章通過實(shí)例講解連接器多場(chǎng)協(xié)同仿真、耦合分析仿真的步驟和具體操作。
當(dāng)前，我國(guó)電連接仿真技術(shù)方面的圖書十分匱乏，尤其缺少全面、系統(tǒng)、深入的關(guān)于電連接仿真應(yīng)用研究的專著。本書填補(bǔ)了這項(xiàng)空白。本書通俗易懂，便于自學(xué)，可作為電工、電子、電氣設(shè)備科研與工程、技術(shù)人員的參考書，也可作為工科院校機(jī)電工程自動(dòng)化或相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的參考用書。讀者可根據(jù)自己的專業(yè)方向、工程研究的實(shí)際需求選擇相應(yīng)篇章，既可以進(jìn)行深入的理論系統(tǒng)學(xué)習(xí)，也可以通過案例分析與軟件操作實(shí)戰(zhàn)中的應(yīng)用技巧、難點(diǎn)指導(dǎo)，高效快速地掌握仿真分析方法，提升理論水平及實(shí)際應(yīng)用技能。
本書在寫作過程中，得到北京郵電大學(xué)電連接可靠性研究室主任許良軍教授和北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院楊福興教授的指導(dǎo)；科研室研究生張海剛、王濤、陳俊明協(xié)助做了許多工作；鄭明星、何玉峰、楊杰、端木文樂、宗志祥、常鵬飛、鐘澤南、曹懷宗、姚雷陽(yáng)、豐皇、陳陸平、辛春雷、李不凡、徐振鵬、黃劍鋒、隋林、陶明瑞、呂天一、陳艷、陳晗卿、景紅光、王俊陽(yáng)、楊智杰等提供了幫助，在此一并表示感謝。
盡管作者幾經(jīng)努力，進(jìn)行了大量的艱苦工作，但因水平有限，書中疏漏欠妥之處在所難免，竭誠(chéng)歡迎讀者批評(píng)指正。


蘆娜于北京郵電大學(xué)


序 言
有限元起源于20世紀(jì)40年代，隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展與普及，得到了廣泛應(yīng)用，目前已成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)不可或缺的仿真工具。有限元方法從數(shù)學(xué)的角度是一種數(shù)值計(jì)算方法，它通過結(jié)構(gòu)離散化突破了理論對(duì)結(jié)構(gòu)、參數(shù)的規(guī)則限制，從而可近似地?zé)o限逼近工程應(yīng)用的真值，突破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論近似加實(shí)驗(yàn)修正的方法，大大提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和效率。
電連接器功能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而其兩大特征卻給設(shè)計(jì)工程師帶來(lái)無(wú)盡煩惱：種類、規(guī)格繁多，可靠性要求極高。前者是因?yàn)橐�匹配各種各樣的設(shè)備、系統(tǒng)；后者是由于使用量大，單一連接器千分之一的故障率累積起來(lái)也會(huì)明顯降低系統(tǒng)的可靠性。
上述兩大特征使人們對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)范和精確設(shè)計(jì)提出了需求：能夠反映基本要求、普遍要求的連接器設(shè)計(jì)程序（不是軟件）。其意義是減少重復(fù)工作、避免低級(jí)錯(cuò)誤，即滿足客戶需求、提高工作效率。而精確設(shè)計(jì)亦即針對(duì)性設(shè)計(jì)，離不開強(qiáng)有力的計(jì)算工具，這就是有限元方法。
目前，有限元軟件功能十分強(qiáng)大，也越來(lái)越人性化（便于使用）。但說到底它只是一種工具。再好的工具如果不能正確使用，也難以得到理想的、正確的結(jié)果，甚至?xí)��?dǎo)致意料之外的損失�，F(xiàn)今社會(huì)，中青年工程師大多具備良好的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)和掌握有限元軟件的使用方法并非難事，然而這僅僅是有限元設(shè)計(jì)的入門基礎(chǔ)，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在工程中用好有限元，需要了解有限元的基本原理，透徹分析工程需求、要解決的問題以及涉及的相關(guān)理論，在此基礎(chǔ)上建立有限元計(jì)算模型。這個(gè)過程需要磨練和積累，也決定了使用者水平的提升空間。
電連接技術(shù)是涉及多學(xué)科的交叉或邊緣科學(xué)，其有限元應(yīng)用涉及結(jié)構(gòu)力學(xué)、電磁場(chǎng)、熱學(xué)、材料學(xué)及非線性等多個(gè)方面。本書內(nèi)容豐富，涵蓋了電連接器及相關(guān)工程問題的有限元應(yīng)用，闡述了相關(guān)的理論基礎(chǔ)，使用了大量的工程案例，反映了作者多年從事電連接科研、教學(xué)與實(shí)踐的心得和成果積累。
目前，我國(guó)電連接器行業(yè)還比較年輕但發(fā)展迅速，大量的從業(yè)人員對(duì)于連接器設(shè)計(jì)還有許多需要學(xué)習(xí)和提高的地方。本書彌補(bǔ)了此方面書籍的匱乏，對(duì)連接器設(shè)計(jì)工程師掌握連接器有限元設(shè)計(jì)、解決工程問題和提高設(shè)計(jì)水平有很大幫助。


許良軍