前 言
近年來，仿真技術(shù)在機械、電子、電力、汽車、航空、航天、通信等軍用和民用領域中的應用飛速發(fā)展，并不斷向廣度和深度拓展，在國民經(jīng)濟建設和國防建設中發(fā)揮了越來越重要的作用，而廣泛的應用又推動促進了仿真技術(shù)本身的進步。仿真技術(shù)已成為現(xiàn)代企業(yè)產(chǎn)品設計的必備手段，特別是在新品研發(fā)過程中，以其他方法無法替代的特殊功能，透視產(chǎn)品特性、加工工藝、試驗以及制造過程，為設計提供關鍵性依據(jù)。仿真延伸了設計工程師的眼睛甚至大腦，提高研發(fā)人員的判斷力，降低設計和制造的成本和時間周期。仿真是推動科技進步的戰(zhàn)略性技術(shù)。仿真技術(shù)應用正向全系統(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)是多學科理論綜合應用技術(shù)，涉及機械、力學、熱學、電學、電磁學、材料學等多學科理論。這些理論的綜合應用，本身就對電連接領域的工程設計人員提出很高要求。而電連接仿真更是一個復雜的過程，需要工程設計人員不僅具有相關學科的專業(yè)、系統(tǒng)的理論知識、工程實踐經(jīng)驗，還要具有仿真技術(shù)的基礎理論知識、分析方法，掌握仿真軟件。目前國內(nèi)電連接行業(yè)產(chǎn)品研發(fā)中存在的主要問題，除了基礎理論的研究不夠深入，設計理念、設計方法落后以外，不能借助先進設計工具實施精細化設計也是導致高端產(chǎn)品研發(fā)難以突破瓶頸的主要因素。仿真技術(shù)的應用，對于大多數(shù)企業(yè)基本處于初級階段，僅僅是設計、試驗的“附屬品”，多數(shù)情況下只是在研發(fā)后期進行部分性能指標的設計校核，這一現(xiàn)狀嚴重制約、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、豐富的工程設計經(jīng)驗、掌握工程設計仿真技術(shù)的人員不無干系。如何使工程設計人員系統(tǒng)、高效、快速掌握仿真技術(shù)，并應用于實際工程實踐解決工程實際問題，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、電工等機電領域，特別是電連接行業(yè)內(nèi)的企業(yè)進行科研項目合作，協(xié)助企業(yè)進行新品研發(fā)設計、產(chǎn)品性能分析、質(zhì)量評估。期間，深感企業(yè)對新品開發(fā)的迫切需求與實際產(chǎn)品設計、工藝技術(shù)等能力不足的現(xiàn)狀，為此曾多次對企業(yè)設計、技術(shù)人員進行相關理論、技術(shù)的培訓、指導。本書即是在多次培訓的教材、講義以及與企業(yè)研發(fā)項目合作案例的基礎上整理編寫的。本書全面闡述了電連接領域產(chǎn)品設計、性能分析相關的機械、力學、熱學、電學、電磁學、材料學等學科理論、有限元法，并融合仿真分析技術(shù)及軟件、實際案例，針對電連接領域產(chǎn)品特點，從理論到應用，通過大量的工程案例分析對讀者進行指導，在基礎理論與工程應用中架起一座橋梁。
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，分別對電連接設計、性能分析時主要涉及的結(jié)構(gòu)、振動沖擊、電—熱、電磁的有限元仿真進行系統(tǒng)介紹，主要包括：相關學科的基本概念、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，詳細講解進行連接器仿真分析的具體操作；針對連接器進行仿真時常用的建模、網(wǎng)格質(zhì)量評估、接觸設置、邊界條件、收斂性等技術(shù)、技巧以及容易出現(xiàn)的問題進行指導，提高仿真的準確性及精度。第5篇（第16~18章）針對電連接的非線性問題進行討論，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）針對電連接的結(jié)構(gòu)疲勞仿真分析進行討論，介紹了疲勞理論、分析方法、仿真分析流程，通過實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)化設計，介紹連接器結(jié)構(gòu)參數(shù)化設計、參數(shù)靈敏性分析及優(yōu)化設計方法、步驟。第8篇（第26~28章）為電連接的多場協(xié)同仿真。電連接性能通常是多物理場共同作用的結(jié)果，為了獲得其實際工況下的真實特性，就要進行多場協(xié)同仿真的耦合分析。第26章介紹了多場協(xié)同仿真的分析要點、方法，第27章介紹了多場協(xié)同仿真的分析流程，第28章通過實例講解連接器多場協(xié)同仿真、耦合分析仿真的步驟和具體操作。
當前，我國電連接仿真技術(shù)方面的圖書十分匱乏，尤其缺少全面、系統(tǒng)、深入的關于電連接仿真應用研究的專著。本書填補了這項空白。本書通俗易懂，便于自學，可作為電工、電子、電氣設備科研與工程、技術(shù)人員的參考書，也可作為工科院校機電工程自動化或相關專業(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、工程研究的實際需求選擇相應篇章，既可以進行深入的理論系統(tǒng)學習，也可以通過案例分析與軟件操作實戰(zhàn)中的應用技巧、難點指導，高效快速地掌握仿真分析方法，提升理論水平及實際應用技能。
本書在寫作過程中，得到北京郵電大學電連接可靠性研究室主任許良軍教授和北京郵電大學自動化學院楊福興教授的指導；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、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、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，竭誠歡迎讀者批評指正。


蘆娜于北京郵電大學


序 言
有限元起源于20世紀40年代，隨著計算機的迅速發(fā)展與普及，得到了廣泛應用，目前已成為產(chǎn)品設計不可或缺的仿真工具。有限元方法從數(shù)學的角度是一種數(shù)值計算方法，它通過結(jié)構(gòu)離散化突破了理論對結(jié)構(gòu)、參數(shù)的規(guī)則限制，從而可近似地無限逼近工程應用的真值，突破了傳統(tǒng)設計理論近似加實驗修正的方法，大大提高了設計的準確性和效率。
電連接器功能、結(jié)構(gòu)簡單，而其兩大特征卻給設計工程師帶來無盡煩惱：種類、規(guī)格繁多，可靠性要求極高。前者是因為要匹配各種各樣的設備、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也會明顯降低系統(tǒng)的可靠性。
上述兩大特征使人們對設計規(guī)范和精確設計提出了需求：能夠反映基本要求、普遍要求的連接器設計程序（不是軟件）。其意義是減少重復工作、避免低級錯誤，即滿足客戶需求、提高工作效率。而精確設計亦即針對性設計，離不開強有力的計算工具，這就是有限元方法。
目前，有限元軟件功能十分強大，也越來越人性化（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，甚至會導致意料之外的損失�，F(xiàn)今社會，中青年工程師大多具備良好的計算機基礎，學習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計的入門基礎，是遠遠不夠的。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理論，在此基礎上建立有限元計算模型。這個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)是涉及多學科的交叉或邊緣科學，其有限元應用涉及結(jié)構(gòu)力學、電磁場、熱學、材料學及非線性等多個方面。本書內(nèi)容豐富，涵蓋了電連接器及相關工程問題的有限元應用，闡述了相關的理論基礎，使用了大量的工程案例，反映了作者多年從事電連接科研、教學與實踐的心得和成果積累。
目前，我國電連接器行業(yè)還比較年輕但發(fā)展迅速，大量的從業(yè)人員對于連接器設計還有許多需要學習和提高的地方。本書彌補了此方面書籍的匱乏，對連接器設計工程師掌握連接器有限元設計、解決工程問題和提高設計水平有很大幫助。


許良軍