工程有限单元法

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出版者:石油大学出版社
作者:署恒木
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2003-01-01
价格:21.0
装帧:
isbn号码:9787563611348
丛书系列:
图书标签:
  • 有限元
  • 工程力学
  • 数值分析
  • 结构力学
  • 计算方法
  • MATLAB
  • Python
  • 固体力学
  • 数值计算
  • 工程应用
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具体描述

好的,这是一份关于非《工程有限单元法》的图书简介,旨在详细介绍其他工程领域或方法,并避免提及有限元法: 《现代结构动力学与地震工程分析》 第一章 绪论:结构动力学基础 本书旨在为读者提供一个全面而深入的结构动力学视角,尤其侧重于土木工程和机械工程领域中复杂结构在动态载荷作用下的响应分析。我们将从最基本的原理出发,系统地梳理经典力学在处理时间相关问题上的应用,为后续的复杂模型建立奠定坚实的理论基础。 本章首先回顾了结构的自由振动理论,详细阐述了单自由度(SDOF)和多自由度(MDOF)系统的运动微分方程。我们不仅会推导这些方程,还会深入探讨模态分析的概念——如何通过特征值问题确定结构的固有频率和振型。对于 MDOF 系统,我们将着重讲解质量矩阵、刚度矩阵的构建原则,以及如何利用 Rayleigh-Ritz 方法或能量法进行简化。我们还将讨论结构阻尼的物理意义和数学表征,如粘性阻尼、结构阻尼比的概念,以及 Rayleigh 阻尼在工程实践中的应用与局限性。本章的重点在于建立对系统能量耗散和振动特性的直观理解。 第二章 振动响应分析:时域与频域方法 在确定了结构的固有特性后,下一阶段的核心任务是分析结构在外部激励下的响应。本章系统地介绍了求解结构动力响应的两种主要方法:时域分析和频域分析。 时域分析部分,我们将重点介绍数值积分方法的应用。对于强制振动问题,我们将详细讨论 Newmark-$eta$ 法、中心差分法等瞬态分析算法的原理、稳定性和精度要求。我们还会探讨如何处理非线性问题,特别是当结构刚度随时间或位移发生变化时,如何通过迭代求解器(如牛顿-拉夫森法)实现隐式动力学分析。 频域分析则聚焦于稳态响应。我们将深入探讨傅立叶变换在动力学中的应用,如何将复杂的任意输入激励分解为一系列正弦分量。谐响应分析将是本章的重点,我们将讲解如何计算系统在特定频率范围内的幅值和相位响应,以及共振现象的识别与评估。此外,我们还会介绍谱分析方法,这在地震工程中尤为重要,如何利用反应谱来快速评估结构在特定地震动下的最大响应。 第三章 随机振动理论与概率分析 在许多实际工程场景中,外部载荷,如风荷载或地面运动,往往是随机过程而非确定的时间函数。本章将结构动力学推向概率和统计的范畴,介绍随机振动理论。 我们首先从随机过程的基础知识入手,包括平稳性、遍历性、自相关函数和功率谱密度(PSD)函数的定义。随后,我们将探讨如何将结构的动力特性与随机激励的统计特性结合起来,推导出结构响应的统计特征(如均方根值、方差)。重点内容包括白噪声激励下的响应分析,以及如何利用 Luré 积分等方法处理非平稳随机过程。本章还将涉及可靠性分析的基础,例如极值理论在评估结构长期服役安全中的应用,确保工程设计不仅满足确定性要求,更能抵抗随机不确定性。 第四章 抗震设计原理与性能化方法 当前代工程结构设计中,抗震能力是至关重要的考量因素。本章将理论知识与工程实践紧密结合,深入探讨先进的抗震设计理念。 我们将从传统的设计规范回顾开始,对比基于力的设计方法与基于性能的设计(Performance-Based Design, PBD)方法的区别。PBD 强调结构在不同地震强度下应达到的特定性能目标(如:正常使用、生命安全、防止倒塌)。本章将详细介绍非线性时程分析(NLTHA)在PBD中的应用,如何通过精确模拟结构的滞回性能来评估其抗震储备。此外,我们将专门讨论隔震技术和主动/被动减震技术,分析这些先进控制策略对降低结构损伤和提高韧性的作用机理与分析方法,包括如何将隔震支座或阻尼器模型精确地耦合到整体结构动力模型中。 第五章 冲击与爆炸响应分析 本章关注极端荷载事件,如车辆撞击、设备碰撞或爆炸冲击。这些载荷具有极高的加载速率和极短的作用时间,使得结构进入高度非线性甚至是材料失效状态。 我们将详细分析冲击载荷的特性,如脉冲函数和冲激函数。针对这类超高速动力学问题,传统的数值方法可能因其时间步长限制而效率低下。因此,本章将重点介绍显式动力学分析技术,它在处理材料大变形、接触问题和波传播模拟中的优势。我们将讨论材料本构模型的选择,特别是混凝土、钢材在极高应变率下的动态力学行为(应变率效应)。最后,本章将通过具体的案例研究,演示如何模拟结构在爆炸波作用下的响应,包括超压计算、冲击波的耦合作用以及结构局部破坏的预测。 第六章 结构健康监测与系统辨识 随着传感技术和数据处理能力的飞速发展,结构健康监测(SHM)已成为现代工程运维不可或缺的一部分。本章将探讨如何利用实际监测数据来评估和更新结构的动力模型。 我们将介绍各种传感器技术,如加速度计、应变片和光纤传感器,以及它们在采集结构振动响应数据中的应用。核心内容是系统辨识技术,即如何从输入的激励和输出的响应数据中反演提取结构的质量、刚度和阻尼参数。本章将涵盖模态参数识别方法,例如频域的峰值拾取法、时域的随机子空间辨识(SSI)方法和频域分解法(FDD)。辨识出的参数将用于建立更准确的分析模型,从而实现对结构状态的实时评估和早期损伤检测。 总结 《现代结构动力学与地震工程分析》是一本面向高级本科生、研究生及工程专业人士的参考书。它系统地覆盖了从基础振动理论到前沿的抗震设计和健康监测的广阔领域,强调理论推导与工程实际应用的结合,旨在培养读者对动态系统进行准确建模和评估的能力,为应对复杂工程环境下的挑战提供强大的分析工具箱。全书内容高度聚焦于动力学、振动控制、抗震和冲击等领域,结构清晰,论述严谨。

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用户评价

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这本书以其深入浅出的讲解方式,成功地吸引了我这个初学者。作者从最基本的概念出发,循序渐进地引导我理解有限元方法的原理和应用。我特别欣赏书中关于如何建立有限元模型的详细步骤,从前处理(网格划分、材料属性定义、边界条件施加)到求解,再到后处理(结果查看和分析),每一个环节都讲解得非常清晰。我曾经在进行一个简单的平面应力分析时,对如何正确地划分网格感到困惑,总觉得无法得到满意的结果。这本书中的相关章节,通过大量的图示和实际案例,详细介绍了不同类型的网格划分方法,以及如何根据几何形状和载荷分布选择合适的网格密度和形状。作者还对如何施加边界条件和载荷进行了详细的讲解,让我明白,边界条件和载荷的设置对计算结果的准确性有着至关重要的影响。我记得书中有一个章节专门讨论了如何进行模型的收敛性分析,作者通过改变网格密度,比较不同网格密度下的计算结果,来判断网格的收敛性。这让我意识到,有限元分析并非一蹴而就,需要反复的验证和优化才能获得可靠的结果。书中关于结果后处理的讲解也给我留下了深刻的印象,作者详细介绍了如何查看位移、应力、应变等结果,以及如何进行结果的可视化和评估。这对于我理解结构在不同载荷下的响应,以及评估设计的合理性,提供了重要的参考。这本书的理论性和实践性相结合,为我掌握有限元分析技术打下了坚实的基础,也让我对工程计算充满了信心。

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这本书以其翔实和深入的理论阐述,成功地构建了有限元方法在工程领域应用的坚实基础。从最基础的离散化概念开始,作者逐步引导读者理解如何将连续的物理域转化为离散的节点和单元,并在此基础上推导出控制方程的变分形式。我特别欣赏作者在解释形函数和插值方法时所展现出的清晰思路,无论是拉格朗日插值还是高斯积分,都通过大量的图示和详细的推导,让原本抽象的概念变得触手可及。在接触这本书之前,我对有限元法的理解仅限于一些皮毛,觉得它是一个黑箱,输入荷载输出变形。但读完这本书,我才真正明白,有限元法不仅仅是一种数值计算工具,更是一种严谨的数学建模和分析方法。例如,作者在讲解单元刚度矩阵的组装过程中,详细阐述了局部坐标系到全局坐标系的转换,以及边界条件的施加对最终解的影响,这对于理解有限元软件的内部工作原理至关重要。我曾经在解决一个复杂结构的热应力问题时遇到瓶颈,当时尝试了很多不同的方法,都未能得到满意的结果。这本书中的相关章节,特别是关于热-结构耦合分析的论述,为我提供了全新的视角。作者深入剖析了热传导方程和结构力学方程之间的耦合关系,以及如何通过有限元方法将它们有效地整合在一起进行求解。我记得其中一个例子,详细介绍了如何处理不同材料属性的界面处的热边界条件,以及如何在数值模型中准确地模拟热应力引起的形变。这种详尽的解析,让我对工程实际问题中的复杂性有了更深刻的认识,也让我更加相信有限元法在解决这些问题上的强大能力。书中关于网格收敛性分析的讨论也给我留下了深刻的印象,作者强调了网格密度和单元类型对计算结果精度的影响,并提供了一系列指导原则,帮助工程师选择合适的网格策略。这对于避免“低精度”的计算结果,确保工程设计的可靠性至关重要。这本书的深度和广度,让我受益匪浅,也极大地提升了我解决实际工程问题的信心和能力。

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这本书以其翔实而全面的内容,为我提供了一个深入理解有限元方法的绝佳平台。作者从最基本的数学原理出发,逐步引导读者掌握了从离散化到求解的完整流程。我特别欣赏书中关于单元插值函数的选取和推导过程,作者详细介绍了不同类型的插值函数(如线性、二次、三次)在不同几何形状单元中的应用,并深入分析了它们对计算精度的影响。例如,在分析一个具有复杂几何形状和载荷分布的结构时,我曾尝试使用不同阶数的插值函数,并通过与解析解的对比,直观地感受到了高阶插值函数在提高计算精度方面的优势。书中关于刚度矩阵组装和求解过程的讲解,清晰明了,让我对整个有限元分析的流程有了更深刻的认识。我记得书中有一个章节专门讨论了边界条件的施加,作者详细介绍了如何将各种约束条件(如固定约束、弹性约束、周期性约束)转化为节点位移或者力约束,并融入到全局刚度矩阵的求解过程中。这对于我理解有限元模型如何准确地反映实际工程中的边界约束,具有非常重要的意义。作者还对几种常见的求解器(如直接求解法和迭代求解法)进行了介绍,并分析了它们在不同规模和性质的线性方程组求解中的优缺点。这让我对有限元分析的计算效率有了更深入的了解。书中关于收敛性分析和误差估计的讨论也给我留下了深刻的印象,作者强调了网格密度、单元类型以及插值函数阶数对计算结果精度的影响,并提供了一系列实用的指导原则,帮助工程师选择合适的分析策略。这本书的深度和广度,为我掌握有限元分析技术提供了坚实的基础,也让我对工程问题的建模和分析有了更深刻的理解。

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这本书的内容深度和广度都令人惊叹,它不仅仅是一本讲解有限元方法技术手册,更像是一本关于工程分析思维的百科全书。作者从最基本的数学原理出发,循序渐进地引导读者进入有限元法的世界,从最初的离散化概念到复杂的非线性分析,每一个环节都讲解得丝丝入扣。我尤其喜欢书中对于不同单元类型(如桁架单元、梁单元、二维实体单元、三维实体单元等)的深入剖析,作者不仅解释了它们各自的数学模型和刚度矩阵的推导过程,还结合实际工程应用,阐述了不同单元在结构分析中的适用性和局限性。例如,在分析一个复杂的空间框架结构时,我曾纠结于如何选择合适的单元类型来模拟梁的弯曲和轴向变形,以及如何有效地处理节点之间的连接关系。这本书中的相关章节,详细对比了梁单元在剪切变形和轴向变形方面的处理方式,以及如何通过更精细的单元模型来提高结果的精度。作者还对高阶单元和奇异单元的应用场景进行了详细的介绍,这对于解决应力集中等问题提供了有力的工具。我记得书中有一个章节专门讨论了在进行有限元分析时如何选择合适的边界条件,这对于确保计算结果的准确性至关重要。作者通过大量的实例,演示了固定约束、滚动约束、弹性支撑等不同边界条件的施加方式,以及它们对整体结构响应的影响。这让我意识到,边界条件的设置往往比单元的选择更加关键,一个不合理的边界条件设置,即使使用了再高精度的单元,也可能导致完全错误的分析结果。书中关于材料非线性的讨论也给我留下了深刻的印象,作者深入讲解了塑性、屈曲、疲劳等非线性行为的有限元建模方法,并提供了实际算例来验证这些方法的有效性。这对于工程师在设计承受复杂载荷的结构时,具有非常重要的参考价值。这本书的严谨性和实用性完美结合,为我成为一名更优秀的结构工程师打下了坚实的基础。

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这本书以其详实的理论基础和丰富的工程应用案例,为我提供了一个全面掌握有限元方法的契机。作者从最基本的数学原理出发,循序渐进地引导读者理解有限元法的核心思想,包括离散化、插值函数、单元刚度矩阵的推导以及全局刚度矩阵的组装。我尤其欣赏书中关于非线性分析的章节,作者深入剖析了材料非线性、几何非线性和接触非线性等复杂问题,并提供了相应的有限元模型和求解方法。例如,在分析一个承受大变形的柔性结构时,我曾遇到几何非线性问题,导致计算结果出现较大误差。这本书中的相关章节,详细介绍了如何通过引入大变形梯度张量和更新拉格朗日坐标系来处理几何非线性问题,并提供了实际算例来验证这些方法的有效性。作者还对几种常见的收敛性判定准则进行了详细的介绍,包括位移收敛、载荷收敛和能量收敛,这有助于工程师在进行非线性分析时,更准确地判断计算结果的可靠性。我记得书中有一个章节专门讨论了如何进行接触分析,作者详细介绍了不同类型的接触(如点-面接触、面-面接触)以及相应的接触算法,这对于分析具有复杂接触界面的工程问题,具有重要的参考价值。书中关于动力学分析的章节也给我留下了深刻的印象,作者详细阐述了如何将有限元方法应用于振动分析、瞬态响应分析等动力学问题,并提供了相关的求解方法。这对于我理解结构在动态载荷下的响应,以及进行动力学设计,提供了重要的指导。这本书的深度和广度,为我深入学习有限元方法提供了坚实的基础,也让我对工程问题的建模和分析有了更深刻的理解。

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这本书以其严谨的数学推导和丰富的工程实例,为我提供了一个深入理解有限元方法的机会。作者从基础的连续介质力学出发,阐述了有限元方法如何通过离散化将复杂的物理问题转化为一系列代数方程组。我尤其欣赏书中关于单元位移插值函数的选取和推导过程,作者详细介绍了不同类型的插值函数(如线性、二次、三次)在不同几何形状单元中的应用,并深入分析了它们对计算精度的影响。例如,在分析一个具有复杂边界条件和载荷分布的薄板弯曲问题时,我曾尝试使用不同阶数的插值函数,并通过与解析解的对比,直观地感受到了高阶插值函数在提高计算精度方面的优势。书中关于刚度矩阵组装和求解过程的讲解,清晰明了,让我对整个有限元分析的流程有了更深刻的认识。我记得书中有一个章节专门讨论了边界条件的施加,作者详细介绍了如何将各种约束条件(如固定约束、弹性约束、周期性约束)转化为节点位移或者力约束,并融入到全局刚度矩阵的求解过程中。这对于我理解有限元模型如何准确地反映实际工程中的边界约束,具有非常重要的意义。作者还对几种常见的求解器(如直接求解法和迭代求解法)进行了介绍,并分析了它们在不同规模和性质的线性方程组求解中的优缺点。这让我对有限元分析的计算效率有了更深入的了解。书中关于收敛性分析和误差估计的讨论也给我留下了深刻的印象,作者强调了网格密度、单元类型以及插值函数阶数对计算结果精度的影响,并提供了一系列实用的指导原则,帮助工程师选择合适的分析策略。这本书的深度和广度,为我掌握有限元分析技术提供了坚实的基础,也让我对工程问题的建模和分析有了更深刻的理解。

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这本书以其详实的理论阐述和丰富的工程应用案例,为我提供了一个深入理解有限元方法的有效途径。作者从最基本的数学原理出发,循序渐进地引导读者掌握了从离散化到求解的完整流程。我特别欣赏书中关于单元类型选择和刚度矩阵推导的详细讲解,作者不仅介绍了桁架单元、梁单元、二维实体单元、三维实体单元等基本单元,还深入分析了它们在不同工程问题中的适用性和局限性。例如,在分析一个复杂的空间框架结构时,我曾纠结于如何选择合适的单元类型来模拟梁的弯曲和轴向变形,以及如何有效地处理节点之间的连接关系。这本书中的相关章节,详细对比了梁单元在剪切变形和轴向变形方面的处理方式,以及如何通过更精细的单元模型来提高结果的精度。作者还对高阶单元和奇异单元的应用场景进行了详细的介绍,这对于解决应力集中等问题提供了有力的工具。我记得书中有一个章节专门讨论了在进行有限元分析时如何选择合适的边界条件,这对于确保计算结果的准确性至关重要。作者通过大量的实例,演示了固定约束、滚动约束、弹性支撑等不同边界条件的施加方式,以及它们对整体结构响应的影响。这让我意识到,边界条件的设置往往比单元的选择更加关键,一个不合理的边界条件设置,即使使用了再高精度的单元,也可能导致完全错误的分析结果。书中关于材料非线性的讨论也给我留下了深刻的印象,作者深入讲解了塑性、屈曲、疲劳等非线性行为的有限元建模方法,并提供了实际算例来验证这些方法的有效性。这对于工程师在设计承受复杂载荷的结构时,具有非常重要的参考价值。这本书的严谨性和实用性完美结合,为我成为一名更优秀的结构工程师打下了坚实的基础。

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这本书以其严谨的逻辑和清晰的条理,成功地梳理了有限元方法在工程领域中的应用脉络。作者从最基本的数学原理出发,逐步引导读者理解如何将连续的物理问题转化为离散的数学模型。我尤其欣赏书中关于单元插值函数的选取和推导过程,作者详细介绍了不同类型的插值函数(如线性、二次、三次)在不同几何形状单元中的应用,并深入分析了它们对计算精度的影响。例如,在分析一个具有复杂几何形状和载荷分布的结构时,我曾尝试使用不同阶数的插值函数,并通过与解析解的对比,直观地感受到了高阶插值函数在提高计算精度方面的优势。书中关于刚度矩阵组装和求解过程的讲解,清晰明了,让我对整个有限元分析的流程有了更深刻的认识。我记得书中有一个章节专门讨论了边界条件的施加,作者详细介绍了如何将各种约束条件(如固定约束、弹性约束、周期性约束)转化为节点位移或者力约束,并融入到全局刚度矩阵的求解过程中。这对于我理解有限元模型如何准确地反映实际工程中的边界约束,具有非常重要的意义。作者还对几种常见的求解器(如直接求解法和迭代求解法)进行了介绍,并分析了它们在不同规模和性质的线性方程组求解中的优缺点。这让我对有限元分析的计算效率有了更深入的了解。书中关于收敛性分析和误差估计的讨论也给我留下了深刻的印象,作者强调了网格密度、单元类型以及插值函数阶数对计算结果精度的影响,并提供了一系列实用的指导原则,帮助工程师选择合适的分析策略。这本书的深度和广度,为我掌握有限元分析技术提供了坚实的基础,也让我对工程问题的建模和分析有了更深刻的理解。

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这本书对于理解和应用有限元方法,提供了一个全面而深入的视角。作者从最基础的数学原理出发,逐步引导读者掌握了从离散化到求解的完整流程。我特别欣赏作者在讲解位移插值函数时所使用的多种方法,例如线性插值、二次插值,以及更高阶的插值,并详细阐述了它们在不同工程问题中的适用性。书中关于节点自由度、单元连接以及全局刚度矩阵组装的讲解,清晰明了,让我对整个有限元分析的流程有了更深刻的理解。我曾经在处理一个复杂的三维应力分析问题时,对如何正确地定义节点坐标、单元拓扑以及材料属性感到困惑。这本书中的相关章节,通过详细的实例,一步一步地展示了如何构建三维实体单元,如何正确地定义单元的节点编号和连接关系,以及如何将材料的本构关系融入到单元刚度矩阵的计算中。作者还对单元的刚度矩阵和质量矩阵的推导过程进行了详细的解析,这让我明白,看似简单的计算背后,蕴含着严谨的数学推导和物理原理。我记得书中有一个章节专门讨论了如何进行模型的网格划分,以及如何选择合适的网格密度和形状来获得准确的计算结果。作者强调了网格的质量对计算精度的影响,并提供了一系列实用的技巧,帮助工程师优化网格划分策略。这对于我将来在进行有限元分析时,避免出现“网格不收敛”或者“计算结果失真”的情况,提供了宝贵的指导。书中关于载荷施加方式的讲解也给我留下了深刻的印象,作者详细阐述了节点集中力、面载荷、体积力等不同载荷的施加方法,以及如何将它们转化为等效节点载荷。这对于我理解不同类型的载荷如何影响结构的变形和应力分布,具有重要的启发意义。这本书的内容详实,逻辑清晰,为我深入学习有限元方法提供了坚实的基础。

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这本书以其深入浅出的讲解方式,成功地吸引了我这个初学者。作者从最基本的概念出发,循序渐进地引导我理解有限元方法的原理和应用。我特别欣赏书中关于如何建立有限元模型的详细步骤,从前处理(网格划分、材料属性定义、边界条件施加)到求解,再到后处理(结果查看和分析),每一个环节都讲解得非常清晰。我曾经在进行一个简单的平面应力分析时,对如何正确地划分网格感到困惑,总觉得无法得到满意的结果。这本书中的相关章节,通过大量的图示和实际案例,详细介绍了不同类型的网格划分方法,以及如何根据几何形状和载荷分布选择合适的网格密度和形状。作者还对如何施加边界条件和载荷进行了详细的讲解,让我明白,边界条件和载荷的设置对计算结果的准确性有着至关重要的影响。我记得书中有一个章节专门讨论了如何进行模型的收敛性分析,作者通过改变网格密度,比较不同网格密度下的计算结果,来判断网格的收敛性。这让我意识到,有限元分析并非一蹴而就,需要反复的验证和优化才能获得可靠的结果。书中关于结果后处理的讲解也给我留下了深刻的印象,作者详细介绍了如何查看位移、应力、应变等结果,以及如何进行结果的可视化和评估。这对于我理解结构在不同载荷下的响应,以及评估设计的合理性,提供了重要的参考。这本书的理论性和实践性相结合,为我掌握有限元分析技术打下了坚实的基础,也让我对工程计算充满了信心。

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