新编Marc有限元实例教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业

作者:本社

出品人:

页数:462

译者:

出版时间:2007-8

价格:49.00元

装帧:

isbn号码:9787111219743

丛书系列:

图书标签:

• 有限元
• Marc
• 结构力学
• 数值分析
• 工程计算
• 案例教程
• 仿真
• 力学分析
• 软件应用
• 教学

《先进结构分析与数值计算：面向工程实践的有限元方法精讲》 图书简介 本书旨在为结构工程、土木工程、机械工程、航空航天工程等领域的专业人士和高年级本科生、研究生提供一套全面、深入且高度面向工程实践的有限元方法（FEM）教程。本书摒弃了传统的纯理论推导堆砌，转而聚焦于如何将先进的有限元理论高效、准确地应用于复杂的工程问题求解。全书内容围绕理论基础的精炼、单元技术的深入剖析、高级建模策略的构建以及实际工程问题的数值模拟四大核心模块展开。 第一部分：有限元方法的核心理论与数学基础的工程化重构 本部分旨在为读者夯实必要的数学工具，但着重于如何将这些工具转化为工程可用的计算语言。 第1章：从经典力学到离散化的桥梁 本章首先回顾了弹性力学中应力、应变关系、本构方程（包括线性和简单非线性情况）的基础知识。重点在于引入虚功原理和最小势能原理在有限元方法中的核心地位，而非冗长的微分方程推导。我们将详细阐述伽辽金法（Galerkin Method）作为最主要的变分法，如何在工程离散化中发挥作用。 第2章：形函数（插值函数）的精细化设计与评估 形函数是有限元方法的灵魂。本章将深入探讨一维、二维和三维单元的形函数构建，包括常刚度单元（如拉格朗日单元）和超参数单元（如高阶单元）。我们将引入形函数的内在属性（如相容性、收敛性）和形函数矩阵的积分技术，并特别关注形函数在单元刚度矩阵计算中的鲁棒性。我们将对比分析在不同几何形状网格中，不同阶次形函数对计算精度的影响，并提供实用的形函数选择指南。 第3章：单元刚度矩阵的构建与装配 本章详细阐述单元刚度矩阵 $[k]$ 的计算流程，重点讨论高斯数值积分（Gaussian Quadrature）在计算涉及形函数乘积的定积分中的应用，这是数值模拟效率的关键。我们将区分处理平面问题（应力-应变矩阵 $mathbf{D}$ 的应用）和三维问题。随后，详细介绍全局刚度矩阵 $[K]$ 的装配过程，包括直接刚度法和迭代法在大型结构分析中的应用，并强调处理边界条件（位移约束和载荷施加）的正确方法。 第二部分：核心单元技术与高级建模专题 本书的核心价值在于对工程中最常用、最关键单元的深入解析，并引入解决实际工程挑战所需的进阶技术。 第4章：一维单元的深度解析：梁与桁架 本章聚焦于桁架单元（只传递轴向力）和欧拉-伯努利梁单元的推导。我们将详细分析梁单元在处理剪切变形和转动自由度时的数学模型，并引入剪切锁死现象（Shear Locking）及其在低阶梁单元中的对策。本章包含大量的弯矩图和位移求解实例。 第5章：二维问题单元的精进：平面应力、应变与壳单元 二维分析是结构工程的基础。本章首先详述四边形单元（如四节点等参单元 Q4）的刚度矩阵推导，并深入分析其在网格畸变（Mesh Distortion）下的性能下降问题。随后，引入高阶单元（如八节点单元 Q8），阐述其如何提高精度并缓解畸变影响。针对薄壁结构，本章引入薄壳单元的基本理论，侧重于壳单元的面内约束和面外弯曲的耦合处理。 第6章：三维实体单元与网格划分策略 本章着重于处理实体结构。我们将介绍四面体单元（Tetrahedra）和六面体单元（Hexahedra）的数学构建。重点在于网格质量对求解精度的影响，包括单元的雅可比矩阵（Jacobian Matrix）分析、内角和体积畸变度的量化。我们将指导读者如何利用现代预处理器进行高质量的混合网格划分，以优化计算效率和结果准确性。 第7章：接触、非线性和材料行为的引入 实际工程往往涉及复杂的非线性问题。本章首先介绍接触算法的基础，包括罚函数法和拉格朗日乘子法在处理摩擦和无穿透条件中的应用。随后，深入讨论材料非线性，如弹塑性本构模型（如屈服准则和硬化规律）的有限元离散化，并介绍牛顿-拉夫森迭代法在处理大变形和材料非线性问题中的收敛性保证机制。 第三部分：进阶分析技术与工程应用集成 本部分面向需要解决动力学、热耦合和优化问题的工程师，提供数值计算的高级工具箱。 第8章：结构动力学与模态分析 本章将有限元框架扩展至时间域问题。推导广义特征值问题，详细解析质量矩阵（Lumped vs. Consistent Mass）的构建及其对动力学响应的影响。重点在于模态分析（计算特征频率和振型），并介绍如何利用模态叠加法求解瞬态响应问题。 第9章：热-结构耦合分析基础 热应力分析是许多工业领域（如能源、发动机）的关键。本章介绍如何将热传导方程（扩散方程）与结构力学方程耦合。推导热单元，讨论温度场、热应变与机械应力的相互影响，并展示如何实现瞬态热载荷下的结构响应计算。 第10章：后处理、结果评估与误差控制 数值模拟的价值体现在可靠的结果解读上。本章指导读者如何有效地进行后处理，包括应力奇异性的识别、场变量的平滑技术。关键在于介绍工程误差估计的方法，如残差法和对偶误差估计，帮助工程师判断网格密度是否足以满足特定精度要求，从而指导自适应网格加密策略（h-refinement）。 面向读者 本书的深度和广度使其成为： 需要深入理解商业有限元软件（如Abaqus, ANSYS, MSC.Marc等）内部工作原理的结构分析师。 从事新型材料、复杂载荷或大规模结构建模的高级工程师和研究人员。 系统学习有限元理论，并希望将其转化为Fortran/C++编程实现的研究生。 本书的重点在于“实例教程”的精髓——通过严谨的理论推导，最终回归到工程实践中的问题定义、模型构建、求解器选择与结果验证的全流程指导。书中穿插的计算范例旨在帮助读者建立直觉，理解数值方法的优势与局限性。

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这本书的实例部分设计得非常巧妙，它没有采用那些过于宏大或者偏离实际的“教科书式”例子，而是围绕着一些在机械、结构领域非常常见且具有代表性的基础构件展开。例如，对梁的挠度分析、简单的二维热传导问题求解，以及一些弹性力学基础问题的网格划分策略的讨论，都显得贴近工程实践的真实需求。更难能可贵的是，作者在展示这些实例时，并不只是简单地给出输入和输出数据，而是深入探讨了不同网格密度对结果收敛性的影响，以及边界条件设置的合理性选择。这些关于“精度控制”和“工程判断”的讨论，恰恰是教科书往往会忽略，但在实际工作中至关重要的环节。通过这些细致的分析，读者能清晰地看到理论是如何映射到实际工程决策中的。这些实例仿佛是作者精心设计的“陷阱”和“引导”，引导我们思考计算结果的可靠性，而不是盲目相信数值解的准确性。

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这本书的侧重点明显偏向于理论的严谨性和基础概念的深入剖析，对于那些渴望探究有限元方法底层数学原理的读者来说，这绝对是一份宝藏。它并没有急于展示各种商业软件的操作界面或者现成的代码片段，而是花费了大量的篇幅去解释诸如形函数选取、刚度矩阵的构建、以及非线性问题的迭代求解策略背后的物理意义和数学推导过程。我尤其喜欢它在讲解变分原理和伽辽金法时的清晰度，那些偏微分方程到弱形式的转化过程，通常是许多教材上的难点，但在这本书里，作者通过巧妙的符号设定和详细的积分推导，使得整个过程变得条理分明，极少出现容易使人混淆的冗余步骤。如果你期望通过这本书快速学会“点几下鼠标”就能得到结果，那么你可能会感到失望，因为它要求读者投入时间去理解“为什么会得到这个结果”，而不是满足于“如何得到一个结果”。这种对基础的坚守，使得一旦掌握了书中的核心思想，未来去学习任何基于该理论的软件或更高阶的数值方法，都会有非常扎实的基础作为支撑。

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这本书的排版和设计风格非常具有年代感，那种老式教材的质感扑面而来，让人不禁回想起大学时代埋头苦读的日子。纸张略微泛黄，印刷的字体也偏向于朴实无华的宋体，没有现在很多技术书籍那种花哨的色彩和复杂的图文混排。不过，正是这种传统的气质，反而让内容本身显得更加沉稳和可靠。尽管封面看起来有点低调，甚至有些过时，但翻开内页后，会发现作者在内容组织上的用心。章节之间的逻辑衔接非常顺畅，每一个理论推导都经过了细致的铺垫，没有那种突兀的“跳跃”。对于初学者来说，这种详尽的讲解方式无疑是友好的，它似乎预设了读者对前置知识的掌握程度并不高，从而确保每一步都不会落下。我特别欣赏它在理论引入时，总是先从实际工程问题出发，而不是生硬地抛出复杂的数学公式，这种教学思路极大地降低了入门的心理门槛。阅读过程中，我感觉自己仿佛坐在一位经验丰富的老教授身边，他正耐心地为你梳理着有限元方法的精髓所在，字里行间透露着深厚的学术底蕴和多年的教学经验。

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这本书在处理某些高级主题时展现出了极高的深度和广度，特别是关于求解器稳定性和误差估计的章节，给人留下了深刻印象。作者并没有满足于介绍标准的直接求解法，而是深入探讨了迭代求解器的收敛性分析，以及如何根据问题的性质选择合适的预处理器（preconditioner）。在误差分析方面，书中提供了一个非常系统的方法论框架，教导读者如何评估数值解与精确解之间的偏差来源，这远超出了普通入门教材的范畴。例如，它对“污染效应”在网格畸变影响下的表现进行了详细的剖析，这对于处理复杂几何模型的工程师来说，是极其宝贵的经验总结。这种深入到求解器内部机制和误差源头的探讨，使得这本书不仅仅停留在“如何使用”的层面，更是提升到了“如何理解和优化”的层次。它提供给读者的，是一种解决问题的思维模式，一种对数值模拟结果保持批判性审视的能力，这是任何快速教程都无法比拟的价值所在。

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阅读体验上，这本书给人的感觉更像是一部经过精心打磨的学术专著，而非一本面向大众读者的速成指南。它的语言风格是非常规范和严谨的学术用语，几乎没有使用任何口语化的表达或生动的比喻来稀释理论的难度。对于习惯了轻快阅读节奏的读者来说，可能需要放慢速度，甚至需要反复研读某些段落才能完全消化其中的信息量。书中对于符号系统的定义极为精确，几乎每一个希腊字母或上下标的出现都有其特定的含义，并且一旦定义，就不会轻易改变，这保证了数学表达的一致性。这种高度的自洽性，无疑提升了书的专业度和参考价值，使得它在需要进行引用或深入研究时，可以作为可靠的参考来源。但是，这也意味着这本书对于那些追求快速入门、只想了解基本操作流程的读者来说，可能显得有些“厚重”和“晦涩”。它更适合那些有一定数学基础，并愿意投入时间进行系统化学习的工程师和研究生。

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