1st Crse Finite Elem Analysis pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Thomson Learning

作者:LOGAN

出品人:

页数:808

译者:

出版时间:2006-8

价格:$ 232.72

装帧:HRD

isbn号码:9780534552985

丛书系列:

图书标签:

有限元分析
结构力学
数值方法
工程力学
高等教育
本科生
工程分析
计算方法
力学
教科书

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具体描述

A First Course in the Finite Element Analysis provides a simple, basic approach to the finite element method that can be understood by both undergraduate and graduate students. It does not have the usual prerequisites (such as structural analysis) required by most available texts in this area. The book is written primarily as a basic learning tool for the undergraduate student in civil and mechanical engineering whose main interest is in stress analysis and heat transfer. The text is geared toward those who want to apply the finite element method as a tool to solve practical physical problems. This revised fourth edition includes the addition of a large number of new problems (including SI problems), an appendix for mechanical and thermal properties, and more civil applications.

现代工程实践中的结构动力学与材料失效分析绪论：工程科学的基石与挑战在当今高度复杂的工程领域，从航空航天器的设计到土木基础设施的建设，对材料行为和结构响应的精确预测能力已成为确保安全、可靠性和效率的决定性因素。本书聚焦于两个相互关联但又各有侧重的核心领域：先进结构动力学分析和材料在极端条件下的失效机制研究。我们不再局限于传统的静力学框架，而是深入探讨时间依赖性载荷对工程系统的影响，以及材料在应力集中、高温、疲劳和蠕变等复杂环境下如何演化至最终失效。本书旨在为具备基础固体力学和材料科学知识的读者提供一个深入的视角，探讨如何利用最新的计算工具和实验方法，解决那些传统解析解难以企及的实际工程难题。 --- 第一部分：非线性结构动力学与振动控制（约 500 字）第一章：时间依赖性载荷与响应的系统化描述本章从基础的运动方程出发，系统地引入了非线性和阻尼的建模。我们详细讨论了如何精确描述瞬态冲击、周期性载荷（如地震动或机械振动）以及随机载荷（如湍流气流或海浪冲击）。重点在于理解结构的固有频率、模态振型及其在外部激励下的耦合效应。我们引入了状态空间表示法，为后续的先进控制理论应用奠定基础。第二章：非线性动力学建模与求解策略在许多实际工程系统中，材料的几何非线性和/或结构非线性是不可避免的。本章深入探讨了几何非线性（如大变形和接触非线性）对结构动力学特性的影响。我们详细对比了常用的时间积分方法，包括显式和隐式算法，特别关注了Newmark-β法和HHT方法的收敛性、稳定性和计算效率。对于高度非线性问题，本章引入了基于能量守恒的稳定性校验方法，确保数值结果的物理合理性。第三章：主动与被动振动控制理论现代结构设计越来越依赖于主动或半主动的振动控制技术以提升性能和寿命。本章概述了粘滞阻尼器、摩擦阻尼器等被动控制元件的工作原理及其在多自由度系统中的建模。随后，我们详细剖克制了基于反馈控制（如LQR和H-infinity控制）的主动质量阻尼器（AMD）和动吸振器（TMD）的设计与优化。重点在于如何将控制理论无缝集成到有限元动力学分析框架中，实现实时或准实时响应抑制。 --- 第二部分：材料失效的微观机制与宏观预测（约 600 字）第四章：损伤力学导论：从连续介质到损伤演化本章是材料失效分析的理论基础。我们超越了经典的应力-应变关系，引入了损伤变量的概念来描述材料内部微观损伤的累积过程。重点分析了弹塑性损伤模型（如Mazars模型和Lemaitre模型）的构建，这些模型能够捕捉材料在承受循环载荷或单向拉伸过程中的刚度退化。我们讨论了损伤演化法则的引入，特别是与应变等效原理和能量释放率的关系。第五章：疲劳寿命预测的高级方法疲劳是导致结构突然失效的最常见原因之一。本章系统地介绍了宏观疲劳分析方法，包括S-N曲线法、应变控制的Coffin-Manson关系，以及更具普适性的基于断裂韧性的Paris-Erdogan定律。我们特别关注了多轴疲劳的复杂性，介绍了如Miner法则修正、应力等效应参数（如Smith-Watson-Topper参数）的应用，以及如何处理载荷谱的随机性和路径依赖性。对于高周疲劳，本章强调了应力集中对疲劳起裂的影响。第六章：蠕变、蠕变疲劳与高温材料行为在航空发动机、核反应堆等高温环境中，材料的粘塑性变形（蠕变）和疲劳的耦合效应（蠕变疲劳）是设计中的关键制约因素。本章探讨了蠕变本构模型，如Norton-Bailey定律和更精细的基于位错运动的内变量模型。随后，我们分析了蠕变损伤如何加速疲劳裂纹的扩展，并介绍了Creep-Fatigue Interaction (CFI) 评估方法，包括Time-Fraction Rule和Strain-Range Partitioning (SRP) 法则的工程应用与局限性。 --- 第三部分：计算方法与案例验证（约 400 字）第七章：耦合场分析与先进数值技术工程问题的复杂性往往要求多物理场耦合分析。本章探讨了热-力耦合分析（Thermo-Mechanical Coupling）在预测材料热应力和蠕变变形中的应用。我们详细讨论了如何将本构模型（如粘塑性或损伤模型）嵌入到通用有限元求解器中，重点讲解了子迭代和全局迭代策略，以确保耦合问题的解的收敛性。此外，本章也简要介绍了XFEM（扩展有限元法）在处理裂纹尖端奇异性问题上的优势，这对于准确模拟材料的渐进性失效至关重要。第八章：实验验证与数据驱动的校准理论模型和数值模拟的有效性最终依赖于实验数据的支撑。本章强调了先进实验技术在验证失效模型中的作用。内容包括：数字图像相关（DIC）技术在全场应变测量中的应用、Creep-Fatigue试验装置的特殊要求，以及如何利用同步辐射X射线断层扫描（SR-CT）技术对材料内部损伤演化的非侵入性监测。最后，本章介绍了如何利用贝叶斯方法或梯度下降优化算法，根据实验数据对本构模型中的参数进行反演和校准，实现模型向实际工程的精准映射。 --- 总结与展望本书最终构建了一个从时间域响应预测到材料本构失效的完整分析体系。读者将掌握评估复杂载荷下结构完整性的关键工具，并能深入理解材料在长期服役中性能退化的根本物理过程。所涵盖的理论和方法均立足于最新的工程需求，旨在培养解决现代结构可靠性与寿命预测挑战的综合能力。