有限元方法

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出版者:世界图书出版公司
作者:监凯维奇
出品人:
页数:631
译者:
出版时间:2009-1
价格:89.00元
装帧:
isbn号码:9787506292559
丛书系列:有限元方法
图书标签:
  • 有限元
  • 数值计算
  • 数学
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  • 数值分析
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  • 结构力学
  • 偏微分方程
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具体描述

《有限元方法固体力学和结构力学(第6版)》is dedicated to our wives Helen and Mary Lou and our families for their support and patience during the preparation of this book,and also to all of our students and colleagues who over the years have contributed to our knowledge of the finite element method。 In particular we would like to mention Professor Eugenio Onate and his group at CIMNE for their help, encouragement and support during the preparation process。

《结构动力学分析与工程应用》 内容概要 本书旨在为土木、机械、航空航天等工程领域的专业人士和高年级本科生、研究生提供一套全面且深入的结构动力学分析理论与工程实践指导。全书内容覆盖了从基础的单自由度系统到复杂的连续体动力学模型,重点突出理论与实际工程问题的紧密结合。 第一章 绪论与基础回顾 本章首先界定结构动力学的研究范围、重要性及其在当代工程设计中的核心地位,例如抗震设计、风致振动分析以及碰撞响应评估。随后,对必要的数学基础和力学预备知识进行系统回顾,包括线性代数、常微分方程的基本解法,以及材料本构关系、杆件和梁单元的基本静力学平衡方程。强调了体系的自由度概念及其对后续动力学建模的影响。 第二章 单自由度系统动力学 本章是结构动力学分析的基石。详细阐述了无阻尼自由振动、有阻尼自由振动(包括粘性阻尼和库仑阻尼)的运动方程推导与解析求解。重点分析了固有频率、阻尼比和振型在描述系统动态特性中的作用。随后,深入探讨了外部激励下的响应分析,包括简谐激励(稳态响应分析)和单位脉冲响应(冲激函数法)。引入了对数减衰率和半衰期等工程中常用的衰减度量参数。最后,通过实例展示了如何利用单自由度模型近似复杂结构的基础动力行为。 第三章 多自由度系统的自由振动分析 本章将分析扩展到具有有限个离散质量和弹簧支撑的多自由度系统。详细推导了基于牛顿第二定律和拉格朗日方程的运动微分方程组(矩阵形式)。核心内容集中在系统的特征值问题求解,即确定系统的固有频率(特征值)和振型(特征向量)。详细介绍了求特征值问题的数值方法,如子空间迭代法和QR算法的原理及其在工程软件中的应用。对振型正交性的物理意义及其在模态分析中的重要性进行了深入剖析。 第四章 多自由度系统的受迫振动分析 在确定了系统的模态特性后,本章致力于求解外部载荷作用下的动态响应。首先介绍了模态叠加法,解释了如何利用正交振型将耦合的微分方程组转化为一组解耦的单自由度方程,从而简化计算。详细分析了简谐载荷下的稳态响应,包括共振现象的产生机理和如何通过设计避免共振。随后,讨论了任意时间历程载荷(如地震波、冲击载荷)的响应分析,包括步进积分法(如中心差分法、隐式积分法)的基本原理和稳定性分析。 第五章 连续体动力学导论 本章将分析从离散系统推广到无限自由度的连续体(如梁、板、壳结构)。重点讲解了基于偏微分方程(PDE)的动力学建模,特别是欧拉-伯努利梁和更精确的铁木辛柯梁的运动方程推导。通过分离变量法,求解了简支梁的自由振动问题,得到了其无穷多个固有频率和振型。阐述了模态分析在连续体结构模态识别中的应用,为更高级的有限元模态分析奠定理论基础。 第六章 阻尼的工程建模与识别 本章聚焦于结构动力学中最为复杂和关键的因素——阻尼。系统梳理了不同类型的阻尼模型,包括粘性阻尼、瑞利阻尼(Rayleigh Damping)和结构阻尼(或称质量-刚度比例阻尼)。详细讨论了如何根据实验数据或工程经验来确定阻尼参数,并分析了瑞利阻尼矩阵选择对高阶模态响应计算的影响。此外,还引入了基于频响函数和时域数据的阻尼识别技术(如峰值法、频宽法)。 第七章 响应谱分析方法 对于地震工程等领域,响应谱分析是一种高效且实用的工具。本章系统介绍响应谱的基本概念、构建方法(基于加速度时程或人工地震波)。深入探讨了如何利用结构的固有频率和阻塑比,从反应谱曲线上直接读取结构在各个模态下的最大响应(位移、速度、加速度)。详细阐述了模态响应的组合方法,包括绝对值相加法(SRSS)和完全二次方和法(CQC),并比较了它们在不同模态参与度下的适用性。 第八章 结构动力学问题的数值求解与软件应用 本章将理论与现代工程计算实践相结合。详细介绍了结构动力学分析中常用的数值方法,特别是时间积分方法(如Newmark-$eta$法和Wilson-$ heta$法)的算法流程、精度与稳定性的对比。强调了模态叠加法、直接积分法在不同工况下的选择原则。尽管本书不侧重于特定软件操作,但本章会以概念性描述的方式,引导读者理解通用有限元软件(如ANSYS, ABAQUS等)中动态分析模块的设置、输出结果的后处理与工程验证。 第九章 复杂载荷与非线性动力学概述 本章对结构动力学的前沿和复杂应用进行展望。讨论了冲击载荷、随机载荷(如风荷载)的建模与分析方法(例如功率谱密度函数)。初步引入非线性动力学的基础,包括材料非线性(如弹塑性)和几何非线性(如大变形)对结构动态响应的影响,并概述了求解非线性动力学问题的迭代方法。 适用对象 本书适合作为高等院校土木工程、结构工程、机械工程、航空航天工程等专业研究生课程的教材或参考书,也适用于从事结构抗震设计、振动控制、动态测试分析的工程技术人员。 本书特色 理论深度与工程实用性并重: 确保了对动力学基本原理的透彻理解,同时大量配有贴近实际工程的案例分析。 系统性强: 内容循序渐进,从一维到多维,从线弹性到初步涉及非线性,构建了完整的知识体系。 强调模态概念: 将模态理论贯穿始终,使其成为分析复杂系统行为的核心工具。

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读后感

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用户评价

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这本书《有限元方法》带给我的震撼,远远超出了我对一本技术类书籍的预期。它不仅仅是关于计算的介绍,更像是一本哲学著作,探讨着如何将连续的物理世界“离散化”,从而用有限的计算资源去逼近无限的真实。作者在开篇就阐述了有限元方法的根本思想——将复杂的求解域划分为一系列简单的子域(单元),在每个单元内用简单的函数(形函数)来近似描述未知量的分布,然后通过某种能量原理或残差条件来建立方程组。这个思想的优雅和强大,让我不禁对作者的洞察力肃然起敬。书中对形函数选取、插值方法的讨论,涉及了多项式插值、高斯积分等概念,这些看似独立的数学工具,在有限元方法的框架下,却能如此和谐地协同工作。特别是关于积分精度对结果影响的分析,以及如何通过选择高阶单元或更精细的网格来提高精度,都给予了我非常深刻的启发。我记得在学习到应力分析的部分时,作者详细讲解了如何通过单元应变与单元位移的关系,进而计算出单元应力,并分析了如何处理单元间的应力连续性问题。这个过程的逻辑性非常强,也让我对有限元方法在结构力学中的应用有了更直观的认识。这本书的排版也很人性化,关键公式和定理都用醒目的方式突出显示,便于回顾和记忆。虽然我还没有完全消化书中的所有内容,但已经迫不及待地想要将学到的知识应用到我的研究项目中去了。

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《有限元方法》这本书,以其独特的视角和严谨的逻辑,为我打开了一扇通往工程计算新世界的大门。我一直对如何用数学模型来模拟真实的物理过程感到好奇,而这本书则给了我最直接、最有效的答案。作者的写作风格非常注重概念的循序渐进,从最基础的变分原理和伽辽金方法入手,逐步引入单元的建立、插值函数、刚度矩阵的组装,再到边界条件的施加和方程的求解。每一个概念的提出都伴随着清晰的数学推导和直观的物理解释。我特别赞赏书中对“形函数”的详细讲解。这些看似简单的函数,却承担着将单元内的未知量与节点值联系起来的关键任务。作者不仅展示了线性插值、二次插值等不同阶数的形函数,还深入讨论了选择不同形函数对计算精度和稳定性的影响。此外,书中关于“投影”和“投影误差”的讨论,也让我对有限元方法的近似性质有了更深刻的理解。作者并没有回避有限元方法的局限性,而是坦诚地指出了它可能存在的误差来源,并提供了一些提高精度的途径。这使得这本书不仅具有理论指导意义,也具备了很强的实践指导意义。读完这本书,我感觉自己仿佛掌握了一种“魔法”,能够将抽象的数学语言转化为解决实际工程问题的强大工具。

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最近终于读完了这本《有限元方法》,虽然封面设计朴实无华,但翻开书页的那一刻,就被其深邃的理论体系和严谨的推导过程深深吸引。这本书并非那种轻松的科普读物,它更像是一场挑战思维极限的学术之旅。作者以一种近乎雕琢的笔触,将抽象的数学概念与复杂的物理现象巧妙地融合在一起。初读时,那些关于变分原理、加权残差法、以及各种插值函数的讨论,确实让人感到一丝眩晕。但随着阅读的深入,尤其是在跟着作者的步骤一步步进行离散化和组装全局刚度矩阵时,那种豁然开朗的感觉油然而生。书中的例子选取得极其恰当,从简单的梁弯曲到复杂的传热问题,每一个案例都清晰地展示了有限元方法的强大生命力。我尤其欣赏作者在讲解过程中,不仅提供了理论的框架,更注重算法的实现细节,比如在描述单元刚度矩阵的组装时,对节点编号、自由度分配等环节的细致说明,对于想要动手实践的读者来说,简直是金矿。更难得的是,书中还穿插了一些关于误差分析和收敛性的讨论,这使得我们在运用有限元方法解决实际问题时,能够更加心中有数,理解其局限性,并知道如何去改进。尽管阅读过程中需要投入大量的时间和精力,但最终的收获是巨大的,它不仅提升了我对数值分析的理解,更重要的是,让我掌握了一种解决复杂工程问题的通用利器。

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最近,我沉浸在《有限元方法》这本书的世界里,它的深度和广度着实让我惊叹。作者以一种非常具有洞察力的方式,将有限元方法这一强大的数值计算工具呈现在读者面前。我最欣赏的是书中对“矩阵组装”这一关键步骤的详细讲解。在有限元分析中,我们首先要计算出每个单元的“单元刚度矩阵”,这个矩阵反映了该单元内部的力与位移之间的关系。然后,我们需要将这些单元刚度矩阵按照节点和自由度的对应关系,精确地“组装”成一个大的“全局刚度矩阵”。这个组装过程看似简单,但如果处理不当,会导致最终结果的错误。作者通过清晰的示意图和详细的步骤说明,让我得以窥见其精髓。书中还强调了“收敛性”的重要性,即当网格划分越来越细,单元的阶数越来越高时,有限元解是否能够趋近于真实解。作者通过数学证明和数值实验,展示了有限元方法在满足一定条件下的收敛性,这让我对有限元方法的可靠性有了更强的信心。此外,书中对于不同类型单元(如三角形单元、四边形单元、一维单元等)的性质和应用场合的讨论,也极大地拓宽了我的视野。这本书不仅仅是知识的传授,更是一种思维方式的引导,让我能够以更系统、更科学的方式去分析和解决工程问题。

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《有限元方法》这本书,可以说是我在工程计算领域阅读过的最具启发性的一部作品。它的作者似乎拥有一种化繁为简的魔力,能够将那些晦涩难懂的偏微分方程,一步步分解为可以直接在计算机上实现的矩阵运算。我对于书中关于“弱形式”的介绍尤为印象深刻。作者解释了如何从强形式的微分方程出发,通过乘以测试函数并进行分部积分,得到一个积分形式的方程,而这个积分形式的方程对未知量的光滑性要求大大降低,这恰恰是有限元方法能够广泛适用的关键所在。随后,作者详细讲解了如何选择单元、定义节点、建立单元插值基函数,以及如何通过“伽辽金法”等加权残差方法,将连续的插值函数转化为离散的代数方程组。整个推导过程严谨且逻辑清晰,每一步都充满了数学的严谨性和工程的实用性。书中关于单元刚度矩阵组装的章节,更是将理论与实践巧妙结合,通过清晰的示意图和代码片段(虽然是伪代码,但也足够说明问题),让读者能够直观地理解全局刚度矩阵是如何由各个单元的贡献累加而成的。这本书不仅让我掌握了理论知识,更重要的是,它培养了我解决复杂问题的思维模式——将大问题拆解成小问题,用简单的数学工具在小范围内解决,再将这些局部的解决方案整合起来,最终获得整体的近似解。

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《有限元方法》这本书,可以说是我近期技术阅读生涯中的一个里程碑。它以一种极其系统和深入的方式,将有限元方法的理论框架和应用细节娓娓道来。我印象最深刻的是作者在介绍“单元”概念时所展现出的那种“化整为零”的智慧。通过将复杂的连续区域划分成许多个小的、形状简单的单元,并在每个单元内使用相对简单的多项式函数(形函数)来近似描述物理量(如温度、位移、电势等),整个问题就被转化成了一个相对容易处理的代数方程组。作者在讲解形函数时,特别强调了它们的“拉格朗日性质”或“Hermite性质”,这使得单元的节点值能够直接对应于物理量本身或其导数,极大地简化了单元刚度矩阵的建立过程。书中关于“高斯积分”在数值积分中的应用,也是我特别关注的部分。由于单元内的插值函数通常是多项式的组合,积分计算可能非常复杂,高斯积分提供了一种高效且精确的数值积分方法,这在实际的有限元计算中起着至关重要的作用。作者还详细阐述了如何施加边界条件,无论是强制位移边界条件还是涉及导数的混合边界条件,都给出了详细的处理方法。这本书的价值在于,它不仅教授了“如何计算”,更重要的是“为何如此计算”,让我从更深层次理解了有限元方法的数学基础和工程意义。

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最近刚刚掩卷,《有限元方法》这本书留给我的思绪依旧澎湃。它不仅仅是一本技术手册,更像是一位经验丰富的导师,循循善诱地引导我深入理解那些隐藏在物理现象背后的数学本质。作者在讲解过程中,反复强调了“局部化”和“叠加”的思想,这是有限元方法的核心魅力所在。通过将整个求解域划分为许多个互不重叠但相邻的单元,我们在每个单元内部可以采用非常简单的形函数来近似表示物理量,例如温度、位移等。这些形函数通常是多项式,其系数由单元的节点值决定。然后,通过将所有单元的方程组装起来,形成一个大型的全局方程组,最终求解出所有节点的未知量。这个过程的精妙之处在于,它将一个可能非常复杂的连续问题,转化为一个相对简单且有限的代数问题。我特别欣赏书中关于网格划分对计算精度的影响的分析。作者详细探讨了网格的疏密程度、单元形状、以及如何进行网格的自适应细化,来提高计算的准确性和效率。这些内容对于实际工程应用至关重要,它教会我如何根据问题的特点来优化计算模型,而不是盲目地增加计算量。这本书的理论深度和工程实践的结合,是我读过的最成功的范例之一。

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在我看来,《有限元方法》这本书不仅仅是一本技术书籍,更是一部关于工程计算思想的“武功秘籍”。作者在书中对有限元方法的原理进行了极其透彻的剖析,将那些看似高不可攀的数学理论,以一种非常易于理解的方式呈现出来。我尤其欣赏作者在处理“非协调元”和“协调元”的区别时所做的细致解释。协调元要求单元之间的位移(或其他物理量)以及其一阶导数在节点处连续,而有些特殊设计的非协调元在节点处的连续性要求有所放松,但这可能会带来一些计算上的不稳定性和误差。作者通过具体的例子,阐述了不同类型单元的优缺点以及它们在不同问题中的适用性,这对于我选择合适的单元类型来解决实际问题非常有帮助。书中还涉及了大量关于“网格收敛性”和“误差估计”的讨论,这让我意识到,有限元方法并非万能,其计算结果的准确性与网格的质量、单元的阶数以及积分精度等因素息息相关。作者提供了一系列分析和改进的方法,这使得我对如何获得可靠的计算结果有了更清晰的认识。这本书的深度和广度都令人赞叹,它为我提供了一个坚实的理论基础,让我能够更有信心地去探索更复杂的工程问题。

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《有限元方法》这本书,我读来最大的感受是“严谨”与“系统”。作者仿佛是一位经验丰富的建筑师,为有限元方法这座宏伟的理论大厦,精心设计了每一个细节,并用清晰的语言将其呈现出来。我从书中学习到,有限元方法的核心思想是将一个连续的、无限自由度的物理系统,近似地转化为一个离散的、有限自由度的代数系统。这个转化过程涉及到将求解域划分为若干个互补的单元,在每个单元内用特定的形函数来近似未知量,然后通过加权残差法或变分原理推导出单元方程,最后将所有单元方程组装成全局方程组求解。作者在讲解“单元刚度矩阵”的推导时,详细阐述了能量原理如何在单元尺度上转化为代数方程,以及如何通过节点位移来表达单元内的应变和应力。这一过程的严谨性让我对有限元方法的数学根基有了更深刻的认识。此外,书中还探讨了不同边界条件(如齐次和非齐次边界条件)如何影响全局方程组的形成和求解,以及如何处理自由度之间的耦合关系。这本书不仅让我掌握了有限元方法的理论框架,更重要的是,它培养了我一种解决问题的系统性思维,即如何将一个复杂的工程问题,通过离散化和数值逼近的方法,转化为一个可以被计算机高效求解的数学模型。

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我最近花了大量时间研读《有限元方法》这本书,它无疑是我迄今为止读过的关于该主题的最详尽、最有深度的书籍之一。作者在书中构建了一个极其完善的理论体系,从最核心的数学原理到具体的工程应用,都做了面面俱到的阐述。我最受触动的是作者对“变分原理”的阐释。它不仅仅是一个数学概念,更是有限元方法能够如此强大的理论基石。通过将原微分方程转化为一个泛函的极值问题,然后在这个泛函的定义域内寻找最佳近似解,这种思路的精妙之处令人折服。书中对各种变分原理的介绍,例如能量最小原理、瑞兹-里兹法等,都伴随着清晰的推导和物理意义的解释。这使得我能够真正理解有限元方法背后的数学逻辑,而不是仅仅停留在“如何做”的层面。此外,书中关于“权函数”和“测试函数”的讨论,也让我对加权残差法的原理有了更深入的认识。作者通过精巧的数学推导,展示了如何通过优化这些函数来最小化近似解的误差。这本书的优点还在于其结构安排得当,每个章节的内容都层层递进,前后呼应,形成了一个完整的知识链条。即便书中涉及到一些高深的数学概念,作者也尽量通过图示和具体的例子来辅助理解,使得阅读体验相对流畅。

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