Finite Element Procedures for Contact-Impact Problems (Oxford Science Publications) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oxford University Press, USA

作者:Zhi-Hua Zhong

出品人:

页数:384

译者:

出版时间:1993-07-22

价格:USD 98.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780198563839

丛书系列:

图书标签:

• 有限元方法
• 接触力学
• 冲击力学
• 数值分析
• 结构力学
• 计算力学
• 工程力学
• 固体力学
• 非线性分析
• Oxford Science Publications

《有限元方法在接触-冲击问题中的应用》 本书深入探讨了在工程分析领域中，尤其是涉及结构在相互作用或高速碰撞时的行为预测，至关重要的有限元方法（FEM）在处理接触和冲击问题中的一系列高级程序与技术。全书以牛津科学出版社的严谨学术风格呈现，旨在为研究人员、工程师和高级学生提供一个全面且实用的指南。 内容详述： 本书的第一部分奠定了坚实的基础。它首先回顾了接触问题的基本物理原理，包括接触力的产生、边界条件的处理以及能量的耗散机制。随后，详细介绍了有限元方法在离散化连续介质方面的核心概念，如单元选择、插值函数、高斯积分等。在此基础上，本书着重阐述了处理接触界面不同类型（如粘合、滑动、分离）的离散化策略。这包括了节点-面（node-to-surface）、面-面（surface-to-surface）以及更先进的孤立（tied-up）和自由-自由（free-to-free）接触算法。对于每一个算法，本书都详细阐述了其数学模型、离散化方程的构建，以及在迭代求解过程中的收敛性考虑。 进入冲击问题的范畴，本书详细解析了高速变形和应力波传播的建模。它深入探讨了冲击载荷的引入方式，如准静态加载、动载荷以及瞬态响应的求解。特别地，本书关注了冲击过程中材料的非线性行为，包括塑性、损伤以及相变等。为此，书中详细介绍了能够捕捉这些复杂物理现象的材料本构模型，例如 Johnson-Cook 模型、Mead-Kuznetsov 模型等，并阐述了如何将其有效地集成到有限元框架中。 本书的另一重要组成部分是关于数值算法的精细化处理。对于求解非线性方程组，书中详述了多种迭代求解器，包括 Newton-Raphson 方法及其变种，如修正牛顿法、准牛顿法等，并分析了它们在处理接触-冲击问题时的效率和稳定性。在时间积分方面，本书重点介绍了显式和隐式时间积分方法的原理、适用范围以及在冲击问题中的精度与稳定性分析。例如，在分析高频振动和快速动力学响应时，显式方法因其固有的稳定性而常被采用，本书将详细讲解其时间步长限制和处理技巧。对于需要高精度的长时程分析，隐式方法则被深入探讨，包括其收敛性加速技术。 此外，本书还涵盖了大规模计算的策略。在处理大型三维模型时，并行计算和分布式计算技术至关重要。书中介绍了如何利用 MPI (Message Passing Interface) 和 OpenMP (Open Multi-Processing) 等并行计算框架来优化有限元计算的效率。针对内存管理和数据结构的设计，本书也提供了实用的建议，以确保在有限的计算资源下能够有效地解决复杂问题。 最后，本书通过一系列精心挑选的工程案例，展示了所介绍的有限元程序的实际应用。这些案例涵盖了从汽车碰撞安全、航空航天器结构动力学，到生物力学中的组织损伤模拟等广泛领域。每个案例都详细描述了问题的背景、模型的建立、材料参数的选取、边界条件的施加以及计算结果的分析与验证。通过这些具体实践，读者可以深入理解有限元方法在接触-冲击问题中的强大能力，并学会如何将其应用于解决实际工程挑战。 本书的目标读者： 本书主要面向对有限元方法在接触-冲击问题中的应用感兴趣的机械工程、土木工程、航空航天工程、材料科学以及相关领域的本科高年级学生、研究生以及从事相关研究和工程实践的专业人士。对于希望深入理解接触-冲击耦合机理、掌握先进数值分析技术并将其应用于复杂工程模拟的读者而言，本书将是一个不可多得的参考。

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这本书的封面设计着实吸引眼球，那种深沉的蓝色调，配上精炼的白色字体，立刻就给人一种专业、严谨的感觉。拿到手里沉甸甸的，纸张的质感也相当不错，一看就是经过精心打磨的学术专著。我首先被它的结构吸引了。它并非那种枯燥的公式堆砌，而是脉络清晰地从基础理论出发，逐步深入到复杂的接触-冲击问题的求解技术。作者在引言部分就明确指出了当前研究领域中的痛点和本书试图解决的关键挑战，这种开门见山的态度让人耳目一新。尤其是在前几章对基本力学原理的梳理，无论是对初学者还是对资深研究人员来说，都是一次极佳的知识回顾和巩固。它没有止步于已有的经典理论，而是巧妙地引入了一些较新的数值方法框架，为后续章节的深入探讨打下了坚实的理论基础。阅读过程中，我特别留意了章节间的逻辑衔接，发现作者在组织材料时，仿佛在引导读者进行一场精心策划的学术漫步，每一步都有清晰的目的地，让人感觉每翻过一页都在知识的阶梯上稳步攀升。这种对叙事节奏的精准把握，使得原本可能晦涩难懂的有限元过程变得相对流畅易懂。

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这本书的排版和插图质量，简直是学术出版物的标杆。在涉及复杂的几何模型和应力分布可视化时，图表的清晰度直接决定了读者对概念的理解效率。我发现这本书在这方面做得非常出色。所有的有限元网格划分示意图、接触域的边界识别图，都采用了高分辨率的图形，即便是放大观察细节，线条也依然锐利清晰，没有出现任何模糊不清的瑕疵。更重要的是，作者在选择展示的图形时，具有极强的目的性，每一张图都是为了说明一个特定的力学现象或算法步骤，而不是为了填充版面。例如，在展示冲击载荷传播路径时，作者用一组时间序列的云图清晰地勾勒出了波的反射与折射过程，这种视觉化的辅助效果，大大降低了理解高维问题的认知负荷。总的来说，这本书在视觉传达上的专业性，完全配得上其深厚的学术内容，使得长时间的阅读也不会因为视觉疲劳而分散注意力。

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我对这本书的深入分析能力感到由衷的钦佩。它在处理接触面非线性问题时的处理方式，简直可以说是教科书级别的典范。作者并没有简单地采用现有的、略显陈旧的接触算法，而是花费了大量的篇幅来详细剖析不同接触模型（如罚函数法、增广拉格朗日法等）在不同物理场景下的优缺点和数值稳定性问题。我记得有一章专门讨论了摩擦力的精确建模，那段论述极其细腻，从库仑摩擦到更复杂的粘滞和速率依赖性摩擦，每一种情况的数学描述和有限元离散化步骤都交代得一清二楚。更值得称赞的是，书中穿插了大量的理论推导和算例验证，这些验证不仅仅是展示结果，更是揭示了算法对网格质量、时间步长等关键参数的敏感性。这种对“细节决定成败”的深刻理解，贯穿了全书。对于一个需要将理论应用于实际工程问题的人来说，这本书提供的不仅仅是公式，更是一种解决实际难题的思维框架和工具箱，它教会你如何“诊断”你的数值模拟结果是否可靠，而不是盲目接受。

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从一个应用工程师的角度来看，这本书最大的价值在于其对“实用性”的执着追求。很多理论书籍往往止步于完美的数学模型，但在现实的冲击场景中，材料的损伤、非均匀温度场、接触面的磨损等因素都使得问题复杂度呈指数级增长。本书在这方面并未回避这些“脏活累活”，而是勇敢地将其纳入讨论范围。我特别欣赏其中关于材料本构模型的选择和定制化的章节，它详细讨论了如何将弹塑性、粘弹性乃至粘塑性模型融入到接触算法中，并着重分析了由此带来的数值计算成本和精度权衡。作者甚至专门辟出一个章节来探讨并行计算和高效迭代求解器在处理大规模接触问题时的策略。这表明作者的视野不仅停留在理论推导，更延伸到了如何让这些复杂的模型在现代高性能计算平台上高效运行。这种对工程实现细节的关注，使得这本书远超一般教材的范畴，更像是一本高级研发人员的参考手册。

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读完这本书，我产生了一种“豁然开朗”的感觉，尤其是在面对那些看似无解的边界条件耦合问题时。作者在处理强非线性系统时所展现出的数学洞察力令人印象深刻。特别是关于接触状态的识别与更新机制的论述，不再是简单的“开”或“关”，而是引入了更精细的接触力梯度分析。书中对于残差的构建和求解器的选择，体现了对数值稳定性的深刻理解。这种深度体现在，即便是在讨论一些相对较新的算法时，作者也总能追溯到其背后的物理意义和数学收敛性保证。整本书的语言风格是极其精确和克制的，没有多余的修饰，每一个句子都像是在进行一次严谨的逻辑陈述。对于那些寻求突破现有数值模拟瓶颈的研究者而言，这本书提供的启发性见解，其价值远超定价。它成功地搭建了一座从经典力学理论到前沿数值计算方法的坚实桥梁，是相关领域不可或缺的宝贵资源。

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