工程结构数值分析方法与程序设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:天津大学出版社

作者:罗定安

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页数:234

译者:

出版时间:1995年

价格:18

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isbn号码:9787561807699

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《现代结构分析与设计：力学、数值与实践》 本书旨在为读者提供一套全面而深入的现代结构分析与设计理论框架，涵盖了从基础力学原理到高级数值模拟方法，再到实际工程应用的各个环节。本书的编写紧密围绕结构工程的核心问题，力求在理论深度、方法前沿性和实践可操作性之间取得平衡，为从事结构设计、工程咨询、科研教学等领域的专业人士提供一份宝贵的参考。 第一部分：结构力学基础与高级理论 本部分将系统回顾和深化结构工程所需的经典力学基础，并在此基础上引入现代结构分析的关键理论。 第一章：连续介质力学基础 我们将从张量分析入手，详细阐述应力、应变张量的定义、性质及其在三维空间中的表现。 深入讨论材料的本构关系，包括线弹性、弹塑性、粘弹性等模型，并介绍不同材料（如混凝土、钢材、复合材料）的本构行为特点。 讲解弹性力学和塑性力学中的基本方程，如平衡方程、几何方程、物理方程，以及边界条件和初始条件。 介绍数值模拟中常用的数值积分方法，如高斯积分，及其在有限元方法中的应用。 第二章：结构动力学原理 本章将系统介绍单自由度和多自由度系统的动力学方程，包括质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵的建立。 详细阐述模态分析，包括特征值和特征向量的计算，以及模态叠加法在响应分析中的应用。 探讨不同类型的动力荷载，如地震动、风振、机械振动等，以及相应的分析方法，如响应谱分析、时程分析。 介绍结构振动控制的基本原理和技术，如隔震、减震、调谐质量阻尼器等。 第三章：板壳结构分析 本章将聚焦于薄板和厚板的弹性力学分析，介绍Kirchhoff薄板理论和Mindlin厚板理论的适用范围和基本方程。 探讨各种边界条件下板的挠度和内力分布，并引入数值解法（如有限差分法）的应用。 深入研究壳体结构（如球壳、圆柱壳）的力学行为，介绍Novozhilov壳体理论等，并讨论其在实际工程中的应用。 介绍板壳结构的屈曲和稳定性分析，包括临界载荷的计算和稳定性的判别。 第四章：非线性结构分析 本章将深入探讨结构发生几何非线性和材料非线性时的分析方法。 详细介绍几何非线性，如大变形效应、P-Delta效应在结构中的体现，以及相应的数值处理方法。 深入讲解材料非线性，如混凝土的开裂、钢材的屈服和强化等，并介绍数值方法如何模拟这些行为。 介绍不同类型的非线性求解算法，如增量法、Newton-Raphson法及其变种，并讨论其收敛性和稳定性。 重点关注结构抗震设计中的非线性时程分析，以及如何评估结构的延性、承载能力和损伤。 第二部分：现代数值分析方法 本部分将详细介绍在现代结构分析中占据核心地位的数值方法，并探讨其原理、实现细节和应用。 第五章：有限元方法（FEM）基础 本章将详细介绍有限元方法的离散化思想，从单元的选取、形函数（插值函数）的建立入手。 推导单元刚度矩阵、质量矩阵和载荷向量，重点讲解力的等效节点荷载和力的等效节点力。 讲解单元集合与整体方程的组装过程，以及边界条件的施加方法。 介绍求解线性方程组的直接法（如高斯消元法、Cholesky分解法）和迭代法（如共轭梯度法）。 第六章：高阶与过渡单元 在本章中，我们将超越传统的简单单元，介绍更高阶（如二次、三次）的插值函数在有限元中的应用，以及它们如何提高计算精度。 深入讨论剪切变形单元（如Mindlin单元）在分析厚板厚壳结构时的优势和特点，以及如何克服其“缩颈”效应。 介绍混合有限元方法，将位移和应力/应变等变量作为独立的未知量，并分析其在处理复杂本构关系时的优越性。 第七章：高级有限元技术 本章将探讨一些更高级的有限元技术，以应对更复杂的工程问题。 介绍自适应网格细化技术，如何根据误差分析自动优化网格划分，提高局部计算精度。 讲解模型减缩技术（Model Reduction），用于减少大型结构的自由度，提高计算效率，如模态综合法。 介绍超单元（Super Element）的概念，用于处理大型结构的子结构分析，提高计算效率。 探讨边界元方法（BEM）的基本原理，及其在处理无限域问题、应力集中问题时的应用潜力。 第八章：计算力学软件的实现与应用 本章将指导读者如何将数值方法转化为实际可用的程序。 介绍数值计算中常用的编程语言（如Fortran, C++, Python）及其在科学计算中的优势。 讲解如何构建模块化的有限元程序，包括预处理器、求解器和后处理器的设计思路。 介绍常用的商业有限元软件（如ABAQUS, ANSYS, NASTRAN）的基本操作流程和应用案例。 鼓励读者基于本书介绍的原理，尝试编写简单的有限元程序，加深对数值方法的理解。 第三部分：工程应用与实践 本部分将理论与数值方法相结合，探讨在实际工程设计中面临的典型问题，并提供解决思路。 第九章：桥梁结构分析与设计 本章将聚焦于桥梁结构，介绍不同类型桥梁（如梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥）的结构形式和力学特点。 详细讲解桥梁在恒载、活载、风、地震等作用下的内力分析和变形计算。 介绍桥梁结构抗裂、抗疲劳、抗失稳等设计要求。 探讨桥梁施工过程中的力学分析，以及如何控制施工变形和应力。 结合案例分析，展示如何利用有限元方法进行桥梁的整体和局部精细化分析。 第十章：高层与超高层建筑分析 本章将深入探讨高层和超高层建筑在复杂荷载作用下的行为。 重点分析风荷载对高层建筑的动力响应，如风致振动、风吸力等，并介绍相应的风洞试验和数值模拟方法。 深入讨论地震荷载作用下的反应谱分析和非线性时程分析，以及如何评估结构的抗震性能。 介绍剪力墙、框架-剪力墙、筒体等结构体系的力学特性和设计原则。 探讨隔震、减震等减震技术的应用，以及它们如何提高高层建筑的安全性。 第十一章：隧道与地下结构分析 本章将关注地下工程，介绍隧道、地下洞室、地下连续墙等结构的力学分析。 详细讨论围岩-支护结构的相互作用，以及如何模拟土体在荷载作用下的变形和应力。 介绍不同地质条件下的开挖效应和支护设计原则。 探讨地下水对结构稳定性的影响，以及渗流分析在其中的作用。 结合实际工程案例，展示如何利用数值方法（如有限元、离散单元法）进行地下结构的安全性评估。 第十二章：复合材料结构分析 本章将介绍新兴的复合材料在结构工程中的应用。 详细阐述复合材料的各向异性力学行为，以及如何建立其本构关系。 介绍层合板力学理论，包括层合板的刚度矩阵和强度分析。 探讨纤维增强复合材料在桥梁、建筑幕墙、风力发电机叶片等领域的应用。 介绍复合材料结构的损伤容限分析和剩余寿命评估。 第十三章：结构健康监测与损伤诊断 本章将介绍现代结构健康监测（SHM）技术，以及如何利用监测数据诊断结构损伤。 介绍不同类型的传感器（如应变片、加速度计、位移计）及其原理。 探讨基于模态参数（频率、阻尼、振型）的损伤识别方法。 介绍基于应力/应变测量的损伤诊断技术。 讨论数据融合和机器学习在结构损伤诊断中的应用前景。 第十四章：可靠性与寿命预测 本章将从概率和统计的角度审视结构设计。 介绍可靠性指标（如First-Order Reliability Method, FORM）的计算方法。 探讨不同荷载和材料参数的随机性及其对结构可靠度的影响。 介绍疲劳分析的基本原理，以及如何预测结构在反复荷载作用下的寿命。 讨论结构在环境侵蚀、老化等因素下的耐久性预测。 本书力求以严谨的科学态度、清晰的逻辑结构，帮助读者构建扎实的理论基础，掌握先进的数值分析工具，并能将其有效应用于复杂的工程实践中，从而更好地应对结构工程领域日益严峻的挑战，设计出更加安全、经济、可靠的结构。

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这本《工程结构数值分析方法与程序设计》读起来简直是为我这种理论知识扎实，但实操能力稍显不足的工程师量身定做的宝典。我之前在处理复杂结构问题时，总是觉得在理论和实际计算之间隔着一道鸿沟，各种有限元、边界元的方法理论公式看得头昏脑涨，真正要上手编程实现时更是无从下手。这本书最让我惊喜的是，它没有停留在纯理论的推导上，而是非常深入浅出地将复杂的数学模型转化为可操作的程序逻辑。作者在讲解每个数值方法时，都会详细剖析其背后的物理意义和数学基础，这让我感觉不再是简单地套用公式，而是真正理解了数值模拟的精髓所在。特别是对于那些涉及到非线性、大变形的结构分析，书里提供的算法思路清晰，代码示例详尽，让我能够迅速掌握如何构建稳定且高效的求解器。我花了大量时间研究了其中关于隐式时间积分和迭代收敛策略的部分，感觉自己的结构动力学分析能力得到了质的飞跃，现在面对那些棘手的工程案例，心里踏实多了。

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我必须承认，我对数值分析的恐惧感在翻阅这本书的初期达到了顶峰，那些关于矩阵求解、特征值分解的章节，确实需要较强的数学功底。然而，一旦我坚持下来，特别是到了涉及到程序实现和算法优化的部分，我才体会到这本书的价值所在。作者对于如何将理论算法转化为高效的计算机语言（比如 C++ 或 Fortran）的实践指导，是极其宝贵的。很多工程计算的瓶颈往往不是理论不够深，而是程序实现时的效率问题和稳定性问题。这本书里对迭代方法的收敛性测试和误差控制的讨论，让我对“工程精度”有了全新的认识。我以前总觉得只要结果出来就行，现在我明白了，如何证明这个结果是可靠的，如何用最少的计算资源得到可接受的精度，才是衡量一个数值分析工程师水平的关键。这本书为我提供了一套严谨的、可复现的工程计算框架。

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这本书的叙事风格非常流畅且富有逻辑性，它成功地平衡了理论的深度和应用的广度。不同于一些专注于某一特定有限元单元（如板壳单元）的专著，它提供了一个更宏观的视角，涵盖了从基本的一维问题到更复杂的二维、三维分析的通用数值框架。我尤其喜欢它在介绍变分原理和加权残量法时所使用的类比和图示，这些视觉辅助工具极大地帮助我理解了泛函最小化在结构力学中的具体含义。对于我们这些经常需要对接研究成果和实际工程需求的从业者来说，能够快速理解一篇新论文中的数值方法并将其融入现有工作流至关重要。这本书无疑提供了一套非常完善的“通用解码器”，让我们可以迅速掌握并批判性地评估各种新型的数值模拟技术。它的深度足以让研究生用户受益匪浅，同时其清晰的结构也让有经验的工程师能够快速查阅特定算法的实现细节。

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作为一名刚入行不久的结构设计新手，我一直在寻找一本能够真正 bridging the gap（架起桥梁）的书，将我课堂上学到的那些抽象的数值方法与实际工程软件的使用经验联系起来。坦白说，市面上很多教材要么过于偏重数学，要么只是罗列代码片段，让人难以形成完整的知识体系。《工程结构数值分析方法与程序设计》的结构安排非常精妙，它不像一本枯燥的教科书，更像一位经验丰富的导师在身边指导。我特别欣赏它在介绍不同算法时，总是会穿插一些“陷阱”和“注意事项”，比如在网格划分的敏感性分析、时间步长的选取原则等方面，这些都是书本上轻易看不到的“血泪经验”。当我按照书中的指导尝试自己编写一个简单的梁单元求解器时，那种从零开始搭建起一个可以运行的模型的成就感，是单纯使用商业软件无法比拟的。这本书不仅仅是教我“怎么算”，更是教我“为什么这样算更合理”。

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说实话，市场上关于数值计算的书汗牛充栋，但真正能让人产生“相见恨晚”感觉的并不多。这本《工程结构数值分析方法与程序设计》之所以能脱颖而出，在于它对“程序设计”这部分的重视程度远超其他同类书籍。很多书只是停留在推导公式和列举步骤，但这本书却真实地展现了从数学模型到可执行代码的“炼金术”。作者在设计算法时，充分考虑了工程实践中的计算资源限制和实时性要求，比如对稀疏矩阵存储和求解策略的探讨，就显得尤为贴近实际。我最近的一个项目涉及到岩土工程中的渗透固结分析，传统的解析方法根本无力应对，我正是参考了书中的时间离散化方法，成功地将其改编并嵌入到了我们的定制仿真平台中，极大地提高了计算效率。这本书不只是知识的传递，它更像是一份高质量的、可供长期参考的工程实践手册，其价值远超书本本身的价格。

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