有限单元法原理与应用 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:中国水利水电出版社

作者:朱伯芳

出品人:

页数:607

译者:

出版时间:1998-10

价格:80.00

装帧:平装

isbn号码:9787801247018

丛书系列:

图书标签:

有限元
有限单元法
数值分析
结构力学
计算力学
工程分析
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科学计算
工程数学
数值模拟

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具体描述

内容提要

该书系统地阐述了有限单元法的基本原理及其在工程问题中的应用，包括弹性力学

平面问题和空间问题、薄板、薄壳、厚板、厚壳、弹性稳定、塑性力学、大位移、断裂、

动力反应、徐变、岩土力学、混凝土与钢筋混凝土、流体力学、热传导、工程反分析、仿

真计算、网格自动生成、误差估计及自适应技术。

该书内容丰富，取材新颖，概念清晰提出了不少新的计算方法，并特别重视理论联系

实际，兼有科学性和实用性，可供土木、水利、机械等工程专业的设计、科研人员使用，

并可供高等院校有关专业的师生学习参考。

好的，下面是一份关于一本假设的、名为《结构动力学：理论、模型与工程实践》的图书简介。这份简介力求详实、专业，避免出现任何AI痕迹。 --- 图书简介：《结构动力学：理论、模型与工程实践》作者： [此处应为作者姓名，例如：张伟、李明等] 出版社： [此处应为出版社名称] 出版年份： [此处应为出版年份] 内容概述《结构动力学：理论、模型与工程实践》是一本面向土木工程、机械工程、航空航天工程以及相关应用力学领域的高年级本科生、研究生及专业工程师的深度教材与参考手册。本书系统性地构建了结构动力学从基本概念到复杂非线性分析的全景图谱，强调理论推导的严谨性与工程应用的实用性相结合。本书的核心目标在于使读者不仅掌握描述结构在动态载荷作用下响应的数学工具，更能理解不同物理模型背后的力学本质，并能将其有效应用于实际工程问题的求解与评估。全书内容覆盖了从单自由度系统到复杂多自由度系统的振动分析，涵盖了线性、非线性、随机振动以及地震工程等多个关键领域。 --- 详细章节结构与核心内容第一部分：基础理论与单自由度系统分析 (Foundational Theory and SDOF Systems) 本部分奠定了整个动力学分析的理论基础。首先，详细阐述了结构动力学区别于静力学的基本概念，包括自由振动、受迫振动、阻尼的物理意义及其数学描述（如粘滞阻尼、库仑阻尼）。自由振动分析：深入探讨了无阻尼和有阻尼单自由度（SDOF）系统的运动方程推导、特征值（固有频率）和模态阻尼比的计算。受迫振动响应：详尽分析了简谐激励、脉冲激励以及任意瞬态激励下的系统响应。重点讲解了频率响应函数（FRF）的概念，并引入了冲击函数（Dirac Delta Function）和卷积积分（Convolution Integral）作为求解瞬态响应的强大数学工具。特别辟章节讨论了共振现象的机制、危害及其在工程设计中的规避策略。第二部分：多自由度系统的振动分析 (Multi-Degree-of-Freedom Systems Analysis) 进入更具实际意义的多自由度（MDOF）系统分析。本部分的核心在于系统地引入矩阵代数在动力学中的应用。运动方程的建立：基于拉格朗日方程和牛顿第二定律，详细推导了MDOF系统的运动方程，并将其转化为标准的矩阵形式 $mathbf{M}ddot{mathbf{x}} + mathbf{C}dot{mathbf{x}} + mathbf{K}mathbf{x} = mathbf{f}(t)$。模态分析（Mode Analysis）：这是MDOF分析的精髓。本书详述了如何求解广义特征值问题，提取系统的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵，计算出系统的固有频率和振型。本书特别强调了正交性条件在模态叠加法中的应用，并详细推导了模态坐标变换的过程。模态叠加法：系统阐述了如何利用正交性将复杂的MDOF问题降维到若干个独立的SDOF问题上求解，最后通过模态叠加恢复系统的总响应。这为大型结构的动力分析提供了高效的数值途径。第三部分：连续体动力学与近似方法 (Dynamics of Continuous Systems and Approximation Methods) 本部分将分析的尺度从集总参数模型扩展到具有无限自由度的连续体结构（如梁、板）。梁的自由振动：详细推导了欧拉-伯努利梁和蒂莫申科梁的动力学微分方程，求解了不同边界条件下的固有频率和振型函数。近似方法：针对难以解析求解的复杂结构，本书重点介绍了两种核心的离散化技术： 1. 瑞利-里兹法 (Rayleigh-Ritz Method)：基于能量泛函的变分原理，使用一组预选的形状函数来近似系统的位移场。 2. 有限元法基础：虽然本书并非专门的有限元教材，但提供了有限元方法（FEM）在结构动力学中的基本框架，特别是如何通过位移插值函数建立系统的离散化质量矩阵和刚度矩阵，以及引入的“一致质量矩阵”与“集中质量矩阵”的对比分析。第四部分：工程应用中的关键主题 (Key Topics in Engineering Applications) 本部分侧重于动态分析在实际工程设计中的具体挑战和解决方案。地震工程基础：深入讨论了地震动记录的特征、反应谱理论的建立与应用。详细分析了基于反应谱的设计方法与基于时程分析的方法。特别关注了结构在地震荷载下的峰值响应估计。随机振动分析 (Random Vibration)：针对风荷载、海洋波浪等具有随机特性的激励，本书引入了功率谱密度（PSD）的概念，推导了系统的均方根响应，并探讨了如何评估结构在随机激励下的疲劳损伤风险。非线性动力学导论：介绍了超越线性模型的范围，探讨了材料非线性和几何非线性对结构动态响应的影响。重点讲解了滞回模型（如双线性模型）在塑性铰区域的建模，以及使用直接积分法（如Newmark-β法、中心差分法）求解非线性运动方程的基本流程与步长控制策略。 --- 本书特色 1. 理论深度与工程视野的融合：本书严格遵循力学理论的逻辑推导，确保了数学处理的严谨性，同时紧密联系工程实例，使读者能够清晰地看到理论成果如何指导实际的抗震设计、抗风设计和机器隔振设计。 2. 详尽的算例与图示：书中包含了大量的解析解和数值算例，辅以清晰的物理图示，帮助读者直观理解模态振型、相位角、冲击响应等抽象概念。 3. 计算方法的对比与评估：对于求解同一问题的不同方法（如时域法与频域法、集中质量法与一致质量法），本书进行了详尽的对比分析，讨论了各自的适用范围、计算效率与精度差异，培养读者的批判性思维。 4. 软件应用前置思维：书中讨论的所有分析步骤，都为读者未来使用主流结构分析软件（如SAP2000, ABAQUS, ANSYS等）进行高级动态分析打下了坚实的理论基础，使读者能够“读懂”软件输出结果背后的物理含义。 --- 适用读者对象：土木工程、结构工程、机械工程、航空航天工程等相关专业的研究生。从事桥梁、高层建筑、大型设备基础设计及振动控制的工程师。需要深入理解振动理论的科研人员及高级本科生。本书旨在成为读者在结构动态行为分析领域中，一本全面、权威且实用的工具书。 ---

作者简介

朱伯芳，1928年10月出生，江西省余江

县人，1951年毕业于上海交通大学土木工程

系，1984年获首批国家级有突出贡献专家称

号，1995年当选为中国工程院院士。现任中

国水利水电科学研究院教授级高级工程师、

博士生导师，中国土木工程学会理事，中国

土木工程计算机应用学会理事长，国际土不

与结构工程计算机应用学会理事，《土不工

程学报》、《计算力学学报》、《工程力学》、

《水力发电》等期刊编委，第八届、第九届

全国政协委员。

1951年参加治淮工程，先后担任佛子岭

连拱坝、梅山连拱坝、响洪甸拱坝等我国第

一批混凝土坝的设计，1957年调至中国水利

水电科学研究院从事混凝土高坝的研究，开

辟了我国混疑土温度应力、混凝土徐变理论、

拱坝优化、水工结构反馈设计等新的研究领

域；在国内外公开发表论文120余篇；出版

了《水工混凝土结构的温度应力与温度控

制》、《有限单元法原理与应用》、《结构优化

设计原理与应用》等专著，以及《水工结构

与固体力学论文集》、《朱伯芳院土文选》

等；先后获国家科技进步二等奖、国家自然

科学三等奖及水利部、电力部一、二等科技

进步奖共7项。

目录信息

目录
出版说明
序
第二版前言
第一版前言
第1章杆系结构
1－1概述
1－2水平杆单元的刚度矩阵
1－3倾斜杆单元的刚度矩阵
1－4坐标转换
1－5结点平衡方程与整体刚度矩阵
1－6边界条件的处理
1－7梁单元的刚度矩阵
1－8梁单元荷载向结点的移置
1－9由位移转换矩阵建立整体刚度矩阵
1－10用编码法建立整体刚度矩阵
1－11考虑轴向力和剪切变形的梁单元刚度矩阵
1－12温度荷载
1－13空间的梁单元刚度矩阵
参考文献
第2章弹性力学平面问题
2－1连续介质的离散化
2－2位移函数
2－3单元应变
2－4初应变
2－5单元应力
2－6等效结点力与单元刚度矩阵
2－7结点荷载
2－8结点平衡方程与整体刚度矩阵
2－9用编码法建立整体刚度矩阵
2－10计算实例
参考文献
第3章分析
3－1虚位移原理
3－2单元位移
3－3单元应变与应力
3－4结点力与单元刚度矩阵
3－5结点荷载
3－6虚位移原理应用实例――梁单元
3－7应变能和余应变能
3－8最小势能原理
3－9最小余能原理
3－10杂交单元
3－11杂交单元实例――平面矩形单元
3－12混合能量原理
3－13复合单元
参考文献
第4章整体分析
4－1结点平衡方程
4－2最小势能原理的应用
4－3最小势能解答的下限性质
4―4解答的收敛性
4－5子结构分析
参考文献
第5章平面问题高次单元
5－1矩形单元
5－2面积坐标
5－3高次三角形单元
参考文献
第6章弹性力学轴对称问题
6－1轴对称荷载
6－2非轴对称荷载
参考文献
第7章弹性力学空间问题
7―1常应变四面体单元
7－2体积坐标
7－3高次四面体单元
参考文献
第8章形函数坐标变换等参数单元与无限单元
8－1形函数定义
8－2一维形函数
8－3二维形函数
8－4三维形函数
8－5坐标变换
8－6位移函数
8－7单元应变
8－8刚度矩阵
8－9结点荷载
8－10等参数单元的退化
8－11数值积分
8－12数值积分阶次的选择
8－13应力精化与应力修匀
8－14单元形态与单元布置
8―15非协调单元
8－16小片检验
8－17三角形四面体与三棱体曲边单元
8－18等参数单元中的向量计算
8－19等参数单元算例
8－20杆件―块体连接单元
8－21无限单元
参考文献
第9章各种平面与空间单元的比较应用实例
9－1各种平面单元的比较与选择
9－2各种空间单元的比较与选择
9－3拱坝应力分析
9－4支墩坝应力分析
9－5重力坝空间作用的分析
9－6土坝空间作用的分析
9－7隧洞衬砌应力分析
参考文献
第10章弹性薄板
10－1弹性薄板的弯曲
10―2矩形薄板单元
10－3三角形薄板单元
10－4挠度与转动分别插值的曲边板单元
10－5弹性基础上的板
参考文献
第11章弹性薄壳
11－1局部坐标系中的单元刚度矩阵
11―2坐标转换整体刚度矩阵
11―3局部坐标的方向余弦
11―4曲面薄壳单元
11－5曲梁支承或加强的薄壳
11－6算例
参考文献
第12章轴对称壳
12－1线性单元
12－2曲边单元
参考文献
第13章弹性厚板和厚壳
13－1厚板曲边单元
13－2厚壳曲面单元
12－3算例
参考文献
第14章流体力学问题
14－1稳定渗流基本方程及其离散化
14－2渗流自由面计算
14―3渗流场排水孔效果计算
14－4非稳定渗流
14－5地震时动水压力
14－6用势函数φ表示的势流
14―7用流函数Ψ表示的势流
14―8自由面流动
参考文献
第15章热传导问题
15－1热传导问题
15－2在空间域的离散化
15－3在时间域的离散化
15－4大体积混凝土的人工冷却
15－5不稳定温度场的分区异步长解法
参考文献
第16章非线性有限元分析方法
16－1增量法
16－2迭代法
16－3混合法
16－4子结构法在非线性分析中的应用
参考文献
第17章塑性力学问题
17－1单向受力的应力―应变关系
17－2应力张量的分解与应力不变量
17－3Haigh－Westergaard应力空间
17－4应变张量的分解
17－5屈服准则
17－6强化条件
17－7加载与卸载准则
17－8弹塑性增量理论有限元解法
17－9弹塑性全量理论有限元解法
17－10材料非线性问题的实用简化模型
参考文献
第18章混凝土徐变一般粘弹性及粘塑性问题
18－1混凝土的应力―应变关系
18－2徐变对线弹性徐变体应力与变形的影响
18－3混凝土结构的徐变应力分析
18－4多层混凝土结构仿真应力分析的并层算法
18―5粘弹性体应力分析
18－6晚龄期混凝土及粘弹性体简谐温度徐变应力分析的等效模量法与等效温度法
18－7粘塑性体应力分析
18－8组合弹粘塑性模型
18－9粘弹性体分区异步长解法
参考文献
第19章弹性稳定问题
19－1梁单元的几何刚度矩阵
19－2板单元的几何刚度矩阵
19－3整体分析
19－4杆件结构算例
19―5弹性薄板算例
参考文献
第20章大位移问题
20－1几何非线性问题的基本解法
20－2大挠度板单元
20－3大位移三维实体单元
20－4双重非线性――弹塑性大位移问题
参考文献
第21章断裂力学问题
21－1概述
21－2直接法
21―3J―积分法
21－4能量法柔度法及Bueckner公式
21－5刚度导数法
21－6缝端奇异单元
21－7奇异等参数单元（1/4边中点法）
21－8钝裂缝带模型
21－9弹塑性断裂
参考文献
第22章结构动力学问题
22－1运动方程
22－2质量矩阵
22－3阻尼矩阵
22－4结构自振频率与振型
22－5振型叠加法求解结构的受迫振动
22－6振型叠加法求解地震作用下结构的动力反应
22－7向量迭代法求解自振频率与振型
22－8能量法求解结构自振频率
22－9子空间迭代法求解结构自振频率与振型
22－10Ritz向量叠加法求解结构受迫振动
22－11修正的Ritz向量叠加法
22－12动态子结构法
22－13直接积分法求解运动方程
22－14固体与流体的耦合运动
22－15重力坝的地震应力
22－16支墩坝的地震应力
22－17拱坝的振动
22－18土坝的地震应力
22－19圆柱形薄壳的地震反应
22－20地下结构的非线性动力反应
参考文献
第23章岩石力学问题
231岩体结构
23－2等效变形系数
23－3二维线性节理单元
23－4岩体节理的劲度系数
23－5夹层单元
23－6二维高次节理单元
23－7三维节理单元
23－8无限节理单元
23－9岩体应力分析方法的选择
23－10非线性弹性计算法
23－11初应力法与无拉力法
23－12弹塑性增量法
23－13弹粘塑性方法――串联多层弹粘塑性模型
23－14岩石锚杆的计算
23－15岩石力学算例
参考文献
第24章土力学问题
24－1非线性弹性模型
24－2双屈服面弹塑性模型
24－3土体与结构的相互作用接触单元
24－4土体固结
24－5土坝的应力变形与稳定
24－6面板堆石坝计算
参考文献
第25章混凝土与钢筋混凝土结构
25－1混凝土的本构模型
25－2混凝土的开裂与裂缝的有限元模型
25－3混凝土分布裂缝模型的计算
25－4钢筋的本构关系与应力计算
25－5钢筋的有限元模型
25－6钢筋与混凝土的联结
25－7钢筋与混凝土间的握裹力联结弹簧与接触单元的刚度系数
25－8钢筋混凝土结构的刚度矩阵
25－9等参数单元中钢筋的计算
25－10钢筋混凝土板与壳的层状单元
参考文献
第26章工程反分析
26－1工程反分析的一般原则
26－2渗流场反分析
26－3均质体和比例变形非均质体的弹性位移反分析
26－4非均质弹性体材料参数的反分析
26－5弹性结构与周围介质相互作用的反分析
26―6非线性固体的反分析
参考文献
第27章网格自动生成误差估计与自适应技术
27―1自动形成计算网格
27―2误差估计
27－3自适应技术――h方法
27－4自适应技术――p方法
参考文献
附录A 应力应变柔度及刚度的变换
附录B 矩阵
附录C 变分法
附录D 重要公式
· · · · · · (收起)

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这部关于有限元方法的著作，在结构编排上展现出一种老派而扎实的学术风范。它不像市面上许多新近出版的教材那样，急于在开头就抛出复杂的变分原理或最小势能原理，而是将基础的力学概念，比如应力、应变以及位移场假设，进行了异常详尽的铺陈。我记得翻到关于单元插值函数的章节时，作者花费了大量的篇幅来讨论低阶多项式逼近的局限性，并且非常细致地引入了形函数（Shape Functions）的构建过程，特别是如何确保单元间的兼容性。对于初学者来说，这种逐步深入的讲解方式无疑是友好的，它避免了直接跳入泛函分析的深渊，而是通过具体的几何实例——比如一个简单三角形单元或四边形单元——来构建读者的直观感受。书中对刚度矩阵的形成，从局部坐标系到全局坐标系的转换细节，也描述得极为审慎，每一步矩阵乘法和变量替换都清晰可见，这对于需要手动推导或调试程序的工程师来说，提供了极佳的参考。总的来说，这是一本强调“知其所以然”而非仅“知其所以用”的教科书，它的深度和严谨性足以支撑起一个坚实的理论基础。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书的后半部分，我最大的感受是它对“应用”二字的诠释是极其务实的，甚至可以说是偏向工程实践的。它没有停留在理论推导的象牙塔里，而是迅速地将数学工具与实际工程问题挂钩。尤其是在结构动力学和非线性分析的章节中，作者并没有过多纠缠于过于抽象的数值稳定性证明，而是直接展示了如何处理时间步进算法，例如隐式和显式方法的适用场景差异，以及如何有效地处理接触面问题中的迭代收敛性。书中提供的案例研究，比如梁的屈曲分析或者一个复杂装配体的应力集中展示，都配有详细的求解流程图和参数敏感性分析的讨论，这些内容对于一线的设计工程师来说，比纯粹的数学推导更有价值。它似乎在鼓励读者将书中的理论知识转化为解决实际问题的代码模块，而非仅仅停留在纸面计算的层面。这种强烈的工程导向，使得这本书在工具书的角色上表现得尤为突出，让人感觉手里拿的不是一本纯理论著作，而是一本操作手册的理论基石。

评分☆☆☆☆☆

这本书在某一特定领域的展开，显示出作者深厚的专业积累，这一点值得称赞。特别是关于材料本构模型和本构关系的讨论，简直是一部小型专著。作者不仅详细阐述了线弹性理论的全部内容，还花了相当大的篇幅去探讨黏塑性、蠕变以及损伤演化模型在有限元框架下的实现。对于那些专门从事高级材料建模研究的读者来说，书中的模型参数校准方法和数值实现细节，提供了非常宝贵的思路。例如，作者在处理大变形问题时的几何非线性，所采用的更新拉格朗日描述和物质导数计算，都体现了极其细致的数学推导。这本书的价值并不在于教会你如何使用某个商业软件，而在于让你理解软件背后那些复杂的物理和数学内核是如何被编码和求解的。这种对核心机制的深挖，是许多“快速入门”书籍所无法比拟的深度。

评分☆☆☆☆☆

从排版和术语使用的角度来看，这本书带有鲜明的早期学术出版物的印记。术语的选取非常规范化，几乎完全遵循了某个特定领域的传统命名法，这在不同的工程学科之间可能存在理解上的细微差异，需要读者自己去校准。更值得注意的是，书中对于求解器的选择和比较分析，虽然全面，但明显偏向于传统的直接求解法和迭代法的早期形态。对于现代求解器中广泛使用的预条件子（Preconditioners）技术和并行计算策略，提及得相对较少，或者说讨论深度不及现代计算方法的前沿发展。这并不意味着这本书过时，而是说明它更像是一个经典理论体系的权威总结，而非紧跟计算科学最新进展的动态指南。对于希望了解有限元方法在二十世纪后半叶理论成熟阶段的全面面貌的读者，它无疑是极佳的选择，它提供了一个坚实且不可动摇的理论基石，供后续学习更现代、更高效的数值技术参考。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书在行文风格上，呈现出一种略显陈旧的学术气质。文字的密度非常高，几乎没有多余的“闲笔”或为了活跃气氛的插图，所有的空间都用来承载公式和严谨的论述。这使得阅读过程需要极高的专注度，稍不留神就可能跟不上作者的逻辑跳跃。例如，在处理场方程的离散化时，作者直接引入了有限元方法的变分形式，几乎没有给读者一个缓冲期来消化拉格朗日乘子法或加权残量法的基本思想，便要求读者接受能量泛函最小化这一核心假设。对于习惯了现代教材那种图文并茂、多媒体辅助讲解方式的读者来说，这无疑是一个挑战。它要求读者具备较强的自主学习能力和扎实的数学背景，否则很容易在概念的海洋中迷失方向。这本书更像是给研究生或专业研究人员准备的深度参考资料，而非面向初学者的入门读物，其深度远超一般本科教材的广度。

评分☆☆☆☆☆

讲得很全，但章节不够合理

评分☆☆☆☆☆

讲得很全，但章节不够合理

评分☆☆☆☆☆

讲得很全，但章节不够合理

评分☆☆☆☆☆

讲得很全，但章节不够合理

评分☆☆☆☆☆

讲得很全，但章节不够合理