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出版者:科学出版

作者:于军泉

出品人:

页数:529

译者:

出版时间:2004-1

价格:50.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787030125101

丛书系列:数码工程师系列丛书

图书标签:

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深入探索计算科学与工程的前沿领域：一本不容错过的参考书目 书名：MSC.Marc/Mentat 2003 基础与应用实例 --- 内容提要： 本书籍旨在为结构力学、材料科学以及计算工程领域的专业人士、研究人员和高级学生提供一个全面、深入的指南，聚焦于经典的有限元分析（FEA）软件MSC.Marc和MSC.Mentat在2003年版本环境下的核心理论基础、先进的求解技术及其在复杂工程问题中的实际应用。本书的叙述逻辑严谨，内容覆盖面广，旨在帮助读者不仅掌握软件操作，更能理解其背后的数值力学原理。 第一部分：理论基石与核心算法（Fundamental Theories and Core Algorithms） 本部分内容详尽阐述了MSC.Marc求解非线性问题的理论基础，这是理解高级分析能力的关键。 1. 连续介质力学基础回顾 (Review of Continuum Mechanics) 本书首先回顾了建立有限元分析的必要理论框架。重点讨论了拉格朗日描述与欧拉描述的切换，应力与应变张量的定义，以及广义胡克定律在各向异性材料中的表达。深入探讨了本构关系的引入，特别是对小变形与大变形（几何非线性）的区分处理。 2. 有限元方法的数值实现 (Numerical Implementation of the Finite Element Method) 详细解析了MSC.Marc中采用的变分原理（如虚功原理）在推导有限元方程中的应用。重点介绍了单元类型的选择与选择标准： 位移函数插值：高阶单元与低阶单元的差异及其对精度和计算成本的影响。 单元刚度矩阵的形成：讨论了如何通过数值积分（如高斯积分）准确计算材料与几何非线性问题中的单元刚度矩阵。 3. 非线性求解策略 (Non-Linear Solution Strategies) 由于工程问题普遍涉及几何非线性、材料非线性或接触非线性，求解器的效率至关重要。本书深入剖析了MSC.Marc/Mentat中采用的迭代方法： 牛顿-拉夫森法 (Newton-Raphson)：标准形式、修正牛顿法及其在不同非线性程度下的收敛特性。 弧长法 (Arc-Length Methods)：如Riks方法，用于追踪复杂载荷-位移路径，尤其在屈曲和后屈曲分析中的应用。 收敛判据与平衡迭代：如何设置有效的残差检查（力残差、能量残差）以确保计算的准确性和稳定性。 第二部分：高级材料模型与本构关系 (Advanced Material Models and Constitutive Relations) 本部分着重介绍了MSC.Marc在描述复杂材料行为方面的强大能力，这是区分通用FEA程序和专业工程分析工具的关键。 4. 弹塑性理论的深入探讨 (In-Depth Study of Elasto-Plasticity) 详细介绍了金属塑性分析的核心： 屈服准则：Von Mises、Tresca准则的数学形式及其在Marc中的实现细节。 流动法则与硬化模型：讨论了随动硬化（Kinematic Hardening）和等向硬化（Isotropic Hardening）模型，以及混合硬化在模拟真实材料行为中的重要性。还涵盖了基于应变率的黏塑性（Viscoplasticity）模型，用于高温或高速冲击问题。 5. 复合材料与损伤力学 (Composites and Damage Mechanics) 针对航空航天和先进结构领域，本书详细阐述了铺层结构（Laminate）的分析： 经典层合板理论 (CLT) 的应用，以及如何定义材料方向（材料坐标系）与全局坐标系之间的转换。 失效准则：对 Tsai-Wu、Hashin 准则的详细解释，以及Marc中如何引入渐进损伤模型（Progressive Damage Modeling, PDM）来模拟纤维断裂和基体开裂导致的结构强度下降。 6. 超弹性与黏弹性 (Hyperelasticity and Viscoelasticity) 为橡胶、高分子材料和生物材料分析提供了理论支持： 超弹性本构模型：Mooney-Rivlin、Neo-Hookean 等模型的参数识别与应用范围。 黏弹性响应：如何利用Prony级数描述材料的时间依赖性，以及在动态冲击和蠕变分析中的应用。 第三部分：接触、连接与动态分析 (Contact, Connections, and Dynamic Analysis) 本部分聚焦于现实世界装配体分析的关键挑战——多体接触与瞬态响应。 7. 复杂接触问题的处理 (Handling Complex Contact Problems) 接触是非线性FEA中最具挑战性的方面之一。本书详细解释了MSC.Marc的接触算法： 接触定义：Master/Slave 面定义、节点到面（N-to-S）和面到面（S-to-S）接触的适用场景。 惩罚刚度法与拉格朗日乘子法：两种主要接触约束实现方式的优缺点及参数敏感性分析。 摩擦模型：库仑摩擦定律的数值实现，以及在滚动/滑动接触中的跟踪策略。 8. 瞬态动力学与冲击分析 (Transient Dynamics and Impact Analysis) 对于涉及时间演化的分析，本书阐述了显式和隐式求解器的选择与应用： 显式积分 (Explicit Integration)：主要用于高频、短时间尺度的冲击和爆炸分析，重点讨论了中心差分格式的稳定性条件（CFL条件）。 隐式积分 (Implicit Integration)：用于慢速碰撞和振动分析，讨论了时间步长的选择对精度和稳定性的影响。 9. Mentat 在前/后处理中的作用 (The Role of Mentat in Pre/Post-Processing) MSC.Mentat作为可视化和交互式建模界面，其功能被系统介绍： 几何建模与清理：如何在Mentat环境中导入、编辑和修复CAD几何模型，为后续的网格划分做准备。 交互式加载与边界条件施加：如何利用图形用户界面（GUI）直观地定义复杂的载荷工况和约束条件。 结果后处理与可视化：详细展示了如何提取关键的工程变量（如最大应力、应变能密度、接触力），并利用云图、矢量图和动画技术对复杂的分析结果进行有效解读。 总结 本书《MSC.Marc/Mentat 2003 基础与应用实例》不仅仅是一本软件手册，更是一部计算力学应用领域的参考书。它侧重于将深厚的理论知识与2003年版本软件的实际功能相结合，是工程师和研究人员掌握高级非线性有限元分析技术的宝贵资源。通过对理论细节和实例演示的平衡处理，读者将能够建立起对MSC.Marc/Mentat强大求解能力的深刻理解，从而自信地应对现代工程中最严苛的仿真挑战。

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对于像我这样需要在实际工作中应对非线性问题的用户来说，这本书的后半部分简直是宝藏。特别是关于接触分析和材料非线性的处理章节，深度和广度都远超我预期的水准。我记得有一次项目遇到一个棘手的塑性变形问题，怎么调整参数都无法得到合理的应力分布，当时几乎束手无策。后来翻阅这本书中关于大变形和小变形理论结合点的论述时，我才意识到自己对初始条件的设定存在一个根本性的误解。作者在讨论应力重启动策略时，给出的建议非常具有实操指导意义，甚至详细列举了在何种工况下应该优先考虑拉格朗日乘子法而非罚函数法。这种深植于工程实践的细致考量，体现了作者多年一线经验的积累，绝非纸上谈兵可比。如果说前几章是“打地基”，那么后半部分就是真正意义上的“盖高楼”，提供了解决实际工程难题的坚实武器。

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总而言之，这本书带给我的不只是一套求解有限元分析问题的技术，更是一种严谨的科学思维训练。它不是那种看完就能立刻变成专家的速成指南，而是一部需要反复研读、时常翻阅的参考工具书。我感觉自己更像是获得了一位经验丰富的导师在身边随时指导，每当我遇到困惑时，总能在书中找到那段恰到好处的解释，帮助我拨开迷雾。特别值得一提的是，书中对程序内部算法的解释，虽然深入，但始终保持着一种鼓励读者去探索和验证的态度，而不是强行灌输结论。这本书成功地弥合了理论数学与工程应用之间的鸿沟，为我后续在更高级、更定制化的数值模拟领域的发展，奠定了不可动摇的根基。对于任何认真对待有限元分析事业的人来说，这本《MSC.Marc/Mentat 2003基础与应用实例》都称得上是案头必备的经典之作。

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说实话，我原本以为这类偏向专业工程计算的书籍会非常枯燥，充斥着密密麻麻的公式和难以理解的符号。然而，这本书的叙述风格却出乎意料地具有启发性。作者似乎非常擅长用“讲故事”的方式来解释复杂的物理现象和数值方法。比如，在介绍隐式求解器收敛性问题时，他没有直接抛出复杂的误差分析，而是通过一个关于桥梁在不同载荷下动态响应的例子，形象地展示了时间步长选择对结果稳定性的决定性影响。这种将抽象算法“具象化”的处理手法，极大地降低了我的学习门槛。更值得称赞的是，书中大量的插图和流程图制作得极其精美且富有信息量，很多我之前通过阅读其他文献都难以理解的求解过程，仅仅通过书中的一张流程图就豁然开朗。这套书无疑是为那些渴望从“会用软件”跃升到“理解软件内核”的工程师准备的绝佳读物，它强迫你思考“为什么”而不是仅仅满足于“怎么做”。

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这本书的封面设计着实吸引人，那种略带复古又充满科技感的排版，让人忍不住想一探究竟。我是在一个技术交流会上偶然看到这本书的，当时对“Marc”和“Mentat”这两个词汇充满了好奇，毕竟在那个年代，这些术语听起来就充满了前沿的味道。翻开扉页，作者的序言就透露出一种严谨的学者风范，他不仅分享了编写这本书的初衷，更强调了其理论与实践相结合的教学理念。我尤其欣赏作者在开篇就构建了一个宏大的技术图景，将基础理论的抽象概念与实际工程中的具体应用场景巧妙地串联起来，这种铺陈方式极大地激发了我深入学习的欲望。整本书的章节安排逻辑清晰，从最底层的数学模型推导到复杂系统的有限元分析，步步深入，让人感觉每一步都是水到渠成，而非生硬的知识堆砌。光是前三章的基础理论部分，我就花了不少时间去消化吸收，特别是关于材料本构关系和边界条件设定的详尽论述，简直是为初学者量身定做，避开了许多晦涩难懂的弯路。

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从排版和印刷质量来看，这本2003年的版本至今看来依然保持了相当高的水准，这对于一本技术手册来说至关重要。书本的纸张选择适中，没有廉价书籍常有的反光问题，即便是长时间在强光下阅读也不会感到眼睛疲劳。装帧设计上，虽然整体风格偏向严肃，但其对公式编号和参考文献的清晰标注，极大地提升了阅读体验。我尤其欣赏它对各种专业术语的首次出现时的处理——往往会附带一个简短的英文缩写或解释，这对于习惯了不同标准术语的读者来说非常友好。此外，书中附带的光盘内容（虽然我现在已经很少用到实体光盘了，但其精神值得肯定）提供了大量的案例文件和验证模型，这对于学习者进行“边学边做”至关重要。能够将如此复杂的理论体系，通过精良的物理载体呈现出来，足见出版社和作者对读者的尊重。

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