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出版者:中国铁道出版社

作者:张祥杰

出品人:

页数:320

译者:

出版时间:2004-6-1

价格:38.00元

装帧:平装（带盘）

isbn号码:9787113059385

丛书系列:

图书标签:

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《高级结构分析与有限元方法实战》 内容简介 本书深入探讨了现代工程领域中至关重要的结构分析与有限元（FEA）技术，旨在为读者提供从理论基础到复杂工程实践的全面指导。全书内容紧密围绕如何运用先进的数学模型和数值计算方法来预测和评估复杂结构在各种载荷条件下的行为，而非聚焦于任何特定的三维建模或曲面设计软件的操作细节。 第一部分：结构分析基础理论 本部分从固体力学和材料科学的基本原理出发，奠定了后续高级分析的基础。 第一章：连续介质力学回顾与应力-应变关系 本章详细阐述了柯西应力张量、应变张量及其在三维空间中的演化。重点讲解了线弹性、弹塑性本构关系（如Von Mises屈服准则），以及超弹性材料（如橡胶和软组织）所适用的本构模型。同时，深入剖析了材料各向异性对结构响应的影响，特别是针对复合材料基体的分析基础。本章不涉及任何CAD软件的操作界面或零件建模流程。 第二章：平衡方程、几何方程与本构方程的统一 本章的核心是推导弹性力学问题的基本偏微分方程组。详细介绍了在笛卡尔坐标系、柱坐标系和球坐标系下静力平衡方程的表达形式，并探讨了在考虑温度场、惯性力时的动态平衡方程。几何方程部分着重于小变形假设下的应变计算，以及大变形问题中使用的Green-Lagrange或Almansi应变张量。本章专注于数学模型的建立，为有限元离散化做准备。 第二部分：有限元方法的理论与实施 本部分是全书的精髓，详细拆解了有限元方法（FEM）的理论框架、离散化过程以及求解策略。 第三章：变分原理与弱形式的建立 本章深入讲解了结构力学分析的能量原理，包括虚功原理、最小势能原理（或最小余能原理）。重点在于如何将偏微分形式的控制方程（强形式）转化为积分形式的弱形式。本章详细演示了 Galerkin 方法在梁单元、板单元上的应用，以及如何通过选取形函数（插值函数）来近似场变量，从而构建离散化方程。 第四章：单元刚度矩阵的构建与集成 本章聚焦于单元层次的计算。详述了高斯积分在数值积分中的应用，用以精确计算形函数导数的积分。详细推导了线弹性问题中，一维桁架单元、梁单元（考虑剪切变形的Timoshenko梁理论）以及二维三角形和四边形单元（包括Q4和Q8单元）的单元刚度矩阵 $[k]$ 和单元载荷向量 ${f}$ 的具体计算过程。单元集成技术，即将局部单元矩阵组装成全局系统矩阵 $[K]$ 的方法，也在本章中被详尽阐述。 第五章：非线性有限元分析 本章面向更复杂的工程问题，探讨了超越线性静力学范畴的分析方法。内容涵盖了几何非线性（大变形、接触问题）、材料非线性（塑性、蠕变）以及边界非线性。重点介绍了牛顿-拉夫逊迭代法、修正牛顿法等求解非线性方程组的算法，以及残差向量的计算与步长控制策略（如弧长法）。 第三部分：高级分析技术与应用 本部分将理论知识应用于特定工程领域，侧重于求解复杂物理现象的数值模拟。 第六章：模态分析与动力学响应 本章讲解了如何求解广义特征值问题，以确定结构的固有频率和振型。详细推导了自由振动和有阻尼振动的运动方程。在强制激励下的响应分析中，本章展示了如何应用模态叠加法来高效计算瞬态响应和谱分析，这些分析完全基于质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵的计算结果，与三维建模无关。 第七章：热-结构耦合分析 本章关注温度场对结构性能的耦合影响。首先，介绍了有限元方法在瞬态和稳态传热问题中的应用，包括导热系数矩阵 $[K_T]$ 的建立。随后，详细阐述了如何将热应变引入到结构力学方程中，形成热-结构耦合刚度矩阵，用于计算热膨胀、残余应力以及热梯度载荷下的结构变形。 第八章：接触与摩擦的数值处理 接触是现代有限元分析中最具挑战性的方面之一。本章深入研究了接触算法，包括罚函数法、增广拉格朗日法在处理接触面（点-面、面-面）上的应用。重点讨论了接触刚度矩阵的非对称性、接触状态（粘滞、滑动、分离）的迭代判断，以及在求解过程中如何保证接触力和位移的兼容性。 第九章：不确定性量化与可靠性评估 本章超越了确定性分析，介绍了如何处理工程输入参数（如材料强度、载荷大小）的随机性。内容包括随机变量的描述、拉丁超立方采样（LHS）等抽样方法，以及概率密度函数的建立，最终目标是基于 Monte Carlo 模拟或可靠性指标方法，评估结构的失效概率。 本书旨在成为结构分析工程师、有限元开发人员和高级研究人员的必备参考手册，专注于提供严谨的数学基础、详细的数值推导和高效的求解策略，以应对复杂工程挑战。

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这本书，初拿到手，那种厚重感和封面设计就给人一种专业、严谨的印象。我本来对手册类的书籍总是抱持着一种“能用就行”的态度，但这本书的排版设计，特别是图文结合的方式，让人眼前一亮。它似乎将复杂的工程概念，通过非常清晰、直观的视觉语言进行了传达。我注意到许多案例分析，它们不仅仅是展示操作步骤，更深层次地剖析了设计背后的工程原理和优化思路。比如，在讲解曲面造型的章节，作者似乎非常强调“设计意图”与“软件实现”之间的桥梁作用，而不是简单地罗列菜单命令。这对于一个渴望从“工具使用者”蜕变为“设计思考者”的读者来说，无疑是极大的鼓舞。它给我的感觉是，这不是一本教你如何按按钮的书，而是一本引导你如何像一个经验丰富的设计师那样去思考的书籍。细节之处，比如对公差配合的讨论，也显得非常到位，体现了作者深厚的行业积累。

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这本书的语言风格，用一个词来形容，就是“沉稳有力”。它没有采用过分花哨的修辞或过于口语化的表达，而是保持了一种工程师之间交流的精准和克制。然而，这种克制中蕴含着极强的说服力。阅读过程中，我能感受到作者在每一个关键概念点上所下的功夫——信息密度极高，但又不会让人感到窒息。它更像是一位经验丰富的导师，在旁边耐心而精确地指导你走过一条充满挑战的技术路线。特别是关于高级公差分析和变形补偿策略的章节，作者的处理方式非常成熟，没有给出绝对的标准答案，而是提供了一套可量化的评估标准，让读者能够根据自己的具体项目需求做出最合理的决策。这本书，无疑是投入时间去精读和反复研习的价值之作，它带来的不仅仅是操作层面的提升，更是思维模式的重塑。

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说实话，我刚开始翻阅时，感觉内容的深度确实有点“劝退”。它不像市面上那些入门指南那样，上来就用最简单的例子搪塞过去。这本书直接切入了核心的复杂性问题，比如如何处理拔模斜面的复杂交线、如何在高曲率区域保持曲面光顺性，这些都是我在实际工作中经常碰到的“拦路虎”。让我印象深刻的是，它对“特征重建”的章节处理得极其细腻。作者似乎深知，在逆向工程或现有模型修改时，如何高效、准确地提取和重构原始设计意图是效率的关键。书中的图示部分，采用了多角度剖析的技巧，使得原本抽象的几何关系变得触手可及。我尝试按照书中的某个高级曲面处理流程进行实践，发现那些以往需要反复试错才能达成的效果，通过书中的指导，逻辑链条变得清晰可见，大大缩短了我的摸索时间。这种“知其然更知其所以然”的叙述方式，确实提升了学习的效率和质量。

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这本书的结构安排，体现了一种非常系统化的知识建构逻辑。它不像一些参考手册那样零散，更像是一套完整的、经过时间检验的课程大纲。从最基础的草图约束逻辑，到中间复杂的模具结构划分，再到后期的分析验证，层层递进，毫无跳跃感。尤其让我欣赏的是，作者在讲解模具拆分与流道系统设计时，并没有固化于某一种特定的结构类型。相反，它提供了一个思考框架——如何根据材料特性、制品几何形状以及生产效率来权衡不同的方案。我记得有一个案例，涉及到双色注塑的嵌件设计，书中对嵌件与主流体的边界处理，提供了一个非常新颖的视角，这让我对模具的“可制造性”有了更深一层的理解，它不仅仅是零件的装配，更是工艺流程的预演。这种宏观与微观并重的讲解手法，让这本书的价值远远超出了单一软件技能手册的范畴。

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作为一名资深用户，我一直在寻找那种能够提供“高级技巧和陷阱规避”的读物，而这本书很大程度上满足了我的需求。很多资料只会告诉你“如何做”，但这本书更侧重于“为什么这样做会出问题”以及“更优雅的替代方案”。例如，在讨论冷却系统设计时，它详细分析了不同冷却水道布局对型腔温度场分布的非线性影响，并配有相应的仿真结果对比图，这在一般的书籍中是极为罕见的。这种对“性能优化”的执着，使得这本书不再是停留在基础操作的层面。此外，书中对于大型装配体的管理和版本控制也有提及，这对于团队协作环境中至关重要，常常是初学者容易忽略但实际工作中最耗费精力的部分。这本书让我意识到，设计效率的提升，往往来自于对软件深层逻辑的理解和对潜在问题的预判能力。

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