计算固体力学

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出版者:上海交通大学出版社
作者:刘正兴
出品人:
页数:413
译者:
出版时间:2010-2
价格:48.00元
装帧:平装
isbn号码:9787313024572
丛书系列:
图书标签:
  • 工学
  • 课程
  • 计算力学5
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  • 大学本科
  • 力学
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具体描述

《计算固体力学(第2版)》以能量原理作为理论基础,以变分法作为数学工具,对有限单元的理论、建模、列式与求解作了详尽的论述,同时也介绍了基于结构力学和弹性力学建立有限单元模型的一般方法。在此基础上,逐个推导了杆、梁、板、壳和块单元,重点介绍了目前工程中广泛应用的矩阵位移法。以基于虚功原理的协调模型为重点,对基于余虚功原理的平衡模型,以及基于修正的能量原理的各类杂交模型也作了适当的介绍。

《计算固体力学(第2版)》对固体力学一些新兴领域中的数值分析方法,如弹性压电材料与智能结构分析,流固耦合及哈密尔顿体系等进行了由浅入深的论述。

《计算固体力学(第2版)》还结合具体问题,对边界元法、半解析法、有限条法作了简单的介绍。

《计算固体力学(第2版)》是在参考了大量资料的基础上,结合作者几十年的研究成果汇编而成,可作为机械、土木、船舶与海洋、航空航天等工程专业本科生和研究生教材,也可作为工程技术人员的参考书。

《热力学原理与应用》 这是一本深入浅出、系统性强的热力学专著,旨在为读者构建一套扎实的热力学知识体系,并引导其将所学理论应用于解决实际工程和科学问题。全书共分为十一章,从最基础的热力学概念出发,逐步深入到复杂的熵增原理、相平衡以及非平衡态热力学等前沿领域。 第一章:热力学的基本概念与定律 本章首先引入了系统的概念,区分了孤立系统、封闭系统和开放系统,并详述了状态函数(如温度、压力、体积、内能、焓、熵)的定义及其特性。我们将严格遵循热力学第一定律,即能量守恒定律,阐述功和热量的概念,并推导内能的变化与热量和功之间的关系。此外,本章还将介绍热力学过程中功和热量的计算方法,为后续章节的学习奠定基础。 第二章:热力学过程与热机效率 本章将重点分析各种典型的热力学过程,包括等温过程、绝热过程、等容过程和等压过程,并详细推导这些过程中的功、热量以及状态变量的变化。在此基础上,我们将深入探讨热机的基本原理,理解卡诺循环作为理想热机循环的意义,并推导其效率公式。同时,本章也将分析实际热机循环存在的不足及其提高效率的途径。 第三章:热力学第二定律与熵 热力学第二定律是本领域的核心,本章将从克劳修斯表述和开尔文-普朗克表述两个角度深入理解其内涵,并阐述热力学第二定律在判断过程自发性方向中的关键作用。我们将重点介绍熵的概念,理解熵是衡量系统无序程度的物理量,并推导熵的定义及其在可逆和不可逆过程中的变化。通过对熵的深入分析,读者将能够理解为什么能量的转化效率不可能达到百分之百。 第四章:气体性质与状态方程 本章将重点考察理想气体的性质,介绍理想气体状态方程(PV=nRT)及其适用范围。我们将进一步探讨真实气体与理想气体的偏差,介绍范德华方程等真实气体状态方程,并分析其物理意义。此外,本章还将介绍气体混合物的性质,如分压定律和道尔顿分压定律。 第五章:相平衡与相图 相平衡是热力学研究的重要内容。本章将详细介绍相变过程,如熔化、汽化、升华,并阐述其潜热的概念。我们将深入讲解吉布斯相律,并将其应用于单组分和多组分系统的相平衡分析。通过对相图的学习,读者将能够理解不同条件下物质的稳定相,例如水的三相图和二氧化碳的相图。 第六章:溶液的热力学 本章将热力学原理应用于溶液体系。我们将介绍溶液的形成自由能,并分析溶液的依数性,如蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压。我们将重点讲解拉乌尔定律和亨利定律,并分析真实溶液的偏差行为。 第七章:化学反应热力学 本章将热力学应用于化学反应。我们将介绍化学反应的标准生成焓、标准燃烧焓以及赫斯定律,并学习如何计算化学反应的标准焓变。我们将深入理解吉布斯自由能变(ΔG)在判断化学反应自发性方向中的作用,并推导其与焓变(ΔH)和熵变(ΔS)的关系(ΔG = ΔH - TΔS)。此外,本章还将介绍化学平衡常数及其与吉布斯自由能变的关系。 第八章:电化学热力学 本章将热力学应用于电化学过程。我们将介绍电化学电池的基本构成,如原电池和电解池。我们将详细推导能斯特方程,并分析其在计算电极电势和电池电动势中的应用。本章还将探讨电化学反应的自由能变与电池电动势之间的关系。 第九章:统计热力学导论 为了从微观层面理解热力学定律,本章将引入统计热力学的基本概念。我们将介绍微观状态、宏观状态和配分函数,并阐述玻尔兹曼分布。我们将学习如何从统计力学角度推导内能、熵和自由能等宏观热力学量。 第十章:非平衡态热力学初步 传统的平衡态热力学仅适用于达到平衡状态的系统,而本章将初步介绍非平衡态热力学。我们将探讨熵产生率的概念,并介绍普利戈金的耗散结构理论,阐述耗散结构在远离平衡态系统中涌现出的有序性。 第十一章:热力学在工程与科学中的应用实例 在全书的最后一章,我们将精选一系列热力学在不同领域中的实际应用案例。这包括但不限于:能源工程中的能量转换与效率优化、材料科学中的相变控制、生物学中的能量代谢过程、环境科学中的气候变化与温室效应分析等。通过这些具体的应用,读者将能够深刻体会热力学原理的普适性和重要性,并激发其运用所学知识解决现实世界问题的热情。 本书的叙述风格力求严谨而不失生动,理论推导清晰明了,并配以丰富的图表和习题,帮助读者巩固和消化所学内容。无论是对工程学、物理学、化学、材料科学以及相关领域的研究者和学生,本书都将是一本不可或缺的参考书。

作者简介

目录信息

绪论
一、结构分析方法
二、结构分析的领域
三、有限单元法
参考文献
第一章 变分法基础
第一节 引言
一、最速降线问题
二、短程线问题
三、等周问题
第二节 变分及其特性
一、泛函的定义
二、变分
三、泛函的连续
四、泛函的变分
五、泛函的驻值
第三节 欧拉方程
一、变分法的基本预备定理
二、泛函极值问题的求解
三、欧拉方程的建立
第四节 依赖于高阶导数的泛函
一、欧拉一泊松方程
二、例题
第五节 多个待定函数的泛函
第六节 含有多个自变量的函数的泛函
一、二变量问题
二、多变量问题
第七节 条件极值的变分问题
一、函数的条件驻值问题
二、泛函在约束条件
三、等周问题
参考文献
第二章 能量原理
第一节 引言
一、矢量的微分和积分
二、对称正定矩阵的定义和性质
三、对称正定矩阵的充分必要条件
四、二次型的微分和积分
第二节 小位移弹性理论的基本方程
一、平衡方程
二、应变一位移关系
三、应力一应变关系
四、边界条件
第三节 功和余功,应变能和余应变能
一、功
二、余功
三、应变能
四、余应变能
第四节 虚功原理
第五节 基于虚功原理的近似解法
一、瑞利一里兹法
二、伽辽金法
三、例题
第六节 基于虚功原理的能量定理
一、最小位能原理
二、卡氏第一定理
三、单位一位移定理
第七节 余虚功原理
第八节 基于余虚功原理的能量定理
一、最小余能原理
二、卡氏第二定理
三、单位一载荷定理
第九节 附加定理
一、克拉皮隆定理
二、贝谛定理
三、麦克斯韦尔互换定理
第十节 广义变分原理
一、散度定理
二、不连续情况
三、广义原理
四、派生的变分原理
第十一节 传统变分原理的小结
第十二节 修正的变分原理
一、从最小位能原理推导修正的变分原理
二、从最小余能原理推导修正的变分原理
参考文献
第三章 协调模型分析
第一节 建立协调模型的一般方法
一、用单位一位移定理推导
二、用卡氏第一定理推导
三、由求解微分方程来推导
四、用最小位能原理推导
五、从柔度矩阵推导刚度矩阵
六、小结
第二节 梁单元
一、轴向刚度
二、扭转刚度
三、xy平面内的弯曲刚度
四、xx平面内的弯曲刚度
五、主轴坐标系内的力一位移关系式
六、节点坐标系内的力一位移关系式
七、基准坐标系内的力一位移关系式
第三节 矩阵位移法
一、建立基本方程
二、边界条件和方程的求解
三、单元内力分析
第四节 平面三角形单元
一、位移函数
二、应变一位移关系
三、应力一应变关系
四、单元刚度矩阵
五、收敛性的条件
第五节 载荷的移置
第六节 矩形薄板单元
一、薄板弯曲问题的有限单元法
二、位移模式
三、应变一位移关系
四、应力一应变关系
五、刚度矩阵和平衡方程
六、内力
七、载荷移置
八、收敛性的判别
九、例题
第七节 三角形薄壳单元
一、面积坐标
二、三角形薄板单元
三、三角形薄壳单元
第八节 改善刚度矩阵的方法
一、静凝聚方法
二、复合单元(子结构)
三、协调的三角形薄板单元
四、四边形板壳单元
第九节 过渡梁单元
第十节 轴对称问题的有限单元
一、弹性力学中的轴对称问题
二、轴对称单元
三、讨论
参考文献
第四章 等参单元及杂交元
第五章 杆系结构的程序设计
第六章 几何非线性有限元
第八章 材料非线性的有限单元法
第八章 动力问题的有限单元法
第九章 弹性力学中的哈密尔顿理论及半解析法
第十章 压电材料的有限元法和边界元法
附录1
附录2
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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翻阅《计算固体力学》这本书,我感觉自己仿佛置身于一个由数学语言编织而成的精巧世界。作者以一种非常系统和严谨的方式,介绍了各种数值计算方法在解决固体力学问题中的应用。我尤其被书中对有限元法中单元插值函数和数值积分技术的详细讲解所吸引。这些看似微小的技术细节,却构成了整个计算模型能否准确反映真实物理行为的关键。我期待书中能够提供一些关于如何处理复杂几何形状的网格生成技术,以及如何进行网格收敛性分析的指导,因为这直接关系到计算结果的可靠性。此外,书中还涉及了接触力学,包括接触状态的判断、接触力的计算以及摩擦效应的处理。这让我能够理解当两个或多个固体表面相互作用时所产生的复杂力学现象。我设想,通过学习这些内容,我将能够更准确地模拟诸如齿轮啮合、轴承工作以及汽车轮胎与路面接触等实际工程问题。这本书不仅仅是一本理论著作,更像是一本实践宝典,它将赋予我解决现实世界中各种复杂接触问题的能力,让我能够更精细地设计和优化机械系统,提高其性能和效率,为工程技术的进步提供强有力的支撑。

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在我接触《计算固体力学》这本书之前,我对固体力学的理解大多停留在宏观的实验观察和相对简单的理论推导。然而,这本书的出现,彻底改变了我对这个领域的认知。作者通过对材料本构关系、应力应变分析以及失效判据的深入剖析,揭示了隐藏在宏观力学行为背后的微观机制。我尤其被书中关于非线性材料模型和几何非线性效应的讲解所吸引。理解材料在超出弹性范围后的行为,以及结构在受大变形后的响应,这对于许多现代工程应用(如航空航天、汽车制造)至关重要。书中对这些复杂情况的处理,似乎展现了一种强大的建模和分析能力。我期待书中能够详细介绍几种常见的非线性求解算法,例如牛顿-拉夫逊法,以及如何处理大变形引起的几何刚度矩阵。此外,书中还涉及了动力学分析,包括瞬态响应和模态分析,这让我能够理解物体在受到冲击或振动时的行为。我设想,通过学习这些内容,我将能够更好地预测材料在极端条件下的表现,例如在碰撞发生时车辆的形变,或者在地震发生时建筑物的晃动。这本书不仅仅是关于计算的工具,更是关于如何运用这些工具去理解和预测物理世界,为我的研究和实践提供前所未有的洞察力,让我在面对复杂的工程问题时,能够有条不紊地分析和解决。

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当我深入阅读《计算固体力学》这本书时,我感受到一种前所未有的智力挑战与知识馈赠并存的体验。作者在书中对热固耦合力学和流固耦合力学等复杂耦合问题的处理,展现了计算力学在解决多物理场交互问题方面的强大能力。我尤其被书中关于热应力、热膨胀以及温度对材料性能影响的讲解所吸引。我期待书中能够提供一些关于如何建立和求解包含热传递和力学响应的耦合方程组的指导。此外,书中还涉及了流固耦合,这让我能够理解当流体与固体结构相互作用时所产生的复杂力学现象,例如桥梁在水流中的振动,或者飞机机翼在空气中的受力。我设想,通过学习这些内容,我将能够更准确地预测诸如风力发电机叶片在复杂气流中的受力情况,或者潜艇在水下受到的压力和阻力。这本书不仅仅是关于如何计算,更是关于如何“连接”不同物理领域,它将赋予我跨领域分析问题的能力,让我能够设计出更具创新性和实用性的工程解决方案,为工程技术的融合发展贡献力量。

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《计算固体力学》这本书为我打开了一个全新的视界,让我能够以一种前所未有的精确度去理解固体材料的内在运作机制。作者在书中对连续介质力学基本原理的阐述,特别是关于张量分析和运动学描述的部分,为理解后续更复杂的力学行为奠定了坚实的基础。我非常欣赏作者在讲解微观应力与宏观变形之间关系时的清晰逻辑。书中对塑性变形的详细描述,包括屈服准则、流动法则和强化机制,让我对材料在永久变形时的行为有了更深刻的理解。我特别期待书中能够提供一些关于数值模拟中材料模型选择和参数确定的指导,因为这往往是影响计算结果准确性的关键因素。此外,书中还涉及了断裂力学,包括裂纹扩展的驱动力、断裂韧度以及各种断裂准则。这让我能够理解材料在承受载荷时是如何产生和扩展裂纹,并最终导致结构的破坏。我设想,通过学习这些内容,我将能够更有效地评估材料的损伤累积过程,并预测结构在疲劳载荷下的寿命。这本书不仅仅是一本技术手册,更是一门关于如何“看见”材料内在伤痛与韧性的艺术,它将赋予我预测和规避工程失效的能力,让我能够设计出更安全、更可靠的工程产品,为工程科学的发展贡献力量。

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读《计算固体力学》这本书,我感受到的不仅仅是知识的传递,更是一种思维方式的重塑。作者以一种非常系统和深入的方式,阐述了如何将复杂的物理现象转化为数学模型,再通过数值方法进行求解。这种“从物理到数学,再到计算”的逻辑链条,让我对科学研究和工程分析的本质有了更深刻的理解。我特别被书中关于离散化技术和数值积分的讲解所吸引。理解如何将连续的固体材料离散成有限个微小单元,以及如何在一个个离散的单元内进行近似计算,这本身就是一项了不起的智慧结晶。书中对于不同数值方法(例如,除了有限元法,我还看到提及了有限差分法、边界元法等)的比较分析,也让我认识到选择合适的工具来解决特定的问题的重要性。我期待书中能够提供一些关于求解大型稀疏线性方程组的数值算法介绍,因为我知道这是计算力学中一个非常关键的环节。此外,书中对网格生成、边界条件设置以及结果后处理的详尽阐述,也让我意识到一个完整的计算力学分析流程需要考虑的方方面面。这本书似乎不仅仅是一本教科书,更像是一本实践指南,它鼓励我去思考,去动手,去将理论知识转化为解决实际问题的能力,为我未来的学习和工作提供坚实的理论基础和实践指导,让我能够以一种更加科学和高效的方式来应对工程领域的各种挑战。

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当我打开《计算固体力学》这本书时,我首先被它严谨而清晰的逻辑结构所吸引。从基础的弹性力学理论讲起,逐步深入到更复杂的塑性力学、断裂力学等领域,整个知识体系的构建脉络非常清晰,仿佛一位经验丰富的导师在循序渐进地引导我。书中对各种数值方法的介绍,如有限元法,详细阐述了其离散化过程、形函数选取、单元组装和求解等关键步骤。这让我不仅仅是学习到了“是什么”,更重要的是理解了“为什么”以及“如何做”。我特别欣赏作者在讲解复杂概念时所采用的类比和图示,它们有效地将抽象的数学模型具象化,使得像应力张量、应变张量这样的概念不再是冰冷的符号,而是能够被生动地感知和理解。书中还穿插了大量的实例分析,从简单的梁的弯曲到复杂的连续介质模型,这些案例的讲解让我能够将理论知识与实际工程问题紧密联系起来。我期望通过这本书的学习,能够掌握如何运用这些计算工具去模拟和分析工程结构在不同载荷和边界条件下的响应,从而预测其性能和寿命。这对于任何希望在结构设计、材料分析或者科学研究领域有所建树的人来说,都是一项至关重要的技能。这本书无疑为我打开了一扇通往精密工程世界的大门,让我得以窥见隐藏在宏观现象背后的深层力学规律,并赋予我解决实际工程挑战的能力。

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《计算固体力学》这本书为我提供了一个全新的视角来理解材料的内在属性和宏观表现之间的微妙联系。作者在书中对损伤力学和疲劳力学的深入探讨,让我能够理解材料在长期反复加载过程中是如何逐渐积累损伤并最终导致失效的。我被书中关于损伤演化方程和疲劳寿命预测模型的讲解所吸引。我期待书中能够提供一些关于如何选择合适的损伤模型和疲劳参数,以及如何进行损伤累积分析的指导。此外,书中还涉及了应力强度因子和裂纹尖端张力等概念,这让我能够理解裂纹在应力作用下是如何扩展并最终导致材料断裂的。我设想,通过学习这些内容,我将能够更准确地评估工程结构的寿命,并预测其在实际使用过程中的失效模式。这本书不仅仅是关于如何计算,更是关于如何“预知”工程结构的衰老与死亡,它将赋予我延长工程寿命、提高可靠性的能力,让我能够设计出更具持久性和经济性的工程产品,为可持续工程的发展做出贡献。

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作为一名对材料科学和工程应用有着浓厚兴趣的读者,我一直渴望深入了解那些构成我们宏观世界基石的微观机制。当我在书店的角落里偶然瞥见《计算固体力学》这本书时,我的直觉告诉我,这可能就是我一直在寻找的那把钥匙。拿到书的那一刻,我被它沉甸甸的质感和封面设计所吸引,那似乎预示着里面蕴含着知识的深度与广度。虽然我还没有机会深入研读,但仅从目录和前言来看,这本书似乎就为我勾勒出了一个宏大的知识体系。我看到了诸如有限元方法、边界元方法、离散元方法等经典计算力学方法的介绍,这让我对接下来的学习充满了期待。更重要的是,书中提到了材料的本构关系、失效准则以及损伤力学等内容,这些都是理解材料在各种载荷下行为的关键。我设想,通过学习这些内容,我将能够更深刻地理解桥梁在重压下的变形、飞机在高速飞行时的应力分布,甚至是我们生活中随处可见的各种工程结构是如何设计和失效的。这本书不仅仅是一本理论书籍,我更倾向于认为它是一座连接理论与实践的桥梁,能够引导我将抽象的数学公式转化为对实际工程问题的深刻洞察。我迫不及待地想翻开第一页,开始这段探索之旅,期待着它能为我的学术研究和个人兴趣带来新的启发和视角,让我能够用一种全新的、量化的方式去审视和理解我们周围这个由固体构成的物质世界,并可能为我日后在相关领域的探索打下坚实的基础。

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阅读《计算固体力学》这本书,我体验到了一种将抽象数学转化为实际工程应用的强大力量。作者在书中对高级数值方法,如扩展有限元法(XFEM)、无网格方法(Meshless Methods)以及光滑粒子动力学(SPM)等的介绍,让我看到了计算力学领域不断发展的活力。我尤其对这些新方法的特点和优势感到好奇,并期待书中能够提供一些关于它们在处理裂纹扩展、材料破碎等复杂问题中的具体应用案例。我设想,通过学习这些前沿的数值技术,我将能够解决那些传统方法难以处理的工程难题,例如模拟爆炸、冲击或材料的剧烈变形。这本书不仅仅是一本教材,更像是一扇通往计算力学前沿研究的大门,它将赋予我探索未知、挑战极限的能力,让我能够站在科学的最前沿,为解决更加复杂和严峻的工程问题提供创新的解决方案,引领工程技术向更高更远的方向发展。

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《计算固体力学》这本书的出现,仿佛为我打开了一扇通往更深层次工程理解的大门。作者在书中对结构动力学和振动分析的阐述,让我能够理解物体在时变载荷下的响应。我被书中对模态分析的详细介绍所吸引,理解如何通过求解特征值问题来获取结构的固有频率和振型,这对于避免共振和优化结构设计至关重要。我期待书中能够提供一些关于如何进行瞬态动力学分析,例如如何使用各种时间积分格式来求解运动方程的指导。此外,书中还涉及了屈曲分析,这让我能够理解细长结构在受压时可能发生的失稳现象。我设想,通过学习这些内容,我将能够更好地预测和避免诸如高层建筑在风荷载下的摇晃,或者飞机机翼在飞行过程中可能发生的失稳。这本书不仅仅是关于如何计算,更是关于如何“预测”工程结构的生死存亡,它将赋予我识别潜在风险并进行有效规避的能力,让我能够设计出更加安全、稳定和可靠的工程系统,为人类的工程实践带来新的突破。

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