有限元方法

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出版者:清华大学出版社
作者:(英)监凯维奇//(美)泰勒
出品人:
页数:656
译者:曾攀
出版时间:2008-7
价格:79.00元
装帧:平装
isbn号码:9787302165514
丛书系列:有限元方法
图书标签:
  • 有限元
  • 有限元分析
  • 数值计算
  • 计算力学
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  • 结构力学
  • 计算机仿真
  • 科学计算
  • 算法设计
  • 偏微分方程
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具体描述

《有限元方法基本原理(第1卷)(第5版)》为有限元方法系列专著的第1卷——基本原理,涵盖了有限元分析的一些基础领域,同时还涉足有限元分析的前沿内容。本卷共20章,内容广泛,既强调有限元的数学力学原理,又结合工程实际背景。该书的第1版完成于1967年,到现在已出版第5版,历时40余年,成为有限元领域的经典著作,已有几代从事计算力学的学者从该书中受益。

《力学探索:从理论到实践的演进》 本书旨在为读者勾勒出人类在理解和改造物质世界过程中,力学理论如何从古老的观察与思考,逐步发展到如今精密、强大的数学模型和工程应用体系的宏伟蓝图。我们并非聚焦于某一种具体方法,而是力求呈现力学思想的脉络及其推动科技进步的深远影响。 第一章:源远流长的力学智慧 本章将追溯力学思想的起源,从古希腊亚里士多德的朴素观察,到阿基米德对杠杆、浮力的深刻洞察。我们将探讨牛顿力学定律如何奠定经典力学的基石,其对天体运动、物体运动的描述如何革新了人类的世界观。此外,还会简要介绍早期工程实践中力学原理的应用,例如古罗马的桥梁、水利工程,展示早期人类如何巧妙运用力学知识解决实际问题。 第二章:经典力学在工业革命中的角色 工业革命是力学理论蓬勃发展的关键时期。本章将深入分析蒸汽机、内燃机等重大发明背后蕴含的力学原理,以及这些原理如何被提炼、优化,从而驱动机械制造、交通运输的飞速发展。我们将探讨材料力学、结构力学的萌芽,介绍早期工程师们如何通过经验与简单的计算来设计和建造大型工程,如桥梁、厂房等。这将帮助读者理解基础力学原理如何转化为实际生产力。 第三章:连续介质力学的诞生与发展 随着科学技术的进步,对物质内部性质的理解需求日益增长。本章将介绍连续介质力学的概念,即将其视为一个连续的物质体进行研究的方法。我们将探讨弹性力学、塑性力学、流体力学的基本理论框架,理解物质在受力作用下的变形、流动等现象。我们将涉及应力、应变等基本概念,以及它们之间的本构关系,为理解更复杂的力学行为打下基础。 第四章:波动与振动:运动的共鸣 振动和波动是自然界普遍存在的现象,也是理解许多工程问题(如地震、声学、机械振动)的关键。本章将介绍简谐振动、阻尼振动、受迫振动等概念,分析振动系统的响应特性。同时,我们将探讨波动的传播机理,包括横波、纵波,以及波的叠加、衍射等现象。理解这些概念对于设计隔振系统、预测结构动力响应至关重要。 第五章:材料性能与失效分析:保障结构的可靠性 工程结构的安全性与可靠性离不开对材料性能的深入理解。本章将讨论各种工程材料(金属、高分子、复合材料等)的力学性能,包括强度、刚度、韧性、疲劳性能等。我们将介绍材料失效的常见模式,如断裂、屈服、蠕变、疲劳失效等,并探讨如何通过材料选择、结构设计和工艺控制来预防和减轻失效。 第六章:动力学与控制:动态系统的智能驾驭 动力学研究物体运动规律,而控制理论则致力于影响和改变这些运动。本章将介绍刚体动力学的基本原理,如牛顿-欧拉方程,以及它们在机器人、飞行器等动态系统分析中的应用。我们将简要介绍反馈控制的基本思想,以及如何利用控制理论来稳定和优化动态系统的性能,例如飞机的自动驾驶、工业机器人的精确操作。 第七章:工程中的力学应用:从微观到宏观 本章将以案例分析的形式,展示力学原理在各个工程领域中的广泛应用。我们将探讨建筑工程中的结构分析与设计,汽车工程中的碰撞安全与轻量化,航空航天工程中的气动弹性与结构强度,以及生物医学工程中的生物力学问题。通过这些具体实例,读者可以更直观地感受到力学知识的实用价值。 第八章:未来展望:力学的新前沿 最后,我们将目光投向力学研究的前沿领域。本章将讨论当前热点,如纳米力学、计算力学的最新进展、多物理场耦合问题(如热-力耦合、电-力耦合)、以及人工智能在力学研究中的应用潜力。我们将探讨这些新兴领域如何拓展力学的边界,以及它们可能带来的技术突破。 《力学探索:从理论到实践的演进》旨在为读者提供一个全面而深入的力学知识视角,帮助理解力学作为一门基础科学,如何在推动人类社会发展中扮演着不可或缺的角色。本书适合所有对力学感兴趣的工程师、科研人员以及大学生,也为非专业读者提供了一个了解力学魅力与力量的窗口。

作者简介

O.C.Zienkiewicz教授,英国Swansea大学的荣誉退休教授,是该校工程数值方法研究所的原主任,现在仍然是西班牙巴塞罗那Calalunya技术大学工程数值方法的UNESCO主席。从1961至1989年,担任Swansea大学土木工程系的主任,使该系成为有限元研究的重要中心之一。在1968年,创办了International Journal for NumericalMethods in Engineering杂志并任主编,该杂志至今仍然是该领域的主要刊物。他被授予24个荣誉学位和多种奖励。Zienkiewicz教授还是5所科学院的院士,这是对他在有限元方法领域的奠基性发展和贡献的赞誉。1978年,成为皇家科学院和皇家工程院的院士;并先后被选为美国工程院的外籍院士(1981),波兰科学院院士(1985),中国科学院院士(1998)和意大利国家科学院院士(1999)。1967年,他出版了本书的第1版,直到1971年,本书的第1版仍然是该领域的惟一书籍。

R.L.Taylor教授在结构和固体力学建模和仿真方面,具有35年的经历,其中在工业界工作2年。1991年,被选为美国国家工程院的院士,以表彰他对计算力学领域的教育和研究的贡献。1992年,被任命为T.Y.和Margaret Lin工程教授;1994年,获得Berkeley Citation奖,这是加利福尼亚大学伯克利分校的最高荣誉奖。1997年,Taylor教授成为美国计算力学学会的资深会员,并在最近被选为国际计算力学学会的资深会员,并获得了USACM John von Neumann奖章。Taylor教授编写了几套应用于结构和非结构系统的有限元分析的计算机程序,FEAP是其中之一,在世界各国的教学和研究领域得到了广泛的应用。现在FEAP更全面地结合于本书中以展示非线性和有限变形的问题。

目录信息

译者序英文版前言(第1卷)1 预备知识: 标准的离散系统2 弹性问题的直接解法3 有限元的基本概念: Galerkin(伽辽金)加权残值法和变分方法4 平面应力和平面应变5 轴对称应力分析6 三维应力分析7 稳态场问题——热传导、电磁势、流体等8 标准单元和升阶谱单元的形状函数——C0连续的单元族9 映射单元和数值积分——“无限”和“奇异”单元10 拼片试验、缩减积分和非协调单元11 混合列式和约束方程——全域法12 不可压缩材料、混合法及其他求解方法13 混合列式及约束——非完整(杂交)场方法、边界/Trefftz方法14 误差、修复方法和误差估计15 自适应有限单元细化16 基于点的近似: 无网格Galerkin方法以及其他无网格方法17 时间维——场的半离散化、动力学问题和解析求解18 时间维问题的离散近似19 耦合系统20 有限元分析的计算机实现附录A 矩阵代数附录B 弹性问题近似分析中的张量标记符号附录C 基于位移分析的基本方程(第2章)附录D 三角形的一些积分公式附录E 四面体的一些积分公式附录F 矢量代数基础附录G 二维或三维空间的分部积分(Green定理)附录H 节点处的求解精度附录I 矩阵的对角化或集中中文索引英文索引
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读后感

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今天查书的第一作者时,发现作者已经去世了,在2009年的时候。 http://www.swan.ac.uk/engineering/computational/zienkiewicz/ http://blog.sina.com.cn/s/blog_48c735630100oyam.html 查了他老人家的背景,原来是帝国理工毕业的,拿了2个博士学位。很厉害的人物。现在还剩下...

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用户评价

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热传导是许多工程领域的基础,而这本书对有限元方法在热分析中的应用,给予了我很大的启发。书中关于“傅里叶定律”和“能量守恒方程”的有限元离散化,让我在理解热量传递过程的数学模型方面有了更深的认识。我特别关注了书中关于“热传导方程”的稳态和瞬态解法,以及如何引入“对流换热”和“辐射换热”等复杂的热边界条件。书中关于“热膨胀”和“热应力”的耦合分析,让我理解了温度变化如何引起材料的变形和内应力,这对于热力耦合问题的分析至关重要。我尝试着去理解书中关于“多物理场耦合”的概念,例如将热分析与结构分析相结合,以研究热应力问题,这是一种非常强大的分析手段。书中还提及了“相变”问题的有限元模拟,例如材料的熔化和凝固,这在冶金和材料加工领域具有重要的应用价值。此外,书中对“有限元网格”在热分析中的敏感性分析,也让我对网格质量的重要性有了更深刻的理解。总的来说,这本书为我提供了一个系统的框架,来理解和掌握如何运用有限元方法去分析各种热传导问题,并能够有效地处理多物理场耦合的复杂情况,这对于我未来的工程实践将大有裨益。

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读完这本书,我深感有限元方法作为一种强大的数值计算工具,其应用范围之广、解决问题之复杂,都超乎我的想象。书中从基础概念到高级应用,都进行了详尽的阐述,为我提供了一个系统化的学习路径。我非常欣赏书中对“理论与实践相结合”的侧重,每一个理论概念都伴随着清晰的数学推导和生动的工程实例,这使得学习过程既严谨又富有启发性。书中对于“编程实现”的指导,虽然不是本书的重点,但其提及的算法思路和数据结构,为我将来动手实现有限元程序提供了宝贵的参考。例如,书中关于“稀疏矩阵存储”和“求解器”的选择,对于提高计算效率至关重要。我还注意到书中对“新方法”和“新进展”的介绍,这让我对有限元方法在未来的发展方向有了初步的了解。这本书的出版,无疑为我打开了通往计算力学世界的一扇大门,让我能够更有信心地去探索和解决工程领域中那些具有挑战性的问题。我非常期待能将书中所学的知识,运用到我自己的研究项目中,并为推动相关技术的发展贡献一份力量。这本书绝对是我书架上最珍贵的藏品之一,也是我未来学习和工作中不可或缺的参考。

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我对电磁场理论有着浓厚的兴趣,而本书对有限元方法在电磁场分析中的应用,让我看到了将抽象理论转化为实际计算的可能。书中关于“麦克斯韦方程组”的有限元离散化,让我对如何将电磁场的物理现象用数学语言进行描述,并在此基础上进行数值求解有了更深的理解。我特别欣赏作者在处理“电场”、“磁场”以及“电磁波传播”等问题时所采用的“矢量有限元方法”和“标量有限元方法”,以及它们在不同应用场景下的优劣。书中关于“介质的电磁特性”的建模,例如“介电常数”、“磁导率”等,以及如何将其纳入有限元方程中,是进行精确电磁场分析的关键。我尝试着去理解书中关于“天线设计”、“微波器件”和“电磁兼容性”等实际应用中的有限元分析方法。书中还提及了“电磁波的散射”和“吸收”问题,以及如何通过有限元方法来模拟这些现象。此外,书中对“高频电磁场”分析的挑战,以及如何通过优化单元和离散化方案来提高计算精度,也让我受益匪浅。总的来说,这本书为我提供了一个强大的工具,让我能够运用有限元方法去解决各种复杂的电磁场问题,这对于我深入研究电磁场理论和相关工程应用将具有重要的指导意义。

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作为一名对计算力学充满热情的学生,我对这本书中关于“边界条件”处理的部分格外关注。这本书对不同类型的边界条件的引入,例如“狄利克雷边界条件”、“诺伊曼边界条件”以及“罗宾边界条件”,以及它们如何在有限元弱形式中得到体现,都进行了非常详尽的讲解。我尤其欣赏作者在处理“位移边界条件”和“力边界条件”时的数学推导,以及如何将其准确地施加到节点载荷向量和刚度矩阵中。书中关于“周期性边界条件”的应用,对于解决具有周期性对称性的问题,如多孔介质中的流体流动或晶格结构分析,具有非常重要的意义。我尝试着去理解书中关于“自由边界”和“约束边界”的含义,以及如何在有限元模型中对它们进行准确的建模。此外,书中还探讨了如何处理“复杂边界几何”的情况,例如曲面边界和不规则形状的边界,这对于很多实际工程问题来说是至关重要的。作者还提到了“集总质量法”和“一致质量法”在动力学问题中对边界条件的影响,这让我对问题的细节有了更深的认识。总的来说,这本书为我提供了处理各种边界条件问题的系统性方法,让我能够更准确地将实际工程中的物理约束转化为数学模型,从而得到更可靠的计算结果。

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在学习有限元方法的过程中,网格生成和质量控制一直是让我头疼的问题。这本书在这方面的讲解,可以说是我所接触过的资料中最全面、最深入的。作者首先介绍了不同类型的单元,例如“三角形单元”、“四边形单元”、“四面体单元”和“六面体单元”,以及它们各自的优缺点和适用范围。接着,作者详细阐述了网格生成的基本算法,包括“Delaunay三角剖分”、“Advancing-front方法”等,并对每种算法的原理和实现进行了清晰的描述。我特别关注了书中关于“网格质量”的评估标准,例如“雅可比矩阵”、“形状参数”等,以及如何通过网格优化技术来提高计算精度和收敛性。书中还提到了“自适应网格细化”的思想,即根据计算结果自动调整网格密度,这是一种非常先进且实用的技术。我尝试着将书中介绍的网格生成技术应用于一些简单的几何模型,并利用一些开源的网格生成工具进行实践,这让我深刻体会到网格质量对最终计算结果的巨大影响。书中关于“节点编号”、“单元连接表”等数据结构的管理,也是保证有限元分析顺利进行的关键。总而言之,这本书为我提供了一套完整的网格生成和质量控制的理论和实践指导,让我能够更自信地应对各种复杂几何形状的网格剖分问题,从而为后续的有限元分析奠定坚实的基础。

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在学习过程中,我对书中关于“收敛性”和“稳定性”的数学证明部分尤为重视。这本书对有限元方法的“误差分析”,例如“插值误差”、“截断误差”以及“舍入误差”,都进行了细致的讲解。作者通过对“能量范数”和“L2范数”的分析,证明了有限元解的收敛阶,这让我能够定量地评估计算结果的精度。我特别欣赏书中关于“Céa引理”的推导,它是理解有限元方法收敛性的核心。书中还讨论了不同类型的“稳定性分析”,例如“Gronwall不等式”在瞬态问题中的应用,以及如何保证数值解在时间或空间上的稳定性。我尝试着去理解书中关于“最优插值”的概念,以及它如何影响有限元解的误差界。此外,书中还提到了“离散化误差”与“网格尺寸”之间的关系,以及如何通过网格细化来提高计算精度。对于一些特殊的单元类型或边界条件,书中还探讨了可能出现的“数值不稳定”现象,并提供了相应的解决方案。总而言之,这本书为我提供了一个严谨的数学基础,让我能够理解有限元方法的理论依据,并能够对计算结果的可靠性进行科学的评估,这对于我深入研究有限元方法的发展和应用具有重要的意义。

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对于非线性问题,一直是困扰许多工程师的难题,而本书对有限元方法在非线性分析中的应用,给予了我全新的视角。书中对“几何非线性”和“材料非线性”的区分,以及它们分别如何影响有限元方程的建立,都进行了细致的阐述。我特别欣赏作者对“增量法”和“迭代法”在求解非线性方程组中的应用讲解,例如“Newton-Raphson法”和“修正Newton法”的原理和步骤,以及它们在收敛性上的差异。书中关于“应力-应变关系”的非线性处理,例如塑性材料模型,以及如何将其纳入到单元刚度矩阵的更新过程中,都是非常关键的内容。我尝试着去理解书中关于“大变形”问题,如材料的弹塑性变形和结构的大尺度屈曲,有限元是如何通过不断更新几何和材料属性来逼近真实解的。书中关于“更新拉格朗日法”和“物质拉格朗日法”的对比分析,让我明白了在处理大变形问题时,不同坐标系的选取对数值稳定性的影响。此外,书中还提及了“接触非线性”问题,这在很多工程应用中都至关重要,例如零件之间的摩擦和碰撞。虽然这部分内容略显初浅,但足以勾勒出有限元方法解决这类复杂问题的基本思路。这本书为我提供了一个系统化的框架,来理解和掌握如何运用有限元方法处理各种复杂的非线性工程问题,这对于我的研究具有里程碑式的意义。

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初次拿到这本书,我的期望是能够深入理解有限元方法的核心思想,以及它在解决实际工程问题中的强大应用。翻开目录,我便被其系统的结构所吸引。从最基础的单元类型、插值函数,到复杂的网格生成、边界条件处理,再到最终的收敛性与稳定性分析,这本书展现了一个循序渐进的学习路径。特别是书中关于“基函数”和“权函数”的讲解,其严谨的数学推导和清晰的逻辑阐述,让我茅塞顿开。过去在其他资料上零散接触到的概念,在这本书里得到了完美的整合与升华。我尤其欣赏作者在解释“变分原理”时所采用的比喻,它将抽象的数学概念具象化,使得像我这样初学者也能轻松理解其物理意义。此外,书中穿插的许多经典算例,例如梁的弯曲、二维热传导等,都配有详细的步骤解析,这对于我动手实践,验证理论知识非常有帮助。我尝试着跟随书中的步骤,用自己的方法复现了一些简单的模型,这过程不仅加深了我对算法的理解,也极大地提升了我解决工程问题的信心。书中对于“单元刚度矩阵”的组装过程,其详尽的矩阵运算和坐标变换,展现了有限元方法在数值计算上的精妙之处。我期待能够通过这本书,真正掌握有限元方法的精髓,并将其运用到我未来的学术研究和工程实践中,解决那些复杂而具有挑战性的问题。这本书的出版,无疑为广大学者和工程师提供了一本难得的参考资料,其深度和广度都达到了令人称赞的水平,绝对是一本值得深入研读的经典之作。

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流体力学是我研究的一个重要方向,而有限元方法在CFD领域的应用,一直是我想深入了解的。这本书中关于“Navier-Stokes方程”的有限元离散化,让我对如何将连续的流体动力学方程转化为离散的代数方程组有了更清晰的认识。我特别欣赏作者在推导“速度-压力耦合”问题时所采用的“混合有限元方法”,例如“Taylor-Hood单元”和“Ladyzhenskaya-Babuška-Brezzi (LBB)条件”,以及它们如何保证数值解的稳定性和准确性。书中关于“对流项”的处理,例如“SUPG (Streamline Upwind Petrov-Galerkin)方法”和“DG (Discontinuous Galerkin)方法”,都为解决高雷诺数流动中的数值震荡提供了有效的手段。我尝试着去理解书中关于“湍流模型”与有限元方法的结合,虽然这部分内容较为复杂,但书中清晰的思路和推导,让我对如何处理实际的湍流问题有了初步的认识。此外,书中还提及了“多相流”和“自由表面流”等复杂流体问题的有限元分析方法。这本书为我提供了一个强有力的工具,让我能够运用有限元方法去解决各种复杂的流体力学问题,这对于我深入研究流体动力学将具有重要的指导意义。

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我一直对结构动力学问题非常感兴趣,而有限元方法正是解决这类问题的关键工具。这本书在动力学部分的内容,尤其是关于“质量矩阵”、“阻尼矩阵”以及“刚度矩阵”的组合,让我印象深刻。书中对于“瞬态动力学方程”的推导,从牛顿第二定律出发,通过引入位移插值函数和质量、阻尼、刚度矩阵,最终得到离散化的动力学方程组,这一过程的严谨性不言而喻。作者还详细介绍了求解这些方程的不同方法,例如“显式积分法”和“隐式积分法”,并对它们的优缺点进行了深入的比较和分析。我特别关注了书中关于“模态分析”的部分,理解了如何通过求解特征值问题来获得结构的固有频率和振型,这对于预测结构的振动特性至关重要。书中提供的算例,涉及到了简单的桁架结构和梁的动力响应,通过这些算例,我能够清晰地看到有限元方法是如何将连续体离散化,并转化为一个大型的代数方程组进行求解。书中对于“高阶单元”和“形函数”的进一步探讨,也为我提供了更高级的分析手段。例如,书中关于“Hermite插值函数”在梁单元中的应用,能够更精确地描述梁的弯曲位移和转角,从而获得更准确的计算结果。总而言之,这本书在动力学领域的讲解,为我打开了一扇新的大门,让我能够更深入地理解结构的动态行为,并为我未来的相关研究打下了坚实的基础。

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这样的书有人写书评吗!!!????????

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经典教材翻译,内容很全面,但说明比较少,不建议作为第一本有限元教材,学习过入门教程再看会有很多启发

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经典教材翻译,内容很全面,但说明比较少,不建议作为第一本有限元教材,学习过入门教程再看会有很多启发

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11.3.2,当当

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经典教材翻译,内容很全面,但说明比较少,不建议作为第一本有限元教材,学习过入门教程再看会有很多启发

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