有限元方法

有限元方法 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

出版者:清華大學齣版社
作者:(英)監凱維奇//(美)泰勒
出品人:
頁數:656
译者:曾攀
出版時間:2008-7
價格:79.00元
裝幀:平裝
isbn號碼:9787302165514
叢書系列:有限元方法
圖書標籤:
  • 有限元
  • 有限元分析
  • 數值計算
  • 計算力學
  • 數學
  • 數值分析
  • 土木
  • FEM
  • 有限元方法
  • 數值分析
  • 工程計算
  • 數學建模
  • 結構力學
  • 計算機仿真
  • 科學計算
  • 算法設計
  • 偏微分方程
  • 有限元軟件
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具體描述

《有限元方法基本原理(第1捲)(第5版)》為有限元方法係列專著的第1捲——基本原理,涵蓋瞭有限元分析的一些基礎領域,同時還涉足有限元分析的前沿內容。本捲共20章,內容廣泛,既強調有限元的數學力學原理,又結閤工程實際背景。該書的第1版完成於1967年,到現在已齣版第5版,曆時40餘年,成為有限元領域的經典著作,已有幾代從事計算力學的學者從該書中受益。

《力學探索:從理論到實踐的演進》 本書旨在為讀者勾勒齣人類在理解和改造物質世界過程中,力學理論如何從古老的觀察與思考,逐步發展到如今精密、強大的數學模型和工程應用體係的宏偉藍圖。我們並非聚焦於某一種具體方法,而是力求呈現力學思想的脈絡及其推動科技進步的深遠影響。 第一章:源遠流長的力學智慧 本章將追溯力學思想的起源,從古希臘亞裏士多德的樸素觀察,到阿基米德對杠杆、浮力的深刻洞察。我們將探討牛頓力學定律如何奠定經典力學的基石,其對天體運動、物體運動的描述如何革新瞭人類的世界觀。此外,還會簡要介紹早期工程實踐中力學原理的應用,例如古羅馬的橋梁、水利工程,展示早期人類如何巧妙運用力學知識解決實際問題。 第二章:經典力學在工業革命中的角色 工業革命是力學理論蓬勃發展的關鍵時期。本章將深入分析蒸汽機、內燃機等重大發明背後蘊含的力學原理,以及這些原理如何被提煉、優化,從而驅動機械製造、交通運輸的飛速發展。我們將探討材料力學、結構力學的萌芽,介紹早期工程師們如何通過經驗與簡單的計算來設計和建造大型工程,如橋梁、廠房等。這將幫助讀者理解基礎力學原理如何轉化為實際生産力。 第三章:連續介質力學的誕生與發展 隨著科學技術的進步,對物質內部性質的理解需求日益增長。本章將介紹連續介質力學的概念,即將其視為一個連續的物質體進行研究的方法。我們將探討彈性力學、塑性力學、流體力學的基本理論框架,理解物質在受力作用下的變形、流動等現象。我們將涉及應力、應變等基本概念,以及它們之間的本構關係,為理解更復雜的力學行為打下基礎。 第四章:波動與振動:運動的共鳴 振動和波動是自然界普遍存在的現象,也是理解許多工程問題(如地震、聲學、機械振動)的關鍵。本章將介紹簡諧振動、阻尼振動、受迫振動等概念,分析振動係統的響應特性。同時,我們將探討波動的傳播機理,包括橫波、縱波,以及波的疊加、衍射等現象。理解這些概念對於設計隔振係統、預測結構動力響應至關重要。 第五章:材料性能與失效分析:保障結構的可靠性 工程結構的安全性與可靠性離不開對材料性能的深入理解。本章將討論各種工程材料(金屬、高分子、復閤材料等)的力學性能,包括強度、剛度、韌性、疲勞性能等。我們將介紹材料失效的常見模式,如斷裂、屈服、蠕變、疲勞失效等,並探討如何通過材料選擇、結構設計和工藝控製來預防和減輕失效。 第六章:動力學與控製:動態係統的智能駕馭 動力學研究物體運動規律,而控製理論則緻力於影響和改變這些運動。本章將介紹剛體動力學的基本原理,如牛頓-歐拉方程,以及它們在機器人、飛行器等動態係統分析中的應用。我們將簡要介紹反饋控製的基本思想,以及如何利用控製理論來穩定和優化動態係統的性能,例如飛機的自動駕駛、工業機器人的精確操作。 第七章:工程中的力學應用:從微觀到宏觀 本章將以案例分析的形式,展示力學原理在各個工程領域中的廣泛應用。我們將探討建築工程中的結構分析與設計,汽車工程中的碰撞安全與輕量化,航空航天工程中的氣動彈性與結構強度,以及生物醫學工程中的生物力學問題。通過這些具體實例,讀者可以更直觀地感受到力學知識的實用價值。 第八章:未來展望:力學的新前沿 最後,我們將目光投嚮力學研究的前沿領域。本章將討論當前熱點,如納米力學、計算力學的最新進展、多物理場耦閤問題(如熱-力耦閤、電-力耦閤)、以及人工智能在力學研究中的應用潛力。我們將探討這些新興領域如何拓展力學的邊界,以及它們可能帶來的技術突破。 《力學探索:從理論到實踐的演進》旨在為讀者提供一個全麵而深入的力學知識視角,幫助理解力學作為一門基礎科學,如何在推動人類社會發展中扮演著不可或缺的角色。本書適閤所有對力學感興趣的工程師、科研人員以及大學生,也為非專業讀者提供瞭一個瞭解力學魅力與力量的窗口。

作者簡介

O.C.Zienkiewicz教授,英國Swansea大學的榮譽退休教授,是該校工程數值方法研究所的原主任,現在仍然是西班牙巴塞羅那Calalunya技術大學工程數值方法的UNESCO主席。從1961至1989年,擔任Swansea大學土木工程係的主任,使該係成為有限元研究的重要中心之一。在1968年,創辦瞭International Journal for NumericalMethods in Engineering雜誌並任主編,該雜誌至今仍然是該領域的主要刊物。他被授予24個榮譽學位和多種奬勵。Zienkiewicz教授還是5所科學院的院士,這是對他在有限元方法領域的奠基性發展和貢獻的贊譽。1978年,成為皇傢科學院和皇傢工程院的院士;並先後被選為美國工程院的外籍院士(1981),波蘭科學院院士(1985),中國科學院院士(1998)和意大利國傢科學院院士(1999)。1967年,他齣版瞭本書的第1版,直到1971年,本書的第1版仍然是該領域的惟一書籍。

R.L.Taylor教授在結構和固體力學建模和仿真方麵,具有35年的經曆,其中在工業界工作2年。1991年,被選為美國國傢工程院的院士,以錶彰他對計算力學領域的教育和研究的貢獻。1992年,被任命為T.Y.和Margaret Lin工程教授;1994年,獲得Berkeley Citation奬,這是加利福尼亞大學伯剋利分校的最高榮譽奬。1997年,Taylor教授成為美國計算力學學會的資深會員,並在最近被選為國際計算力學學會的資深會員,並獲得瞭USACM John von Neumann奬章。Taylor教授編寫瞭幾套應用於結構和非結構係統的有限元分析的計算機程序,FEAP是其中之一,在世界各國的教學和研究領域得到瞭廣泛的應用。現在FEAP更全麵地結閤於本書中以展示非綫性和有限變形的問題。

目錄資訊

譯者序英文版前言(第1捲)1 預備知識: 標準的離散係統2 彈性問題的直接解法3 有限元的基本概念: Galerkin(伽遼金)加權殘值法和變分方法4 平麵應力和平麵應變5 軸對稱應力分析6 三維應力分析7 穩態場問題——熱傳導、電磁勢、流體等8 標準單元和升階譜單元的形狀函數——C0連續的單元族9 映射單元和數值積分——“無限”和“奇異”單元10 拼片試驗、縮減積分和非協調單元11 混閤列式和約束方程——全域法12 不可壓縮材料、混閤法及其他求解方法13 混閤列式及約束——非完整(雜交)場方法、邊界/Trefftz方法14 誤差、修復方法和誤差估計15 自適應有限單元細化16 基於點的近似: 無網格Galerkin方法以及其他無網格方法17 時間維——場的半離散化、動力學問題和解析求解18 時間維問題的離散近似19 耦閤係統20 有限元分析的計算機實現附錄A 矩陣代數附錄B 彈性問題近似分析中的張量標記符號附錄C 基於位移分析的基本方程(第2章)附錄D 三角形的一些積分公式附錄E 四麵體的一些積分公式附錄F 矢量代數基礎附錄G 二維或三維空間的分部積分(Green定理)附錄H 節點處的求解精度附錄I 矩陣的對角化或集中中文索引英文索引
· · · · · · (收起)

讀後感

評分

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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評分

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...

用戶評價

评分

對於非綫性問題,一直是睏擾許多工程師的難題,而本書對有限元方法在非綫性分析中的應用,給予瞭我全新的視角。書中對“幾何非綫性”和“材料非綫性”的區分,以及它們分彆如何影響有限元方程的建立,都進行瞭細緻的闡述。我特彆欣賞作者對“增量法”和“迭代法”在求解非綫性方程組中的應用講解,例如“Newton-Raphson法”和“修正Newton法”的原理和步驟,以及它們在收斂性上的差異。書中關於“應力-應變關係”的非綫性處理,例如塑性材料模型,以及如何將其納入到單元剛度矩陣的更新過程中,都是非常關鍵的內容。我嘗試著去理解書中關於“大變形”問題,如材料的彈塑性變形和結構的大尺度屈麯,有限元是如何通過不斷更新幾何和材料屬性來逼近真實解的。書中關於“更新拉格朗日法”和“物質拉格朗日法”的對比分析,讓我明白瞭在處理大變形問題時,不同坐標係的選取對數值穩定性的影響。此外,書中還提及瞭“接觸非綫性”問題,這在很多工程應用中都至關重要,例如零件之間的摩擦和碰撞。雖然這部分內容略顯初淺,但足以勾勒齣有限元方法解決這類復雜問題的基本思路。這本書為我提供瞭一個係統化的框架,來理解和掌握如何運用有限元方法處理各種復雜的非綫性工程問題,這對於我的研究具有裏程碑式的意義。

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流體力學是我研究的一個重要方嚮,而有限元方法在CFD領域的應用,一直是我想深入瞭解的。這本書中關於“Navier-Stokes方程”的有限元離散化,讓我對如何將連續的流體動力學方程轉化為離散的代數方程組有瞭更清晰的認識。我特彆欣賞作者在推導“速度-壓力耦閤”問題時所采用的“混閤有限元方法”,例如“Taylor-Hood單元”和“Ladyzhenskaya-Babuška-Brezzi (LBB)條件”,以及它們如何保證數值解的穩定性和準確性。書中關於“對流項”的處理,例如“SUPG (Streamline Upwind Petrov-Galerkin)方法”和“DG (Discontinuous Galerkin)方法”,都為解決高雷諾數流動中的數值震蕩提供瞭有效的手段。我嘗試著去理解書中關於“湍流模型”與有限元方法的結閤,雖然這部分內容較為復雜,但書中清晰的思路和推導,讓我對如何處理實際的湍流問題有瞭初步的認識。此外,書中還提及瞭“多相流”和“自由錶麵流”等復雜流體問題的有限元分析方法。這本書為我提供瞭一個強有力的工具,讓我能夠運用有限元方法去解決各種復雜的流體力學問題,這對於我深入研究流體動力學將具有重要的指導意義。

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在學習有限元方法的過程中,網格生成和質量控製一直是讓我頭疼的問題。這本書在這方麵的講解,可以說是我所接觸過的資料中最全麵、最深入的。作者首先介紹瞭不同類型的單元,例如“三角形單元”、“四邊形單元”、“四麵體單元”和“六麵體單元”,以及它們各自的優缺點和適用範圍。接著,作者詳細闡述瞭網格生成的基本算法,包括“Delaunay三角剖分”、“Advancing-front方法”等,並對每種算法的原理和實現進行瞭清晰的描述。我特彆關注瞭書中關於“網格質量”的評估標準,例如“雅可比矩陣”、“形狀參數”等,以及如何通過網格優化技術來提高計算精度和收斂性。書中還提到瞭“自適應網格細化”的思想,即根據計算結果自動調整網格密度,這是一種非常先進且實用的技術。我嘗試著將書中介紹的網格生成技術應用於一些簡單的幾何模型,並利用一些開源的網格生成工具進行實踐,這讓我深刻體會到網格質量對最終計算結果的巨大影響。書中關於“節點編號”、“單元連接錶”等數據結構的管理,也是保證有限元分析順利進行的關鍵。總而言之,這本書為我提供瞭一套完整的網格生成和質量控製的理論和實踐指導,讓我能夠更自信地應對各種復雜幾何形狀的網格剖分問題,從而為後續的有限元分析奠定堅實的基礎。

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初次拿到這本書,我的期望是能夠深入理解有限元方法的核心思想,以及它在解決實際工程問題中的強大應用。翻開目錄,我便被其係統的結構所吸引。從最基礎的單元類型、插值函數,到復雜的網格生成、邊界條件處理,再到最終的收斂性與穩定性分析,這本書展現瞭一個循序漸進的學習路徑。特彆是書中關於“基函數”和“權函數”的講解,其嚴謹的數學推導和清晰的邏輯闡述,讓我茅塞頓開。過去在其他資料上零散接觸到的概念,在這本書裏得到瞭完美的整閤與升華。我尤其欣賞作者在解釋“變分原理”時所采用的比喻,它將抽象的數學概念具象化,使得像我這樣初學者也能輕鬆理解其物理意義。此外,書中穿插的許多經典算例,例如梁的彎麯、二維熱傳導等,都配有詳細的步驟解析,這對於我動手實踐,驗證理論知識非常有幫助。我嘗試著跟隨書中的步驟,用自己的方法復現瞭一些簡單的模型,這過程不僅加深瞭我對算法的理解,也極大地提升瞭我解決工程問題的信心。書中對於“單元剛度矩陣”的組裝過程,其詳盡的矩陣運算和坐標變換,展現瞭有限元方法在數值計算上的精妙之處。我期待能夠通過這本書,真正掌握有限元方法的精髓,並將其運用到我未來的學術研究和工程實踐中,解決那些復雜而具有挑戰性的問題。這本書的齣版,無疑為廣大學者和工程師提供瞭一本難得的參考資料,其深度和廣度都達到瞭令人稱贊的水平,絕對是一本值得深入研讀的經典之作。

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讀完這本書,我深感有限元方法作為一種強大的數值計算工具,其應用範圍之廣、解決問題之復雜,都超乎我的想象。書中從基礎概念到高級應用,都進行瞭詳盡的闡述,為我提供瞭一個係統化的學習路徑。我非常欣賞書中對“理論與實踐相結閤”的側重,每一個理論概念都伴隨著清晰的數學推導和生動的工程實例,這使得學習過程既嚴謹又富有啓發性。書中對於“編程實現”的指導,雖然不是本書的重點,但其提及的算法思路和數據結構,為我將來動手實現有限元程序提供瞭寶貴的參考。例如,書中關於“稀疏矩陣存儲”和“求解器”的選擇,對於提高計算效率至關重要。我還注意到書中對“新方法”和“新進展”的介紹,這讓我對有限元方法在未來的發展方嚮有瞭初步的瞭解。這本書的齣版,無疑為我打開瞭通往計算力學世界的一扇大門,讓我能夠更有信心地去探索和解決工程領域中那些具有挑戰性的問題。我非常期待能將書中所學的知識,運用到我自己的研究項目中,並為推動相關技術的發展貢獻一份力量。這本書絕對是我書架上最珍貴的藏品之一,也是我未來學習和工作中不可或缺的參考。

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作為一名對計算力學充滿熱情的學生,我對這本書中關於“邊界條件”處理的部分格外關注。這本書對不同類型的邊界條件的引入,例如“狄利剋雷邊界條件”、“諾伊曼邊界條件”以及“羅賓邊界條件”,以及它們如何在有限元弱形式中得到體現,都進行瞭非常詳盡的講解。我尤其欣賞作者在處理“位移邊界條件”和“力邊界條件”時的數學推導,以及如何將其準確地施加到節點載荷嚮量和剛度矩陣中。書中關於“周期性邊界條件”的應用,對於解決具有周期性對稱性的問題,如多孔介質中的流體流動或晶格結構分析,具有非常重要的意義。我嘗試著去理解書中關於“自由邊界”和“約束邊界”的含義,以及如何在有限元模型中對它們進行準確的建模。此外,書中還探討瞭如何處理“復雜邊界幾何”的情況,例如麯麵邊界和不規則形狀的邊界,這對於很多實際工程問題來說是至關重要的。作者還提到瞭“集總質量法”和“一緻質量法”在動力學問題中對邊界條件的影響,這讓我對問題的細節有瞭更深的認識。總的來說,這本書為我提供瞭處理各種邊界條件問題的係統性方法,讓我能夠更準確地將實際工程中的物理約束轉化為數學模型,從而得到更可靠的計算結果。

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在學習過程中,我對書中關於“收斂性”和“穩定性”的數學證明部分尤為重視。這本書對有限元方法的“誤差分析”,例如“插值誤差”、“截斷誤差”以及“捨入誤差”,都進行瞭細緻的講解。作者通過對“能量範數”和“L2範數”的分析,證明瞭有限元解的收斂階,這讓我能夠定量地評估計算結果的精度。我特彆欣賞書中關於“Céa引理”的推導,它是理解有限元方法收斂性的核心。書中還討論瞭不同類型的“穩定性分析”,例如“Gronwall不等式”在瞬態問題中的應用,以及如何保證數值解在時間或空間上的穩定性。我嘗試著去理解書中關於“最優插值”的概念,以及它如何影響有限元解的誤差界。此外,書中還提到瞭“離散化誤差”與“網格尺寸”之間的關係,以及如何通過網格細化來提高計算精度。對於一些特殊的單元類型或邊界條件,書中還探討瞭可能齣現的“數值不穩定”現象,並提供瞭相應的解決方案。總而言之,這本書為我提供瞭一個嚴謹的數學基礎,讓我能夠理解有限元方法的理論依據,並能夠對計算結果的可靠性進行科學的評估,這對於我深入研究有限元方法的發展和應用具有重要的意義。

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我對電磁場理論有著濃厚的興趣,而本書對有限元方法在電磁場分析中的應用,讓我看到瞭將抽象理論轉化為實際計算的可能。書中關於“麥剋斯韋方程組”的有限元離散化,讓我對如何將電磁場的物理現象用數學語言進行描述,並在此基礎上進行數值求解有瞭更深的理解。我特彆欣賞作者在處理“電場”、“磁場”以及“電磁波傳播”等問題時所采用的“矢量有限元方法”和“標量有限元方法”,以及它們在不同應用場景下的優劣。書中關於“介質的電磁特性”的建模,例如“介電常數”、“磁導率”等,以及如何將其納入有限元方程中,是進行精確電磁場分析的關鍵。我嘗試著去理解書中關於“天綫設計”、“微波器件”和“電磁兼容性”等實際應用中的有限元分析方法。書中還提及瞭“電磁波的散射”和“吸收”問題,以及如何通過有限元方法來模擬這些現象。此外,書中對“高頻電磁場”分析的挑戰,以及如何通過優化單元和離散化方案來提高計算精度,也讓我受益匪淺。總的來說,這本書為我提供瞭一個強大的工具,讓我能夠運用有限元方法去解決各種復雜的電磁場問題,這對於我深入研究電磁場理論和相關工程應用將具有重要的指導意義。

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熱傳導是許多工程領域的基礎,而這本書對有限元方法在熱分析中的應用,給予瞭我很大的啓發。書中關於“傅裏葉定律”和“能量守恒方程”的有限元離散化,讓我在理解熱量傳遞過程的數學模型方麵有瞭更深的認識。我特彆關注瞭書中關於“熱傳導方程”的穩態和瞬態解法,以及如何引入“對流換熱”和“輻射換熱”等復雜的熱邊界條件。書中關於“熱膨脹”和“熱應力”的耦閤分析,讓我理解瞭溫度變化如何引起材料的變形和內應力,這對於熱力耦閤問題的分析至關重要。我嘗試著去理解書中關於“多物理場耦閤”的概念,例如將熱分析與結構分析相結閤,以研究熱應力問題,這是一種非常強大的分析手段。書中還提及瞭“相變”問題的有限元模擬,例如材料的熔化和凝固,這在冶金和材料加工領域具有重要的應用價值。此外,書中對“有限元網格”在熱分析中的敏感性分析,也讓我對網格質量的重要性有瞭更深刻的理解。總的來說,這本書為我提供瞭一個係統的框架,來理解和掌握如何運用有限元方法去分析各種熱傳導問題,並能夠有效地處理多物理場耦閤的復雜情況,這對於我未來的工程實踐將大有裨益。

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我一直對結構動力學問題非常感興趣,而有限元方法正是解決這類問題的關鍵工具。這本書在動力學部分的內容,尤其是關於“質量矩陣”、“阻尼矩陣”以及“剛度矩陣”的組閤,讓我印象深刻。書中對於“瞬態動力學方程”的推導,從牛頓第二定律齣發,通過引入位移插值函數和質量、阻尼、剛度矩陣,最終得到離散化的動力學方程組,這一過程的嚴謹性不言而喻。作者還詳細介紹瞭求解這些方程的不同方法,例如“顯式積分法”和“隱式積分法”,並對它們的優缺點進行瞭深入的比較和分析。我特彆關注瞭書中關於“模態分析”的部分,理解瞭如何通過求解特徵值問題來獲得結構的固有頻率和振型,這對於預測結構的振動特性至關重要。書中提供的算例,涉及到瞭簡單的桁架結構和梁的動力響應,通過這些算例,我能夠清晰地看到有限元方法是如何將連續體離散化,並轉化為一個大型的代數方程組進行求解。書中對於“高階單元”和“形函數”的進一步探討,也為我提供瞭更高級的分析手段。例如,書中關於“Hermite插值函數”在梁單元中的應用,能夠更精確地描述梁的彎麯位移和轉角,從而獲得更準確的計算結果。總而言之,這本書在動力學領域的講解,為我打開瞭一扇新的大門,讓我能夠更深入地理解結構的動態行為,並為我未來的相關研究打下瞭堅實的基礎。

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11.3.2,當當

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11.3.2,當當

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11.3.2,當當

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這樣的書有人寫書評嗎!!!????????

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11.3.2,當當

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