Finite Element Analysis

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出版者:Prentice Hall
作者:Saeed Moaveni
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2003-01-16
价格:USD 139.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780131112025
丛书系列:
图书标签:
  • 科研
  • 专业
  • FEA
  • Finite Element Analysis
  • Engineering
  • Mechanics
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  • Numerical Methods
  • Structural Analysis
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  • Physics
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具体描述

探索物质世界的奥秘:一本关于材料力学与结构设计的引人入胜之旅 本书将带您深入探索物质世界,揭示隐藏在复杂结构背后的力学原理。我们将从最基础的材料特性出发,逐步理解它们在不同载荷和应力下的反应。从工程师手中的精密仪表,到宏伟建筑的坚固根基,再到航空航天器轻盈而强大的机翼,本书将为您一一剖析它们的设计哲学和实现途径。 第一部分:材料的本质与行为 我们将首先聚焦于构成我们世界的基石——材料。您将了解到金属、陶瓷、聚合物以及复合材料等各类材料的基本组成结构,以及它们在微观层面上的原子排列和晶格缺陷如何影响宏观性能。我们会深入研究材料的力学行为,包括弹性形变、塑性变形、屈服强度、抗拉强度、断裂韧性以及疲劳等关键概念。通过对这些特性的深入理解,您将能体会到为何不同的应用场景需要选择截然不同的材料。 弹性与塑性: 了解材料在受力后恢复原状(弹性)和永久变形(塑性)的机制。我们将探讨应力-应变曲线,解析材料的弹性模量、泊松比等重要参数,并理解屈服点和流动应力对结构安全性的意义。 强度与韧性: 区分材料抵抗断裂的能力(强度)和吸收能量以防止脆性断裂的能力(韧性)。您将学习到断裂强度、疲劳寿命以及冲击韧性等概念,并理解它们在结构设计中的至关重要性,尤其是在承受动态载荷或存在缺陷的情况下。 材料的损伤与失效: 探索材料在持续载荷、环境因素或制造缺陷作用下可能出现的损伤机制,如裂纹萌生与扩展、蠕变、应力腐蚀开裂等。我们将分析材料失效的原因,并探讨如何通过材料选择和设计来规避这些风险。 热效应与力学性能: 研究温度对材料力学性能的影响,包括热膨胀、热应力以及高温下的蠕变行为。您将理解为何在极端温度环境下,材料的选择和结构设计需要特别考虑热效应。 第二部分:结构力学与工程应用 在理解了材料的特性之后,本书将把焦点转向这些材料如何被组合成能够承受各种载荷的结构。我们将深入探讨梁、板、壳以及复杂三维体的受力分析方法。您将学习如何计算结构在静载荷、动载荷、热载荷以及振动作用下的响应。 经典结构分析: 回顾并扩展经典的结构力学理论,包括应力、应变、挠度以及稳定性分析。您将学习如何使用数学模型来预测结构的变形和内力分布,并理解应力集中现象及其对结构安全的影响。 杆件与梁的分析: 深入研究受拉、受压、受弯和受扭的杆件和梁。我们将解析弯曲应力、剪切应力以及扭转应力,并学习如何利用截面模量、惯性矩等几何属性来评估构件的承载能力。 薄板与薄壳结构: 探讨轻质高强结构中常见的薄板和薄壳的力学行为。您将了解弯曲、膜应力以及它们之间的相互作用,并理解这些结构在桥梁、飞机机身和压力容器设计中的优势。 连接件与接头的力学: 分析螺栓连接、焊接接头以及键连接等常见的连接方式。我们将研究连接件的受力状态,以及接头的设计如何影响整个结构的整体强度和刚度。 动力学与振动分析: 引入动力学概念,研究结构在时间变化的载荷下的响应,特别是振动现象。您将学习如何计算结构的自振频率和模态,并理解如何通过减振设计来避免共振带来的灾难性后果。 第三部分:设计优化与先进概念 掌握了基础的力学原理和分析方法后,本书将引导您进入更高级的设计领域,强调如何通过优化设计来提高结构的性能、可靠性和经济性。 失效准则与安全系数: 学习不同的材料失效准则,如最大应力准则、最大剪应力准则、 von Mises 屈服准则等,并理解安全系数在工程设计中的作用。我们将探讨如何基于可靠性目标来选择合适的设计准则和安全系数。 结构优化基础: 介绍结构优化的基本概念,包括参数化建模、目标函数和约束条件的设定。您将了解如何通过调整设计参数来达到轻量化、高强度或低变形等目标。 疲劳设计与断裂力学: 深入探讨材料在循环载荷下的疲劳行为。您将学习到 S-N 曲线、应力幅、应力比等概念,并了解如何应用断裂力学原理来评估具有裂纹结构的剩余寿命和安全性。 非线性分析简介: 触及一些非线性问题的分析方法,例如大变形、材料非线性(如塑性)以及接触非线性。您将初步了解这些复杂问题对传统线性分析方法带来的挑战,以及如何通过数值方法来解决。 通过本书的学习,您将能够: 深刻理解材料的力学性能及其背后的微观机制。 熟练掌握分析各种结构构件在不同载荷下的受力情况。 运用力学原理进行结构设计,并评估其安全性与可靠性。 认识到优化设计在现代工程中的重要性,并掌握基础的优化思路。 为进一步深入研究材料力学、结构分析和工程设计奠定坚实的基础。 无论您是机械工程、土木工程、航空航天工程,还是材料科学领域的学生、研究人员或从业者,本书都将为您提供一个系统、深入的学习路径,帮助您更好地理解和改造我们所处的物质世界。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我一直对材料力学和结构分析抱有浓厚的兴趣,而这本书简直是为我量身定制的。它以一种极其系统的方式,将有限元方法这个强大的分析工具呈现在我面前。从最基础的单元离散化,到复杂的非线性分析,作者都进行了深入浅出的讲解。我印象最深的是关于材料非线性的章节。作者详细介绍了塑性、损伤等材料行为的建模方法,以及如何将其融入到有限元方程中。他通过一个具体的例子,展示了如何模拟一个材料在拉伸过程中发生屈服,最终断裂的过程。这个例子让我对材料的宏观行为有了更深刻的理解,也让我看到了有限元方法在预测材料失效方面的巨大潜力。此外,本书还涉及了动力学分析和热分析等内容。作者解释了如何在有限元模型中加入质量矩阵和阻尼矩阵,从而进行结构动力学分析,预测结构的振动特性和响应。在热分析方面,他则阐述了如何求解热传导方程,分析结构的温度分布和热应力。这些章节的拓展,让我认识到有限元方法的通用性和广泛应用性,它不仅仅局限于力学分析,还可以应用于许多其他物理领域。本书的参考文献也非常丰富,为我提供了进一步深入学习的路径。

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我必须说,这本书是我近年来读过的最令人兴奋的技术书籍之一。作者以一种我从未见过的方式,将抽象的数学理论与生动的工程实践巧妙地融合在一起。他不仅仅是讲解有限元方法本身,更重要的是,他教会了我如何“思考”有限元。例如,在讲解边界条件时,他详细地介绍了各种边界条件的物理意义,以及如何在有限元模型中准确地施加它们。他强调了边界条件对计算结果的影响,并举例说明了错误的边界条件设置可能导致多么严重的后果。这让我意识到,在进行工程分析时,对现实世界的深刻理解是多么重要。书中的许多插图和图表都极具启发性,它们不仅清晰地展示了单元的形状、节点的位置,还直观地表现了应力、应变等物理量的分布。我特别喜欢那些展示网格细化过程的图,它们清晰地显示了随着网格的加密,计算结果是如何逐渐趋于收敛的。这些图表的作用,远胜于任何文字描述。本书还介绍了一些高级话题,比如接触分析和屈曲分析。作者对这些复杂问题的讲解,同样是清晰而富有条理,让我对有限元方法的应用范围有了更广阔的认识。

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这本书就像是一位经验丰富的导师,耐心地引导我一步步走进有限元分析的殿<bos>。作者在讲解过程中,不仅仅是罗列公式,而是着重于解释公式背后的物理意义和工程含义。例如,在讲解“形函数”时,他并没有止步于数学上的定义,而是通过生动的比喻,让我理解了形函数是如何在单元内部“塑造”和“传递”信息的。他强调了单元的“局部性”和“全局性”之间的关系,以及有限元方法是如何通过将局部信息“粘合”起来,最终获得全局的解。我特别喜欢作者在介绍“刚度矩阵”时所做的类比,他将其比作一个“弹簧系统”,每个单元的刚度矩阵都代表着这个单元的“弹性特性”,而整个结构的刚度矩阵则是所有单元“弹性特性”的集合。这种形象的比喻,让我对力学问题的本质有了更深的理解。本书中的数学推导,虽然严谨,但并不晦涩难懂,作者总是能找到最直观的方式来呈现。即使是对于一些复杂的矩阵运算,他也通过图示和简化的例子,让我能够轻松理解。这让我对作者在教学上的功力佩服不已。

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这本书给我带来的不仅仅是知识的充实,更是一种解决问题能力的提升。作者在讲解有限元方法时,始终围绕着“如何解决实际工程问题”这个核心。他通过大量的实例,展示了如何将现实世界的物理现象转化为有限元模型,以及如何利用计算结果来指导工程设计。我印象最深刻的是关于疲劳分析的章节。作者解释了如何利用有限元分析得到的应力结果,来预测结构的疲劳寿命,以及如何通过优化设计来提高结构的抗疲劳性能。这让我看到了有限元方法在产品可靠性设计中的重要作用。此外,本书还涉及了应力强度因子、断裂力学等更深入的内容。作者在讲解这些复杂概念时,并没有回避它们,而是用清晰的语言和严谨的推导,一步步带领读者理解。这让我对材料的断裂行为有了更深刻的认识,也看到了有限元方法在预测结构断裂风险方面的潜力。本书的结构设计也十分合理,章节之间过渡自然,逻辑清晰。我常常在阅读完一个章节后,会立刻产生将所学知识应用到某个实际问题的想法。

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阅读这本书的过程,简直像是在进行一场精妙的解谜游戏,每一个章节都为我揭示了工程分析领域中一个尚未解决的谜题,而有限元方法则像是一把万能钥匙,能够逐一解开这些谜团。作者在讲解时,总是能巧妙地将抽象的数学概念与具体的工程应用联系起来。比如,在介绍梁的弯曲分析时,他不仅仅展示了如何构建单元刚度矩阵,更详细地解释了为什么梁的自由度和节点力之间存在这样的关系,以及这些关系是如何反映物理世界的真实情况的。他还通过大量的图示,将单元的变形、应力分布等可视化,让我能够直观地感受到有限元方法的强大之处。我尤其喜欢作者在讲解网格划分策略的部分。他强调了网格质量对计算结果精度的影响,并介绍了各种网格生成技术,包括结构化网格和非结构化网格,以及它们各自的优缺点。他还提到了自适应网格的概念,这让我第一次了解到,有限元分析并非一成不变,而是可以根据计算结果的反馈,不断优化计算模型,从而达到更高的精度。这种迭代优化的思想,在许多科学研究领域都至关重要,能在此书中看到它的应用,让我感到十分振奋。本书的语言风格也很独特,既有严谨的学术性,又不失生动有趣。作者善于运用类比,将复杂的概念用更易于理解的方式表达出来,让我始终保持着高度的学习兴趣。

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这本书给我最大的启示在于,它让我看到了工程分析的“艺术”层面。作者在讲解理论的同时,也非常注重培养读者的工程直觉和判断能力。他会时不时地提醒读者,有限元方法并非万能,结果的准确性很大程度上取决于模型的建立和参数的选取。例如,在讲解模型简化时,他会指出哪些简化是合理的,哪些是需要谨慎考虑的,以及这些简化可能带来的误差。他还提供了一些判断结果是否可靠的经验法则,以及如何通过网格收敛性研究来评估计算结果的精度。这种“授人以渔”的教学方式,比单纯地提供公式和步骤更有价值。我特别欣赏作者在讲解收敛性分析时的细致。他不仅仅给出了理论上的方法,还提供了一些实际操作的建议,比如如何根据误差估计来调整网格密度,以及如何判断网格是否足够精细。这让我意识到,有限元分析是一个需要反复迭代和验证的过程,而不仅仅是输入数据,输出结果那么简单。书中的案例研究也相当出色,涵盖了各种实际工程问题,从简单的结构件到复杂的机械系统,都进行了详细的分析。这些案例不仅巩固了我所学的理论知识,也拓宽了我的视野,让我看到了有限元方法在不同领域的应用前景。

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这本书给我最大的感受是,它让我看到了工程分析的“解耦”艺术。作者通过将连续的、复杂的物理过程,分解成一系列离散的、易于处理的单元,为我提供了一种全新的解决问题的思路。他解释了如何将时间和空间上的连续性,转化为一系列离散的点和线段,然后通过对这些离散元素的相互作用进行建模,最终获得连续体行为的近似解。我特别欣赏作者在讲解“离散化”时的细致。他不仅介绍了三角形、四边形等二维单元,还讲解了四面体、六面体等三维单元,以及它们各自的优缺点。他强调了网格质量对计算结果精度的重要性,并提供了如何进行网格优化的建议。这让我意识到,在进行有限元分析时,网格的选取和划分,与模型的建立本身一样重要。书中的案例分析也十分精彩,涵盖了各种实际工程问题,从简单的结构受力分析到复杂的流体动力学问题,都进行了详细的探讨。这些案例不仅巩固了我所学的知识,也拓宽了我的视野,让我看到了有限元方法在不同领域的应用前景。

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这本书给我带来的不仅是知识的增长,更是一种思维方式的转变。作者通过将复杂的连续体问题离散化为一系列简单的单元,为我提供了一种全新的解决问题的视角。他用生动的语言和清晰的逻辑,解释了如何将一个宏大的、难以处理的问题,分解成一个个小的、可控的部分,然后通过对这些小部分进行分析,最终得到整个问题的解决方案。我特别喜欢作者在讲解“组装”过程时的比喻,他将各个单元的刚度矩阵和载荷向量比作乐高积木,通过巧妙的拼接,最终构建出整个结构的整体响应。这种“分而治之”的思路,不仅在工程分析中有用,在生活的许多方面也同样适用。书中的每一个公式,每一个推导,都经过作者精心设计,旨在引导读者逐步理解有限元方法的核心思想。他并没有一上来就给出最终的方程,而是从最基本的物理原理出发,一步步构建起复杂的模型。这种循序渐进的学习方式,让我能够真正地理解每一个步骤背后的逻辑,而不是死记硬背。我还会时不时地回到前面的章节,回顾一下作者关于“离散化”和“插值”的讲解,因为我发现,这些基础概念贯穿于本书的始终,理解了它们,才能更好地理解后续更复杂的章节。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的印象,那是一种深邃的蓝色,点缀着一些抽象的网格线,仿佛在预示着本书将带领读者深入探索一个复杂而有序的世界。我翻开第一页,就被作者开篇的引言所吸引。他并没有直接抛出枯燥的公式和定义,而是用一种富有哲学意味的笔调,阐述了有限元方法在解决现实世界工程问题中的重要性和独特性。他将有限元方法比作一把精密的尺子,能够丈量那些传统解析方法束手无策的复杂几何和边界条件。这种宏大的视角立刻激起了我深入了解的欲望。接着,作者开始逐步介绍有限元方法的理论基础,从基本的离散化概念讲起,到单元的选取、形函数的建立、刚度矩阵的推导,再到载荷向量的组装。我特别欣赏作者在讲解过程中,并没有回避那些看似繁琐的数学推导,而是循序渐进,一步步引导读者理解每一个公式的由来和意义。例如,在讲解形函数时,作者通过直观的几何解释,让我理解了形函数是如何在单元内部插值和逼近未知量的。他还会时不时穿插一些历史故事,介绍有限元方法的发展历程,以及那些为之做出杰出贡献的科学家们。这些故事让理论学习不再是冰冷而乏味的,而是充满了人情味和探索精神。总而言之,这本书不仅仅是一本技术手册,更像是一次智识的冒险,让我对工程分析的内在逻辑有了全新的认识。

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我一直认为,理解一个复杂的理论,最好的方式是去理解它的“起源”和“演进”。这本书恰好满足了我的这个需求。作者在讲解有限元方法时,并没有回避其历史渊源,而是穿插了许多关于该方法起源和发展的历史故事。他介绍了那些为有限元方法奠定基础的科学家们,以及他们在不同时期所做的贡献。这让我对有限元方法不再仅仅将其视为一个纯粹的数学工具,而是理解了它背后所蕴含的人类智慧和探索精神。我特别喜欢作者在讲解“变分原理”和“伽辽金方法”时所做的铺垫。他详细地介绍了这些数学工具的由来,以及它们如何被巧妙地应用于有限元方法的推导。这让我对有限元方法的理论基础有了更扎实的认识。书中的一些例子,也让我联想到了自己在学习其他科学领域时遇到的类似问题。作者在讲解过程中,始终注重培养读者的“工程思维”和“问题解决能力”,而不是仅仅教授公式和算法。这让我觉得,这本书不仅仅是一本技术书籍,更是一本关于如何进行科学研究和工程实践的指导手册。

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