土木工程系列教材：有限元法基础与程序设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王元汉，李丽娟 著

图书标签:

• 土木工程
• 有限元法
• 结构分析
• 数值计算
• 程序设计
• MATLAB
• 工程教育
• 高等教育
• 教材
• 计算机应用

出版社： 华南理工大学出版社

ISBN：9787562315995

版次：1

商品编码：10719502

品牌：墨点

包装：平装

开本：16开

出版时间：2001-02-01

页数：205

正文语种：中文

内容简介

《有限元法基础与程序设计》目的是使读者较好地掌握有限元法的基本原理，编程方法和在工程实际中的初步应用。《有限元法基础与程序设计》共9章，包括弹性力学平面问题的常应单元、平面有限元法程序设计、高阶单元、空间问题、杆系结构、板的弯曲、动力问题、弹塑性问题的有限元法，最后介绍了大型通用有限元程序的使用和前后处理方法。

目录

第1章 平面问题的常应单元
1.1 弹性力学经典解法与有限元法的不同特点
1.2 基本求知量和基本方程的矩阵表示
1.3 位移模式
1.4 单元应变和应力
1.5 单元平衡方程
1.6 单元刚度矩阵
1.7 等效结点力计算
1.8 整体平衡方程
1.9 位移约束条件的引入
1.10 解题步骤与算例
习题

第2章 平面有限元法程序设计
2.1 概述
2.2 有限元法分析的基本步骤
2.3 一个简单的平面有限元法计算程序
2.4 算例
2.5 提高计算精度的方法
2.6 整体刚度矩阵存贮
2.7 线性方程组求解
习题

第3章 平面问题高阶单元
3.1 位移模式阶次的选择
3.2 四结点矩形单元
3.3 六结点三角形单元
3.4 四结点四边形等参数单元
3.5 八结点四边形等参数单元
3.6 八结点四边形等参数单元计算程序
3.7 受内压厚壁圆筒算例
习题

第4章 空间问题的有限元法
4.1 概述
4.2 四结点四面体常应变单元
4.3 二十结点六面体等参数单元
4.4 空间轴对称问题的有限元法
4.5 空间轴对称问题的积分计算
习题

第5章 杆系结构的有限元法
5.1 概述
5.2 一维拉压直杆
5.3 桁架的有限元分析
5.4 桁架的计算程序
5.5 梁的有限元分析
5.6 梁的计算程序
5.7 刚架的有限元分析
5.8 刚架的计算程序
5.9 杆、块组合结构
习题

第6章 板弯曲问题的有限元法
6.1 薄板的基本理论
6.2 薄板矩形单元
6.3 薄板矩形单元计算程序
6.4 薄板三角形单元
6.5 板弯曲有限元法的进一步讨论
习题

第7章 结构动力问题的有限元法
7.1 结构的动力方程
7.2 单元质量矩阵
7.3 阻尼矩阵
7.4 结构的自由振动
7.5 结构动力响应的振型叠加法
7.6 结构动力响应逐步积分法
7.7 结构动力分析算例
习题

第8章 弹塑性问题的有限元法
8.1 非线性问题的一般处理方法
8.2 弹塑性应力-应变关系
……
第9章 有限元分析软件介绍
附录
习题参考答案
参考文献

前言/序言

结构力学与材料科学前沿：数值模拟方法深度解析 在现代工程设计与科学研究领域，对复杂结构的力学行为进行精确预测和深入理解，是实现创新性设计、优化性能、确保安全的关键。传统的解析方法在面对几何复杂、边界条件多变、材料非线性等问题时，往往显得力不从心。《结构力学与材料科学前沿：数值模拟方法深度解析》一书，正是在这样的时代背景下应运而生，旨在为广大工程技术人员、科研工作者及高年级本科生、研究生提供一套全面、系统且深入的数值模拟方法学习指南。本书不局限于某一特定学科，而是以其普适性和强大的解决问题的能力，横跨土木工程、机械工程、航空航天、生物医学工程等多个领域，成为理解和应用先进工程分析工具的基石。 本书的写作初衷，是希望能够弥合理论知识与工程实践之间的鸿沟。在高校教育中，有限元法（FEM）等数值模拟技术往往作为一门独立的课程教授，学生在掌握了基本理论之后，如何将其有效转化为实际工程问题求解的利器，是他们面临的一大挑战。另一方面，许多工程实践者虽然熟悉有限元软件的操作，但对其背后的原理理解不够透彻，导致在模型建立、网格划分、载荷边界条件设置，乃至结果解释等方面存在盲点，容易出现不合理的分析结果。本书正是瞄准了这一痛点，力求通过深入浅出的讲解，帮助读者不仅“会用”工具，更能“懂其原理”，从而能够更加科学、严谨地运用数值模拟技术解决复杂的工程难题。 核心理论框架：严谨推导与直观理解并重 本书的首要目标是建立一个坚实的理论基础。我们从力学分析的基本原理出发，如虚功原理、最小势能原理等，这些原理是所有基于变分法的数值方法的理论根基。随后，本书将重点阐述有限元法的核心思想，即“离散化”与“插值”。我们将详细介绍如何将连续的物理域划分为有限个互不重叠但相互连接的小单元，以及如何在这些单元内部使用插值函数（形函数）来近似描述场变量（如位移、温度等）的分布。 对于形函数的选择，本书将深入探讨各种常用形函数的性质，例如线形、二次形、三次形等。我们将分析不同阶次形函数对解的精度、计算量以及单元刚度矩阵的影响，并结合具体的算例，展示其在模拟不同类型问题时的适用性。此外，本书还将详细介绍如何根据物理问题的性质，选择合适的单元类型，如杆单元、梁单元、三角形单元、四边形单元、四面体单元、六面体单元等，并阐述它们的刚度矩阵推导过程，以及在不同维度（一维、二维、三维）问题中的应用。 刚度矩阵的组装是有限元法的关键步骤之一。本书将系统地介绍全局刚度矩阵的形成过程，包括单元刚度矩阵的转换、组装以及边界条件的施加。我们将详细讨论不同类型的边界条件，如位移约束、力载荷、温度载荷等，以及如何将其有效地融入到有限元方程组中。方程组的求解是有限元分析的最后一步，本书将介绍几种常用的数值求解方法，如直接求解法（高斯消元法、Cholesky分解法）和迭代求解法（共轭梯度法、雅可比迭代法等），并分析它们的优缺点及适用范围。 先进模型与高级应用：拓展分析边界 除了经典的静态结构分析，本书还将目光投向了更广阔的领域，探讨有限元法在处理更复杂的工程问题中的应用。 动力学分析： 结构的振动特性是评估其稳定性和可靠性的重要指标。本书将深入讲解如何建立结构的质量矩阵和阻尼矩阵，并推导相应的动力学方程。我们将详细介绍特征值问题（模态分析）的求解方法，以及如何进行响应谱分析和时程分析，从而预测结构在动态载荷作用下的响应，如地震、风振等。 屈曲分析： 对于受压结构，稳定性问题至关重要。本书将阐述如何进行线性屈曲分析，预测结构的临界屈曲载荷和屈曲模态。同时，我们还将探讨几何非线性的影响，以及如何通过非线性屈曲分析来获得更精确的稳定性预测。 热应力耦合分析： 在许多工程应用中，温度变化会导致材料发生热膨胀或收缩，从而产生热应力。本书将介绍如何建立热传导方程和弹性力学方程之间的耦合关系，并推导耦合刚度矩阵，实现对温度场和应力场的同时分析，这对于发动机、核反应堆、电子设备等领域的设计尤为重要。 材料非线性分析： 实际工程中的材料往往表现出非线性行为，如塑性、蠕变等。本书将深入探讨如何将材料的本构关系引入到有限元方程组中，并介绍常用的非线性求解算法，如牛顿-拉夫逊法及其改进算法。我们将通过具体的算例，展示如何分析材料屈服、塑性变形以及疲劳损伤等问题。 接触分析： 当两个或多个部件相互接触时，接触面的力学行为对整体结构的响应起着决定性作用。本书将详细讲解接触问题的离散化方法，包括节点-面接触、面-面接触等，并介绍各种接触算法（如罚函数法、拉格朗日乘子法）及其在有限元分析中的实现，这在装配体分析、碰撞分析等场景下至关重要。 断裂力学与损伤力学： 结构在服役过程中可能出现裂纹萌生和扩展，最终导致失效。本书将介绍断裂力学中的应力强度因子、裂纹尖端张开位移（CTOD）等概念，并阐述如何利用有限元方法求解这些参数。同时，我们将初步探讨损伤力学，介绍损伤演化模型及其在预测材料失效过程中的应用。 实践指导与案例分析：学以致用 理论的学习最终是为了指导实践。本书不仅提供了扎实的理论基础，更注重将理论知识转化为实际操作能力。 程序设计基础： 为了让读者更深入地理解有限元法的算法流程，本书将提供一系列基于C++或Python等语言的程序设计指导。我们将从最基础的单元刚度矩阵计算、边界条件施加，逐步引导读者构建完整的有限元分析程序框架。通过实际编写代码，读者将能够更加清晰地理解每一个计算步骤背后的逻辑，并能根据实际需求对程序进行修改和扩展。 典型工程案例解析： 本书精选了大量来自不同工程领域的典型案例，涵盖了从简单的梁的挠曲变形到复杂的三维结构的静动力耦合分析。每一个案例都将遵循“问题提出—模型建立—网格划分—载荷边界条件设置—数值求解—结果分析与验证—工程意义阐述”的完整流程。通过对这些案例的深入剖析，读者将学会如何将工程问题转化为有限元模型，如何选择合适的分析策略，以及如何准确地解释和应用分析结果。 软件应用技巧与进阶： 除了理论推导和程序设计，本书还将提供关于主流商业有限元软件（如ANSYS、ABAQUS等）的应用技巧和最佳实践。我们将讨论如何利用软件的强大功能来高效地进行模型建立、网格优化、结果后处理等工作，并介绍一些高级功能的应用，例如参数化建模、优化设计、多物理场耦合分析等。本书并非简单介绍软件操作，而是强调在理解原理的基础上，如何更有效地利用软件解决工程问题。 本书特色与价值 《结构力学与材料科学前沿：数值模拟方法深度解析》一书的独特之处在于其高度的系统性、严谨的理论推导、丰富的案例实践以及面向未来的前瞻性。本书力求做到： 1. 理论与实践的完美结合： 既有深刻的理论阐述，又有直观的算例演示和程序设计指导，帮助读者构建完整的知识体系。 2. 循序渐进的学习路径： 从基础概念到高级应用，层层递进，适合不同层次的读者。 3. 广泛的适用性： 覆盖多学科的工程问题，为解决各类复杂结构分析挑战提供强大工具。 4. 强调理解而非照搬： 引导读者深入理解数值模拟背后的科学原理，培养独立分析和解决问题的能力。 5. 前瞻性视角： 关注领域内的最新发展和前沿技术，为读者提供持续学习和创新的动力。 本书的出版，旨在为广大工程技术人员和研究者提供一个全面、深入的数值模拟技术学习平台。我们相信，通过对本书的学习，读者不仅能够掌握有限元法的基本理论和应用技巧，更能培养起基于数值模拟进行科学研究和工程设计的创新能力，为推动相关领域的进步做出贡献。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种已经工作了一段时间的工程师来说，学习新的技术往往更关注其实际应用价值和效率。《土木工程系列教材：有限元法基础与程序设计》在这方面给了我很大的启发。书中关于“荷载和边界条件处理”的章节，就直接切中了工程实践中的痛点。我曾遇到过各种复杂的荷载类型，比如均布荷载、集中荷载，甚至是不规则分布的荷载，而书中对此都有详尽的讲解，并给出了如何将其转化为等效节点荷载的方法。这让我不再为如何准确地将实际工程中的荷载施加到模型中而烦恼。另外，关于“位移边界条件”的设置，书中也提供了多种处理方式，并分析了不同边界条件对计算结果的影响，这对于我们进行结构稳定性分析和变形预测至关重要。最让我惊喜的是，书中关于“求解器”的介绍，并没有止步于理论，而是详细阐述了直接法和迭代法等求解器的原理，并对比了它们在不同规模问题上的优劣。这让我能够根据实际工程的规模和计算精度要求，选择最合适的求解器，从而优化计算效率。例如，书中在介绍迭代法时，就给出了一个实际的算例，展示了如何通过调整迭代次数和收敛精度来平衡计算时间和结果的准确性。这种既有理论深度又有实践指导的讲解方式，无疑大大提升了我学习这本书的效率和信心。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本《土木工程系列教材：有限元法基础与程序设计》时，我抱着一种既期待又略带忐忑的心情。期待的是，我一直对有限元这个概念充满好奇，希望能真正理解它的原理和应用。忐忑的是，我担心书中过于抽象的数学推导会让我望而却步，毕竟我的数学功底并不是特别扎实。然而，当我深入阅读后，这种情绪很快被惊喜所取代。作者在讲解理论基础部分，并没有一开始就堆砌复杂的公式，而是循序渐进地从离散化、插值函数这些基本概念入手，用清晰的图示和生动的类比来解释，这让我感觉自己仿佛置身于一个搭建模型的课堂，而不是面对冰冷的数学符号。例如，关于三角形单元和四边形单元的介绍，书中不仅给出了它们的形函数，还详细分析了在不同边界条件下的插值效果，这种直观的比较让我对单元的选择有了更深刻的理解。更让我印象深刻的是，作者并没有将理论与实践割裂开来，而是在讲解理论的同时，就穿插了相关的程序设计思路，这为我后续学习实际编程打下了坚实的基础。我尤其喜欢书中关于“刚度矩阵”推导的章节，作者层层剥茧，将每个步骤的物理意义都解释得明明白白，让我不再仅仅是机械地记忆公式，而是真正理解了它是如何“构建”出来的。这种从“是什么”到“为什么”再到“怎么做”的讲解逻辑，让我对有限元方法在工程分析中的应用有了初步但清晰的认知。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的亮点之一在于它将理论与实际的程序设计紧密结合起来。我之前阅读过一些关于有限元方法的书籍，但往往要么理论过于深奥，要么程序代码过于零散，很难形成一个完整的知识体系。而《土木工程系列教材：有限元法基础与程序设计》在这方面做得非常出色。书中的理论部分，不仅仅是停留在数学公式的推导，而是着重于解释这些公式背后的物理意义和工程含义，这对于我们理解有限元方法在实际问题中的应用至关重要。例如，在讲解“应力应变关系”时，书中并没有仅仅给出应力张量和应变张量的表示，而是详细分析了它们与单元节点位移之间的联系，这让我明白了有限元模型是如何将宏观的应力应变概念转化为微观的节点位移进行计算的。而程序设计部分，则提供了一系列实用的算法和代码示例，这些代码并不是为了展示技术而存在，而是真正服务于理论知识的实现，让读者能够亲手实践，加深对理论的理解。我尤其欣赏书中关于“结果后处理”的讲解，它不仅演示了如何提取关键的计算结果，如节点位移、单元应力等，还提供了如何将这些结果可视化，例如生成应力云图和变形动画，这对于我们进行工程分析和决策非常有帮助。这种“理论+实践”的双重路径，使得这本书的学习过程既充实又富有成就感。

评分☆☆☆☆☆

我对《土木工程系列教材：有限元法基础与程序设计》的程序设计部分尤为关注。理论知识固然重要，但最终能否在实际工程中应用，还得看有没有强大的工具支撑。书中关于“预处理、求解和后处理”的完整流程介绍，让我对整个有限元分析的软件实现有了系统性的认识。我之前尝试过一些有限元软件，但对于它们背后是如何工作的，一直知之甚少。而这本书则详细讲解了如何从几何建模、网格划分（预处理），到建立方程组、求解（求解），再到结果可视化和数据提取（后处理）的整个过程。书中给出的代码示例，虽然是基于某个特定的编程语言，但其逻辑结构和核心算法都非常通用，这让我能够举一反三，即使在不同的开发环境下，也能触类旁通。我特别喜欢书中关于“自由度”和“方程组组装”的讲解，作者详细地演示了如何将每个单元的局部刚度矩阵和节点位移向量，组装成全局的刚度矩阵和节点荷载向量，这一步是整个计算的核心，书中的讲解非常到位，让我能清晰地理解每一步操作的意义。而且，书中还对不同方程组求解方法的优劣进行了分析，这为我在选择和优化算法时提供了宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

从一个初学者的角度来看，这本书的结构安排和语言风格都非常友好。我一直对“有限元”这个词感到些许神秘，总觉得它离我比较遥远。但打开这本书后，我发现作者的笔触非常细腻，从最基础的“单元”和“节点”概念讲起，就像在搭建积木一样，一点点地构建起整个有限元模型的框架。书中的插图更是功不可没，各种清晰的网格划分示意图、单元坐标系图，以及荷载和边界条件示意图，都让我能够非常直观地理解抽象的理论。特别是关于“网格划分”这一章，我过去一直认为这是一个很随意的事情，但书中详细介绍了不同网格形状（如三角形、四边形）对计算精度的影响，以及如何通过局部网格加密来提高复杂区域的计算精度，这让我大开眼界。而且，书中在讲解“变分原理”和“伽辽金法”等核心理论时，也尽可能地用通俗易懂的语言进行解释，避免了过多的专业术语堆砌，让我能够逐步消化吸收。我尤其欣赏书中关于“等效节点力”的推导过程，作者通过“虚功原理”来解释，让我明白了为什么要把连续的荷载离散化成节点上的力，这种物理意义上的解释比单纯的数学公式更能让我理解。总而言之，这本书为我打开了通往有限元世界的大门，让我不再感到害怕，而是充满了探索的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

[SM]这本书的印刷质量是非常不错的,很喜欢,而且价格相对来说很实惠,可谓物美价廉,无论是装订方式,还是发货包装个人感觉都是很不错的.[BJTJ]买之前还特意看了一下编辑推荐,本来还有点犹豫,看到这么多名人都喜欢[ZZ]写的[SM]也就打消了我的犹豫.简单的看了下[NRJJ],我发觉我已经喜欢上它了,尤其是书中的一段[SZ],真是让人爱不释手,意犹未尽.

评分☆☆☆☆☆

[SM]，超值。买书就来来京东商城。价格还比别家便宜，还免邮费不错，速度还真是快而且都是正版书。

评分☆☆☆☆☆

老婆很开心，价格很实惠，比书店里便宜，[SM]书包装也很好，收到后也没的损坏，快递很快，直接送上楼了，很感谢。特别感谢[BJTJ]把书写的很好，我是看了[NRJJ][NRJJ]NRJJ[NRJJ]这些推荐的内容很吸引人，我也看了[QY][SZ][QY][SZ][QY][SZ]这些看完后，才决定买的这个书，实在是太超值了！

评分☆☆☆☆☆

程序很实用

评分☆☆☆☆☆

不错

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可以

评分☆☆☆☆☆

中中中中中中中中中中中中中中中中中中

评分☆☆☆☆☆

书送的倒挺快的。但是老子这科挂了，我很不满意

评分☆☆☆☆☆

书很不错啊，老师要求买的啊，马上要考试了，支持京东