土木工程係列教材：有限元法基礎與程序設計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王元漢，李麗娟 著

圖書標籤:

• 土木工程
• 有限元法
• 結構分析
• 數值計算
• 程序設計
• MATLAB
• 工程教育
• 高等教育
• 教材
• 計算機應用

齣版社： 華南理工大學齣版社

ISBN：9787562315995

版次：1

商品編碼：10719502

品牌：墨點

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2001-02-01

頁數：205

正文語種：中文

內容簡介

《有限元法基礎與程序設計》目的是使讀者較好地掌握有限元法的基本原理，編程方法和在工程實際中的初步應用。《有限元法基礎與程序設計》共9章，包括彈性力學平麵問題的常應單元、平麵有限元法程序設計、高階單元、空間問題、杆係結構、闆的彎麯、動力問題、彈塑性問題的有限元法，最後介紹瞭大型通用有限元程序的使用和前後處理方法。

目錄

第1章 平麵問題的常應單元
1.1 彈性力學經典解法與有限元法的不同特點
1.2 基本求知量和基本方程的矩陣錶示
1.3 位移模式
1.4 單元應變和應力
1.5 單元平衡方程
1.6 單元剛度矩陣
1.7 等效結點力計算
1.8 整體平衡方程
1.9 位移約束條件的引入
1.10 解題步驟與算例
習題

第2章 平麵有限元法程序設計
2.1 概述
2.2 有限元法分析的基本步驟
2.3 一個簡單的平麵有限元法計算程序
2.4 算例
2.5 提高計算精度的方法
2.6 整體剛度矩陣存貯
2.7 綫性方程組求解
習題

第3章 平麵問題高階單元
3.1 位移模式階次的選擇
3.2 四結點矩形單元
3.3 六結點三角形單元
3.4 四結點四邊形等參數單元
3.5 八結點四邊形等參數單元
3.6 八結點四邊形等參數單元計算程序
3.7 受內壓厚壁圓筒算例
習題

第4章 空間問題的有限元法
4.1 概述
4.2 四結點四麵體常應變單元
4.3 二十結點六麵體等參數單元
4.4 空間軸對稱問題的有限元法
4.5 空間軸對稱問題的積分計算
習題

第5章 杆係結構的有限元法
5.1 概述
5.2 一維拉壓直杆
5.3 桁架的有限元分析
5.4 桁架的計算程序
5.5 梁的有限元分析
5.6 梁的計算程序
5.7 剛架的有限元分析
5.8 剛架的計算程序
5.9 杆、塊組閤結構
習題

第6章 闆彎麯問題的有限元法
6.1 薄闆的基本理論
6.2 薄闆矩形單元
6.3 薄闆矩形單元計算程序
6.4 薄闆三角形單元
6.5 闆彎麯有限元法的進一步討論
習題

第7章 結構動力問題的有限元法
7.1 結構的動力方程
7.2 單元質量矩陣
7.3 阻尼矩陣
7.4 結構的自由振動
7.5 結構動力響應的振型疊加法
7.6 結構動力響應逐步積分法
7.7 結構動力分析算例
習題

第8章 彈塑性問題的有限元法
8.1 非綫性問題的一般處理方法
8.2 彈塑性應力-應變關係
……
第9章 有限元分析軟件介紹
附錄
習題參考答案
參考文獻

前言/序言

結構力學與材料科學前沿：數值模擬方法深度解析 在現代工程設計與科學研究領域，對復雜結構的力學行為進行精確預測和深入理解，是實現創新性設計、優化性能、確保安全的關鍵。傳統的解析方法在麵對幾何復雜、邊界條件多變、材料非綫性等問題時，往往顯得力不從心。《結構力學與材料科學前沿：數值模擬方法深度解析》一書，正是在這樣的時代背景下應運而生，旨在為廣大工程技術人員、科研工作者及高年級本科生、研究生提供一套全麵、係統且深入的數值模擬方法學習指南。本書不局限於某一特定學科，而是以其普適性和強大的解決問題的能力，橫跨土木工程、機械工程、航空航天、生物醫學工程等多個領域，成為理解和應用先進工程分析工具的基石。 本書的寫作初衷，是希望能夠彌閤理論知識與工程實踐之間的鴻溝。在高校教育中，有限元法（FEM）等數值模擬技術往往作為一門獨立的課程教授，學生在掌握瞭基本理論之後，如何將其有效轉化為實際工程問題求解的利器，是他們麵臨的一大挑戰。另一方麵，許多工程實踐者雖然熟悉有限元軟件的操作，但對其背後的原理理解不夠透徹，導緻在模型建立、網格劃分、載荷邊界條件設置，乃至結果解釋等方麵存在盲點，容易齣現不閤理的分析結果。本書正是瞄準瞭這一痛點，力求通過深入淺齣的講解，幫助讀者不僅“會用”工具，更能“懂其原理”，從而能夠更加科學、嚴謹地運用數值模擬技術解決復雜的工程難題。 核心理論框架：嚴謹推導與直觀理解並重 本書的首要目標是建立一個堅實的理論基礎。我們從力學分析的基本原理齣發，如虛功原理、最小勢能原理等，這些原理是所有基於變分法的數值方法的理論根基。隨後，本書將重點闡述有限元法的核心思想，即“離散化”與“插值”。我們將詳細介紹如何將連續的物理域劃分為有限個互不重疊但相互連接的小單元，以及如何在這些單元內部使用插值函數（形函數）來近似描述場變量（如位移、溫度等）的分布。 對於形函數的選擇，本書將深入探討各種常用形函數的性質，例如綫形、二次形、三次形等。我們將分析不同階次形函數對解的精度、計算量以及單元剛度矩陣的影響，並結閤具體的算例，展示其在模擬不同類型問題時的適用性。此外，本書還將詳細介紹如何根據物理問題的性質，選擇閤適的單元類型，如杆單元、梁單元、三角形單元、四邊形單元、四麵體單元、六麵體單元等，並闡述它們的剛度矩陣推導過程，以及在不同維度（一維、二維、三維）問題中的應用。 剛度矩陣的組裝是有限元法的關鍵步驟之一。本書將係統地介紹全局剛度矩陣的形成過程，包括單元剛度矩陣的轉換、組裝以及邊界條件的施加。我們將詳細討論不同類型的邊界條件，如位移約束、力載荷、溫度載荷等，以及如何將其有效地融入到有限元方程組中。方程組的求解是有限元分析的最後一步，本書將介紹幾種常用的數值求解方法，如直接求解法（高斯消元法、Cholesky分解法）和迭代求解法（共軛梯度法、雅可比迭代法等），並分析它們的優缺點及適用範圍。 先進模型與高級應用：拓展分析邊界 除瞭經典的靜態結構分析，本書還將目光投嚮瞭更廣闊的領域，探討有限元法在處理更復雜的工程問題中的應用。 動力學分析： 結構的振動特性是評估其穩定性和可靠性的重要指標。本書將深入講解如何建立結構的質量矩陣和阻尼矩陣，並推導相應的動力學方程。我們將詳細介紹特徵值問題（模態分析）的求解方法，以及如何進行響應譜分析和時程分析，從而預測結構在動態載荷作用下的響應，如地震、風振等。 屈麯分析： 對於受壓結構，穩定性問題至關重要。本書將闡述如何進行綫性屈麯分析，預測結構的臨界屈麯載荷和屈麯模態。同時，我們還將探討幾何非綫性的影響，以及如何通過非綫性屈麯分析來獲得更精確的穩定性預測。 熱應力耦閤分析： 在許多工程應用中，溫度變化會導緻材料發生熱膨脹或收縮，從而産生熱應力。本書將介紹如何建立熱傳導方程和彈性力學方程之間的耦閤關係，並推導耦閤剛度矩陣，實現對溫度場和應力場的同時分析，這對於發動機、核反應堆、電子設備等領域的設計尤為重要。 材料非綫性分析： 實際工程中的材料往往錶現齣非綫性行為，如塑性、蠕變等。本書將深入探討如何將材料的本構關係引入到有限元方程組中，並介紹常用的非綫性求解算法，如牛頓-拉夫遜法及其改進算法。我們將通過具體的算例，展示如何分析材料屈服、塑性變形以及疲勞損傷等問題。 接觸分析： 當兩個或多個部件相互接觸時，接觸麵的力學行為對整體結構的響應起著決定性作用。本書將詳細講解接觸問題的離散化方法，包括節點-麵接觸、麵-麵接觸等，並介紹各種接觸算法（如罰函數法、拉格朗日乘子法）及其在有限元分析中的實現，這在裝配體分析、碰撞分析等場景下至關重要。 斷裂力學與損傷力學： 結構在服役過程中可能齣現裂紋萌生和擴展，最終導緻失效。本書將介紹斷裂力學中的應力強度因子、裂紋尖端張開位移（CTOD）等概念，並闡述如何利用有限元方法求解這些參數。同時，我們將初步探討損傷力學，介紹損傷演化模型及其在預測材料失效過程中的應用。 實踐指導與案例分析：學以緻用 理論的學習最終是為瞭指導實踐。本書不僅提供瞭紮實的理論基礎，更注重將理論知識轉化為實際操作能力。 程序設計基礎： 為瞭讓讀者更深入地理解有限元法的算法流程，本書將提供一係列基於C++或Python等語言的程序設計指導。我們將從最基礎的單元剛度矩陣計算、邊界條件施加，逐步引導讀者構建完整的有限元分析程序框架。通過實際編寫代碼，讀者將能夠更加清晰地理解每一個計算步驟背後的邏輯，並能根據實際需求對程序進行修改和擴展。 典型工程案例解析： 本書精選瞭大量來自不同工程領域的典型案例，涵蓋瞭從簡單的梁的撓麯變形到復雜的三維結構的靜動力耦閤分析。每一個案例都將遵循“問題提齣—模型建立—網格劃分—載荷邊界條件設置—數值求解—結果分析與驗證—工程意義闡述”的完整流程。通過對這些案例的深入剖析，讀者將學會如何將工程問題轉化為有限元模型，如何選擇閤適的分析策略，以及如何準確地解釋和應用分析結果。 軟件應用技巧與進階： 除瞭理論推導和程序設計，本書還將提供關於主流商業有限元軟件（如ANSYS、ABAQUS等）的應用技巧和最佳實踐。我們將討論如何利用軟件的強大功能來高效地進行模型建立、網格優化、結果後處理等工作，並介紹一些高級功能的應用，例如參數化建模、優化設計、多物理場耦閤分析等。本書並非簡單介紹軟件操作，而是強調在理解原理的基礎上，如何更有效地利用軟件解決工程問題。 本書特色與價值 《結構力學與材料科學前沿：數值模擬方法深度解析》一書的獨特之處在於其高度的係統性、嚴謹的理論推導、豐富的案例實踐以及麵嚮未來的前瞻性。本書力求做到： 1. 理論與實踐的完美結閤： 既有深刻的理論闡述，又有直觀的算例演示和程序設計指導，幫助讀者構建完整的知識體係。 2. 循序漸進的學習路徑： 從基礎概念到高級應用，層層遞進，適閤不同層次的讀者。 3. 廣泛的適用性： 覆蓋多學科的工程問題，為解決各類復雜結構分析挑戰提供強大工具。 4. 強調理解而非照搬： 引導讀者深入理解數值模擬背後的科學原理，培養獨立分析和解決問題的能力。 5. 前瞻性視角： 關注領域內的最新發展和前沿技術，為讀者提供持續學習和創新的動力。 本書的齣版，旨在為廣大工程技術人員和研究者提供一個全麵、深入的數值模擬技術學習平颱。我們相信，通過對本書的學習，讀者不僅能夠掌握有限元法的基本理論和應用技巧，更能培養起基於數值模擬進行科學研究和工程設計的創新能力，為推動相關領域的進步做齣貢獻。

評分☆☆☆☆☆

這本書最大的亮點之一在於它將理論與實際的程序設計緊密結閤起來。我之前閱讀過一些關於有限元方法的書籍，但往往要麼理論過於深奧，要麼程序代碼過於零散，很難形成一個完整的知識體係。而《土木工程係列教材：有限元法基礎與程序設計》在這方麵做得非常齣色。書中的理論部分，不僅僅是停留在數學公式的推導，而是著重於解釋這些公式背後的物理意義和工程含義，這對於我們理解有限元方法在實際問題中的應用至關重要。例如，在講解“應力應變關係”時，書中並沒有僅僅給齣應力張量和應變張量的錶示，而是詳細分析瞭它們與單元節點位移之間的聯係，這讓我明白瞭有限元模型是如何將宏觀的應力應變概念轉化為微觀的節點位移進行計算的。而程序設計部分，則提供瞭一係列實用的算法和代碼示例，這些代碼並不是為瞭展示技術而存在，而是真正服務於理論知識的實現，讓讀者能夠親手實踐，加深對理論的理解。我尤其欣賞書中關於“結果後處理”的講解，它不僅演示瞭如何提取關鍵的計算結果，如節點位移、單元應力等，還提供瞭如何將這些結果可視化，例如生成應力雲圖和變形動畫，這對於我們進行工程分析和決策非常有幫助。這種“理論+實踐”的雙重路徑，使得這本書的學習過程既充實又富有成就感。

評分☆☆☆☆☆

對於我這種已經工作瞭一段時間的工程師來說，學習新的技術往往更關注其實際應用價值和效率。《土木工程係列教材：有限元法基礎與程序設計》在這方麵給瞭我很大的啓發。書中關於“荷載和邊界條件處理”的章節，就直接切中瞭工程實踐中的痛點。我曾遇到過各種復雜的荷載類型，比如均布荷載、集中荷載，甚至是不規則分布的荷載，而書中對此都有詳盡的講解，並給齣瞭如何將其轉化為等效節點荷載的方法。這讓我不再為如何準確地將實際工程中的荷載施加到模型中而煩惱。另外，關於“位移邊界條件”的設置，書中也提供瞭多種處理方式，並分析瞭不同邊界條件對計算結果的影響，這對於我們進行結構穩定性分析和變形預測至關重要。最讓我驚喜的是，書中關於“求解器”的介紹，並沒有止步於理論，而是詳細闡述瞭直接法和迭代法等求解器的原理，並對比瞭它們在不同規模問題上的優劣。這讓我能夠根據實際工程的規模和計算精度要求，選擇最閤適的求解器，從而優化計算效率。例如，書中在介紹迭代法時，就給齣瞭一個實際的算例，展示瞭如何通過調整迭代次數和收斂精度來平衡計算時間和結果的準確性。這種既有理論深度又有實踐指導的講解方式，無疑大大提升瞭我學習這本書的效率和信心。

評分☆☆☆☆☆

翻開這本《土木工程係列教材：有限元法基礎與程序設計》時，我抱著一種既期待又略帶忐忑的心情。期待的是，我一直對有限元這個概念充滿好奇，希望能真正理解它的原理和應用。忐忑的是，我擔心書中過於抽象的數學推導會讓我望而卻步，畢竟我的數學功底並不是特彆紮實。然而，當我深入閱讀後，這種情緒很快被驚喜所取代。作者在講解理論基礎部分，並沒有一開始就堆砌復雜的公式，而是循序漸進地從離散化、插值函數這些基本概念入手，用清晰的圖示和生動的類比來解釋，這讓我感覺自己仿佛置身於一個搭建模型的課堂，而不是麵對冰冷的數學符號。例如，關於三角形單元和四邊形單元的介紹，書中不僅給齣瞭它們的形函數，還詳細分析瞭在不同邊界條件下的插值效果，這種直觀的比較讓我對單元的選擇有瞭更深刻的理解。更讓我印象深刻的是，作者並沒有將理論與實踐割裂開來，而是在講解理論的同時，就穿插瞭相關的程序設計思路，這為我後續學習實際編程打下瞭堅實的基礎。我尤其喜歡書中關於“剛度矩陣”推導的章節，作者層層剝繭，將每個步驟的物理意義都解釋得明明白白，讓我不再僅僅是機械地記憶公式，而是真正理解瞭它是如何“構建”齣來的。這種從“是什麼”到“為什麼”再到“怎麼做”的講解邏輯，讓我對有限元方法在工程分析中的應用有瞭初步但清晰的認知。

評分☆☆☆☆☆

從一個初學者的角度來看，這本書的結構安排和語言風格都非常友好。我一直對“有限元”這個詞感到些許神秘，總覺得它離我比較遙遠。但打開這本書後，我發現作者的筆觸非常細膩，從最基礎的“單元”和“節點”概念講起，就像在搭建積木一樣，一點點地構建起整個有限元模型的框架。書中的插圖更是功不可沒，各種清晰的網格劃分示意圖、單元坐標係圖，以及荷載和邊界條件示意圖，都讓我能夠非常直觀地理解抽象的理論。特彆是關於“網格劃分”這一章，我過去一直認為這是一個很隨意的事情，但書中詳細介紹瞭不同網格形狀（如三角形、四邊形）對計算精度的影響，以及如何通過局部網格加密來提高復雜區域的計算精度，這讓我大開眼界。而且，書中在講解“變分原理”和“伽遼金法”等核心理論時，也盡可能地用通俗易懂的語言進行解釋，避免瞭過多的專業術語堆砌，讓我能夠逐步消化吸收。我尤其欣賞書中關於“等效節點力”的推導過程，作者通過“虛功原理”來解釋，讓我明白瞭為什麼要把連續的荷載離散化成節點上的力，這種物理意義上的解釋比單純的數學公式更能讓我理解。總而言之，這本書為我打開瞭通往有限元世界的大門，讓我不再感到害怕，而是充滿瞭探索的興趣。

評分☆☆☆☆☆

我對《土木工程係列教材：有限元法基礎與程序設計》的程序設計部分尤為關注。理論知識固然重要，但最終能否在實際工程中應用，還得看有沒有強大的工具支撐。書中關於“預處理、求解和後處理”的完整流程介紹，讓我對整個有限元分析的軟件實現有瞭係統性的認識。我之前嘗試過一些有限元軟件，但對於它們背後是如何工作的，一直知之甚少。而這本書則詳細講解瞭如何從幾何建模、網格劃分（預處理），到建立方程組、求解（求解），再到結果可視化和數據提取（後處理）的整個過程。書中給齣的代碼示例，雖然是基於某個特定的編程語言，但其邏輯結構和核心算法都非常通用，這讓我能夠舉一反三，即使在不同的開發環境下，也能觸類旁通。我特彆喜歡書中關於“自由度”和“方程組組裝”的講解，作者詳細地演示瞭如何將每個單元的局部剛度矩陣和節點位移嚮量，組裝成全局的剛度矩陣和節點荷載嚮量，這一步是整個計算的核心，書中的講解非常到位，讓我能清晰地理解每一步操作的意義。而且，書中還對不同方程組求解方法的優劣進行瞭分析，這為我在選擇和優化算法時提供瞭寶貴的參考。

評分☆☆☆☆☆

中中中中中中中中中中中中中中中中中中

評分☆☆☆☆☆

幫朋友買的，反應還不錯

評分☆☆☆☆☆

書很不錯啊，老師要求買的啊，馬上要考試瞭，支持京東

評分☆☆☆☆☆

二十結點六麵體等參數單元 杆、塊組閤結構 7.3 習題參考答案 1i.7 2.2 3.2 習題 習題 梁的有限元分析 p薄闆矩形單元計算程序 結構動力響應的振t型疊加法 習題參考答案 單元平衡方程 2.2 第AA3章 3.6 習題 5.6 薄闆的基本理F論 結構的動力方程 彈性力學經典解法KK與有限元法的不同特點 平麵有限元法程序P設計 5.4Q 6.2 習題 1.8 2.5 3.7V 剛架的計算程序 7.6 整體平衡方程

評分☆☆☆☆☆

空間軸對稱b問題的積分計d算 剛架的有限元分析 闆彎g麯有限元法的h進一步討論 7.3 7.7l …… 習題m參考答案 1.3 1.5 位移約束條件的引入 第2章 2.4 2.6 3.2 3.4 習題 概述 習題 概述 梁的有限元分析 剛架的有限元分析 薄E闆的基本理論 闆彎麯有限元法的進一步討論L 7.3 結構動力分析算例 …… 1.O1 單元平衡方程 位移約束R條件的引入 第2章 算例 U第3章 3.2 八結點四邊形Y等參數單元計算程序

評分☆☆☆☆☆

好，比較使用，有幫助。。。。

評分☆☆☆☆☆

這本書有點高深，前麵的矩陣跟綫性代數沒學好，比較鬱悶，隻能慢慢研究瞭，GCT專用書

評分☆☆☆☆☆

程序很實用

評分☆☆☆☆☆

教學用書，還不錯，希望能學好