AIAA航空航天技术丛书·有限元结构分析：新概念 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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[美] J.S.普尔米尼亚茨基（J.S.Przemieniecki）著，黄其青等译

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有限元分析
结构力学
航空航天
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AIAA
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出版社：航空工业出版社

ISBN：9787802439887

版次：1

商品编码：11071486

包装：精装

开本：16开

出版时间：2012-06-01

页数：118

具体描述

编辑推荐

《AIAA航空航天技术丛书·有限元结构分析：新概念》介绍了一种评估有限元法求解精度的新概念。通过得到可靠解的上下限来评估任意网格尺寸所得到的结果的精确度，这种概念对复杂和实际的工程问题的分析具有非常重要的意义，对发展有限元分析程序和改进已有的程序算法具有重要的影响。本书作者J.S.普尔米尼亚茨基是有限元结构分析领域，特别是航空工程中的有限元结构分析领域的专家，为结构有限元分析的基础发展做了大量的工作。相信本书的出版，将对结构有限元分析的发展起到积极的推动作用。

内容简介

《AIAA航空航天技术丛书·有限元结构分析：新概念》讲述有限元法中基于位移场单元、应力场单元以及增强位移场单元的结构分析方法，并详细推导了平面单元（三角形单元、四边形单元）和实体单元（四面体单元、三棱柱体单元和直六面体单元）的刚度矩阵、热矩阵和质量矩阵。书中介绍了一个新的方法，即基于假设的位移场分析下限，基于假设的应力场或增强的位移场分析上限，从而通过计算解的上下限来评定有限元分析的精度。《AIAA航空航天技术丛书·有限元结构分析：新概念》可以作为高等工科院校固体力学、工程力学和飞行器设计专业本科生、研究生的有限元结构分析的教材。也适合从事结构工程相关的技术人员对所遇到的工程实际问题的有限元精确建模和仿真计算参考。

内页插图

第1部分绪论
第1章有限元分析：概论
1.1 前言
1.2 有限元分析步骤
1.3 坐标轴转换：人矩阵
1.4 有限元分析的基本假设
1.5 有限元分析中的上、下限
1.6 有限元的应力平衡方程
1.7 用于上、下限分析的有限元

第2章有限元的静态和动态特性
2.1 形状函数
2.2 质量矩阵
2.3 刚度矩阵
2.4 热刚度矩阵
2.5 热载荷矩阵
2.6 静态方程
2.7 动态方程
2.8 固有频率
2.9 约束结构的动态方程
2.10 应力单元和增强精度单元的特性

第2部分平面单元
第3章三角形平面单元T1：假设位移分布
3.1 单元刚度矩阵
3.2 单元热载荷
3.3 单元质量

第4章三角形平面单元T2：单元边界内假设基本位移分布和修正分布
4.1 热刚度矩阵，热载荷和质量矩阵
4.2 假设位移的修正函数

第5章矩形平面单元T3：假设位移分布
5.1 单元刚度
5.2 应力平衡
5.3 热刚度
5.4 热载荷
5.5 单元质量

第6章矩形平面单元T4：假设应力分布
第7章四边形平面单元T5：假设位移分布
7.1 热刚度
7.2 热载荷
7.3 质量矩阵

第8章四边形单元T6：假设应力分布
8.1 热刚度矩阵
8.2 热载荷
8.3 质量矩阵

第3部分实体基本单元
第9章四面体单元T7：假设的位移分布
9.1 单元热刚度
9.2 单元热载荷
9.3 单元质量矩阵

第10章四面体单元T8：考虑单元边界内部修正的位移分布假设
第11章三棱柱体单元T9：假设的位移分布
11.1 单元热刚度
11.2 单元热载荷
11.3 单元质量矩阵

第12章三棱柱体单元T10：考虑单元边界内部修正的位移分布假设
12.1 单元热刚度
12.2 单元热载荷
12.3 单元质量矩阵

第13章六面体单元T11：假设的位移分布
13.1 单元热刚度
13.2 单元热载荷
13.3 单元质量矩阵
第14章六面体单元T12：两个三棱柱”单元的复合单元
第15章铆接杆单元和梁单元
参考文献

前言/序言

AIAA航空航天技术丛书·有限元结构分析：新概念在现代航空航天工程领域，结构设计的精度和可靠性至关重要。随着航空器和航天器的复杂性与日俱增，传统的解析方法在应对这些挑战时显得力不从心。有限元分析（FEA）作为一种强大的数值计算工具，已成为结构设计、性能评估和故障诊断不可或缺的一环。而《AIAA航空航天技术丛书·有限元结构分析：新概念》一书，则深入探索了有限元分析在航空航天领域的前沿进展与创新理念，为工程师和研究人员提供了一套面向未来的解决方案。本书并非对有限元方法的基础理论进行简单复述，而是聚焦于那些能够显著提升分析效率、精度和应用范围的“新概念”。它旨在超越传统框架，引入并阐释一系列先进的理论、算法和技术，帮助读者掌握如何应对日益复杂和严苛的航空航天结构设计需求。核心内容前瞻：多尺度与多物理场耦合分析：航空航天结构往往涉及从微观材料特性到宏观整体性能的跨尺度行为，以及结构、热、流体、电磁等多个物理场的相互作用。本书将深入探讨如何有效地整合和耦合这些多尺度、多物理场问题，例如，如何将材料损伤模型与宏观结构的应力应变分析相结合，或者如何将气动载荷与结构响应进行精确耦合，以获得更全面、更真实的工程预测。高级单元类型与离散化策略：传统的单元类型和离散化方法可能在处理某些复杂几何形状、应变集中区域或边界条件时存在局限性。本书将介绍和分析一些新型的有限元单元，如异参单元（isoparametric elements）的高级应用，以及一些更具鲁棒性的离散化技术，例如无网格方法（meshless methods）及其在航空航天结构分析中的潜在优势，以克服网格畸变、单元退化等问题，提高分析精度和效率。损伤容限与可靠性分析：航空航天结构的安全性至关重要，理解和预测材料损伤的演化以及结构的可靠性是设计过程中的关键环节。本书将聚焦于先进的损伤力学模型在有限元框架下的实现，包括裂纹扩展模拟、疲劳寿命预测等。同时，还将探讨如何将概率论与有限元分析相结合，进行可靠性评估，量化设计的不确定性，并指导安全裕度的确定。自适应网格技术与误差控制：为了在保证精度的前提下最大化计算效率，自适应网格技术扮演着至关重要的角色。本书将详细介绍各种自适应网格策略，包括基于误差估计的网格细化与粗化，以及不同类型的自适应方法（如h-自适应，p-自适应，hp-自适应）。通过这些技术，读者将能够学习如何根据问题的局部特征自动调整网格密度，将计算资源集中在关键区域，从而显著减少计算成本，同时提高解的精度。高性能计算与并行算法：航空航天结构分析通常涉及巨大的模型和复杂的计算。本书将探讨如何利用高性能计算（HPC）平台，如多核处理器、GPU加速和分布式计算，来加速有限元分析过程。重点将放在先进的并行算法设计与实现，以及如何有效地解决大型稀疏线性方程组，从而应对越来越大的计算需求。逆向分析与参数识别：除了正向分析，本书还将涉及逆向问题，例如利用实验数据来识别材料参数、识别损伤位置或评估设计变量的影响。这将为结构健康监测、故障诊断和设计优化提供新的思路和方法。机器学习与人工智能在有限元分析中的融合：随着人工智能技术的飞速发展，将其与传统的有限元分析相结合成为研究热点。本书将探索如何利用机器学习技术来加速有限元计算、替代复杂的单元模型、进行预测性维护，或者从海量分析数据中提取有价值的洞察，从而革新传统的分析流程。用户自定义单元（UEL）与用户自定义材料（UMAT）的高级应用：对于特殊的材料模型、复杂的加载条件或创新的单元类型，有限元软件提供的标准库可能无法满足需求。本书将深入讲解如何利用用户自定义单元（UEL）和用户自定义材料（UMAT）子程序，将更前沿的理论和模型无缝集成到现有的有限元分析流程中，极大地拓展了有限元分析的应用边界。《AIAA航空航天技术丛书·有限元结构分析：新概念》不仅是一本理论指导手册，更是一份实践操作指南。书中将结合具体的航空航天工程案例，通过详实的算例分析，展示这些新概念的实际应用和解决问题的能力。从飞机机翼的疲劳寿命评估，到航天器热结构一体化设计，再到新型复合材料的力学性能预测，本书将为读者提供宝贵的实战经验。本书适合于航空航天领域的工程师、科研人员、研究生以及对高级结构分析技术感兴趣的学者。通过阅读本书，您将能够：深刻理解有限元分析在现代航空航天工程中的挑战与机遇。掌握最前沿的有限元分析理论、算法和技术，应对复杂工程问题。提升结构分析的精度、效率和可靠性，优化设计方案。拓宽有限元分析的应用范围，解决传统方法难以处理的问题。为未来的航空航天结构设计与分析奠定坚实的基础。踏入《AIAA航空航天技术丛书·有限元结构分析：新概念》的世界，您将开启对结构分析领域更深邃的探索之旅，为推动航空航天技术的进步贡献您的力量。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这是一本让人颇感振奋的著作，虽然我还没有完全啃下来，但仅凭目前所读到的章节，就足以让我对有限元分析在航空航天领域的前景充满信心。书中的“新概念”并非空中楼阁，而是紧密围绕着当前行业面临的挑战和未来的发展趋势展开。作者以一种十分前瞻性的视角，深入剖析了传统有限元方法在处理日益复杂的航空航天结构时所暴露出的局限性，并着重介绍了如何通过引入新的理论框架和计算技术来克服这些瓶颈。我特别欣赏书中关于自适应网格生成和网格细化的讨论，这不仅仅是提高计算精度的技术手段，更是对工程实践中资源优化和效率提升的深刻思考。想象一下，在设计一架新型高超声速飞行器时，我们能够通过智能化的网格策略，在关键区域（例如高温高压的蒙皮、复杂的连接件）进行局部细化，而在受力相对均匀的区域则采用粗糙网格，这样既能保证计算的准确性，又能显著缩减计算时间，这对于快速迭代和优化设计无疑是革命性的。而且，书中对于多尺度分析的探讨，也让我眼前一亮。航空航天结构往往涉及从微观材料层面到宏观整体部件的多个尺度，传统的单一尺度分析很难准确捕捉这种耦合效应。作者提出的多尺度有限元方法，能够有效地将不同尺度的力学行为耦合起来，从而更真实地模拟结构的整体性能。这对于理解复合材料的损伤机理、预测结构的疲劳寿命，以及优化轻质高强的结构设计，都具有极其重要的意义。我迫不及待地想深入研究书中关于这些新概念的具体数学模型和算法实现，相信这将为我的工作带来巨大的启发和帮助，让我在面对那些棘手的工程问题时，能够拥有更强大的理论武器和更有效的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

读罢此书，我仿佛置身于一个由算法和模型构建的精密世界，而这本书则是开启这个世界的钥匙。作者以一种循序渐进的方式，将一些极为前沿的有限元理论和技术，以一种相对易于理解的方式呈现出来。我尤其喜欢书中关于“概念性模型”的探讨。在传统的有限元分析中，我们往往需要将复杂的三维模型离散化为大量的节点和单元，这个过程本身就可能引入误差，并且对于高度复杂的几何形状，网格生成可能成为一个耗时耗力的瓶颈。而书中提出的“概念性模型”则强调从结构的功能性和力学行为出发，构建更为抽象但更具物理意义的模型，从而在保证分析精度的前提下，大大简化建模过程。这对于快速设计和评估不同方案，以及处理具有高度对称性或规律性结构的部件，无疑具有极大的优势。此外，书中关于“集成化仿真”的理念也让我受益匪浅。在实际的航空航天工程中，单一的有限元分析往往不足以全面评估结构的性能，还需要结合其他领域的仿真，例如流体力学、热传导、材料损伤模型等等。这本书所倡导的集成化仿真，旨在打破不同仿真工具之间的壁垒，实现数据的无缝传递和多物理场的耦合分析。这不仅能够提高仿真的整体精度，还能更真实地反映结构的实际工作状态，从而避免因局部优化而导致整体性能下降的情况。我相信，随着这些新概念的深入研究和广泛应用，未来的航空航天结构设计将更加高效、可靠和经济。

评分☆☆☆☆☆

说实话，在翻阅这本书之前，我对“新概念”这个词汇抱有一定程度的怀疑，毕竟在工程领域，很多所谓的新概念往往是旧瓶装新酒，或者只是理论上的推演，难以在实际工程中落地。然而，《有限元结构分析：新概念》这本书彻底颠覆了我的看法。它并非那种堆砌大量复杂公式而缺乏实际意义的学术论文集，而是真正能够指导工程实践的宝典。作者在介绍新概念时，总是紧密结合航空航天工程的实际应用场景，比如在飞机起降过程中的载荷分析、发动机高温高压环境下的结构变形模拟，以及卫星在轨运行时的热应力分析等等。这些例子生动形象，让读者能够清晰地理解新概念在解决具体工程问题时所发挥的作用。我印象特别深刻的是书中关于非线性分析部分的新进展。随着航空航天器设计越来越趋向于极端条件，结构的非线性行为变得尤为突出，例如材料屈服、几何大变形、接触碰撞等等。传统的线性有限元方法在这种情况下显得捉襟见肘。而这本书中介绍的若干种新的非线性求解算法和处理策略，为我们提供了一条切实可行的解决路径。这些方法不仅在理论上更加完善，而且在计算效率和稳定性上也得到了显著提升，这对于我们进行复杂的仿真分析，尤其是涉及失效预测和安全性评估的场景，具有不可估价的价值。我可以说，这本书不仅仅是一本技术书籍，更是一本能激发读者创新思维的书籍，它让我看到了有限元分析在航空航天领域的无限可能，也让我对未来的工程设计充满期待。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期从事航空航天结构设计的工程师，我对《有限元结构分析：新概念》这本书的评价，可以用“醍醐灌顶”来形容。作者在“拓扑优化”和“形态设计”方面的深刻见解，彻底改变了我以往的工程设计思路。在传统的设计流程中，我们往往是在给定形状的基础上进行参数优化，这种方式的效率低下，且容易受限于工程师的经验。而书中提出的“拓扑优化”，则能够从根本上改变结构的几何形状，在满足载荷和约束条件的前提下，生成最优的材料分布和结构形态。这就像是让计算机成为我们的“创意总监”，为我们提供最符合工程需求的“骨架”。更让我兴奋的是，“形态设计”部分，它不仅仅是简单的几何形状调整，更是对结构功能的深度理解和优化。通过将有限元分析与先进的几何建模技术相结合，我们可以设计出更轻质、更强韧、更具创新性的航空航天结构。例如，在设计发动机叶片时，通过拓扑优化和形态设计，可以生成更加轻巧且耐高温的结构，从而提升发动机的性能和燃油效率。这本书让我看到了有限元分析在创造性设计方面的巨大潜力，它不仅仅是一个计算工具，更是一个激发创新灵感的源泉。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我打开了一个全新的认知领域，尤其是它在“损伤力学”和“断裂力学”方面的深刻阐述，让我对结构的失效机理有了更直观的认识。在航空航天领域，材料的损伤和结构的断裂是影响安全性和可靠性的关键因素。传统的有限元分析往往只能预测结构的应力和变形，而难以准确地模拟损伤的萌生、扩展以及最终的断裂过程。这本书中提出的“损伤模型”和“断裂准则”，能够将材料的微观损伤行为与宏观结构的失效过程联系起来，从而更真实地模拟结构的退化和破坏。例如，在设计飞机蒙皮时，了解裂纹在疲劳载荷下的扩展速率，能够帮助我们更准确地预测飞机的寿命，并采取相应的维护措施。此外，书中关于“损伤容限设计”的理念，也让我印象深刻。它强调在设计过程中，不仅要考虑结构的初始强度，还要考虑其在损伤存在下的承载能力。这对于提高结构的可靠性和安全性，具有至关重要的意义。总而言之，这本书为我们提供了解决结构损伤和断裂等复杂问题的理论基础和技术方法，将有限元分析的应用推向了更深层次。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，让我对有限元分析的未来产生了无限的遐想。作者对于“自适应精细化”和“多物理场耦合”的阐述，是其中最让我眼前一亮的部分。我一直认为，复杂的航空航天结构，其力学行为的模拟，绝不能是孤立的。例如，飞机在高空高速飞行时，气动载荷、热负荷、结构振动等因素之间存在着极其复杂的耦合关系。传统的有限元分析往往只能单独处理其中某一种物理场，而无法有效地捕捉这种耦合效应。这本书中提出的“多物理场耦合”技术，通过建立不同物理场之间的接口和交互模型，使得我们可以在一个统一的框架下，对这些复杂的耦合现象进行精确的模拟。这对于设计高性能的航空航天器，例如具有复杂气动热耦合效应的飞行器，或是具有热-结构耦合效应的航天器，具有至关重要的意义。同时，书中关于“自适应精细化”的讨论，也让我看到了提升计算效率和精度的全新途径。传统的网格划分方式，往往是静态的，一旦划分完成，就很难进行调整。而“自适应精细化”则能够根据计算过程中实时获得的信息，例如应力梯度、误差估计等，自动地对网格进行局部调整，从而在保证计算精度的前提下，显著减少计算量。这对于处理具有复杂几何形状和应力集中区域的结构，具有不可估量的价值。总而言之，这本书为我们提供了解决复杂工程问题的全新视角和有力工具。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，在拿到这本书的时候，我曾有过一丝犹豫，因为“新概念”听起来总有点遥不可及。但当我真正开始阅读，特别是深入到那些关于“智能网格”和“自演化单元”的章节时，我被深深地吸引住了。作者并没有仅仅停留在理论层面，而是通过大量的实例和图示，将这些复杂的技术变得生动易懂。我尤其赞赏书中关于“智能网格”的介绍。传统的有限元网格划分往往需要工程师花费大量时间和精力去手动调整，而且很难达到最优。而书中提出的“智能网格”概念，则能够根据应力分布、变形梯度等信息，自动地在关键区域进行网格细化，而在其他区域则进行粗化，从而实现计算资源的最高效利用。这不仅大大提高了计算效率，也保证了计算结果的精度。更让我激动的是“自演化单元”的讨论。这是一种能够根据应力状态和损伤情况，自动调整其形状和性质的单元，能够在模拟结构损伤和破坏的过程中，更准确地反映材料的真实行为。这对于预测结构的极限承载能力、评估结构安全性，以及研究材料的断裂机理，都具有划时代的意义。这本书让我看到了有限元分析从一个相对静态的计算工具，向一个更加动态、智能化的模拟平台的演进。它不仅仅是在传授技术，更是在启发我们去思考如何更有效地解决工程难题，如何让仿真更贴近真实世界。

评分☆☆☆☆☆

我一直对有限元分析在处理“动态响应”和“模态分析”方面的最新进展感到好奇，而这本书恰好满足了我的求知欲。作者在“时域分析”和“频域分析”方面的论述，为我打开了新的视野。航空航天器在飞行过程中，往往会受到各种动态载荷，如发动机振动、气流扰动、着陆冲击等。对这些动态载荷的精确响应分析，对于保证结构的安全性、舒适性和可靠性至关重要。书中介绍的几种新型时域求解算法，不仅能够有效地捕捉结构的瞬态响应，而且在计算效率和数值稳定性方面也得到了显著提升，这对于进行复杂的动态仿真分析，尤其是在涉及碰撞、冲击等场景时，具有重要的参考价值。同时，书中关于“模态分析”的讲解，也让我更加深入地理解了结构的固有特性。对结构的模态进行准确分析，是预防共振、优化结构参数、提高结构稳定性的基础。这本书中对于不同类型的模态分析方法，以及它们在航空航天结构设计中的应用，进行了详尽的阐述，让我能够更清晰地认识到如何通过优化结构的模态特性，来提升其整体性能。这本书让我看到了有限元分析在理解和预测结构动态行为方面的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的深度和广度都超出了我最初的预期。作者在“概念建模”和“性能预测”方面的论述，让我对有限元分析的应用有了更深层次的理解。我一直觉得，有限元分析的核心在于如何准确地将实际的物理问题转化为数学模型，并从中提取出有用的信息。而书中提出的“概念建模”理念，强调的是在建模过程中，要抓住结构的本质特征和关键力学行为，而不是简单地复制几何形状。这使得我们可以用更简洁、更有效的方式来描述复杂的结构，并能更专注于分析结果的解释和应用。例如，在设计一种新型的轻质蜂窝结构时，与其花费大量时间去精确建模每一个微小的单元，不如通过“概念建模”，将其简化为一个等效的连续介质模型，从而快速地评估其整体的刚度、强度和稳定性。此外，书中关于“性能预测”的讨论，也让我看到了有限元分析的价值所在。它不仅仅是计算结构的变形和应力，更重要的是能够预测结构在不同工况下的行为，例如疲劳寿命、断裂韧性、模态特性等等。这些预测结果，是指导设计优化、保证结构安全、提高结构性能的关键依据。这本书让我深刻体会到，有限元分析是一门艺术，它需要理论的支撑，更需要工程实践的智慧。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最大冲击，并非仅仅是知识的增进，更是一种对传统思维方式的挑战。作者以一种极为审慎且充满洞察力的笔触，阐述了在航空航天领域，有限元分析所面临的“瓶颈”以及“突破口”。我被书中关于“基于模型的优化”和“概率性分析”的章节深深吸引。在以往的设计过程中，我们往往是在一个固定的模型下进行多次迭代优化，这种方式效率低下且容易陷入局部最优。而书中提出的“基于模型的优化”则强调在整个设计流程中，将优化算法与有限元模型紧密集成，使得设计参数的调整能够直接影响到模型的几何、材料属性甚至分析方法，从而实现全局最优。这就像是在设计过程中，有一个“活的”模型在不断地自我完善。更让我惊喜的是，书中对“概率性分析”的深入探讨。航空航天结构的设计，往往需要考虑各种不确定性因素，如材料性能的离散性、载荷的随机性、制造工艺的误差等等。传统的确定性分析很难完全捕捉这些不确定性带来的影响。而书中介绍的蒙特卡洛模拟、响应面法等概率性分析技术，能够帮助我们更全面地评估结构在各种不确定性因素影响下的可靠性，并为设计提供更 robust 的解决方案。这本书让我意识到，未来的结构分析，不仅仅是追求精确，更要追求稳健和可靠，而这正是这本书所传递的核心价值。

评分☆☆☆☆☆

主要讲的是一个人的研究成果，是网格划分求解上下限的问题，说实话，如果是搞工程的恐怕是用不上了。而且感觉有些文不对题，恐怕谈不上是什么有限元结构分析的新概念，毕竟涵盖的内容太小了

评分☆☆☆☆☆