21世纪高等院校教材：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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李亚智，赵美英，万小朋 著

图书标签:

• 有限元法
• 结构力学
• 数值分析
• 计算方法
• 程序设计
• 高等教育
• 教材
• 工程力学
• MATLAB
• Python

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030124180

版次：1

商品编码：11172479

包装：平装

开本：16开

出版时间：2004-01-01

用纸：胶版纸

页数：289

正文语种：中文

编辑推荐

　　李亚智和赵美英等编著的《有限元法基础与程序设计》共分12章，第一章是有限元法引论和概述，第二章讨论杆梁类单元有限元法，第三章介绍有限元分析的一般步骤，第四章讨论平面问题有限元的推导，第五章介绍空间问题有限元法，第六章讨论高次元和等参元的推导，第七章介绍有限元程序设计算例和几种常用单元刚度矩阵程序段的设计，第八章讨论总刚度矩阵的组集及刚度方程的建立方法，第九章是结构刚度方程的求解算法及其程序设计，第十章结合具体算例讨论平面薄壁结构、平面应力问题的程序设计问题，第十一章概要介绍现有大型有限元结构分析程序系统特点，第十二章介绍航空结构建模技术和大型结构有限元分析范例。

内容简介

　　《21世纪高等院校教材：有限元法基础与程序设计》讲述结构分析中有限元法的基本原理、程序设计方法和航空结构有限元分析建模技术。基础理论部分主要介绍杆系结构、平面问题、空间问题和等参数单元，重点是有限元法的基本原理及表达格式的建立途径，单元插值函数和特性矩阵的构造及不同单元特性的比较；程序部分结合二维问题静力分析算例，讨论了有限元结构分析的流程、数据结构、算法及其C语言程序设计，同时也给出了相同结构的FORTRAN语言程序，供不同编程语言偏好的人员选择；应用部分介绍了当前国内外有限元软件的功能、现状、发展趋势和复杂组合航空结构建模技术。
　　《21世纪高等院校教材：有限元法基础与程序设计》可以作为高等工科院校固体力学、飞行器设计专业学生有限元法结构分析的教材，也适合各行业从事结构工程的技术人员、有关学科的研究生在学习和研究工作中参考。

目录

第一章 有限元方法引论
1.1 有限元法简介
1.2 有限元分析的一般过程
1.3 有限元法在结构分析中的地位

第二章 杆系结构有限元法
2.1 杆单元
2.2 平面直梁单元
习题

第三章 有限元方法的一般步骤
3.1 结构的离散化
3.2 选择位移函数
3.3 单元刚度矩阵的建立
3.4 单元刚度矩阵组装及整体分析
3.5 子结构分析
习题

第四章 平面问题有限元法
4.1 平面问题的基本关系式
4.2 常应变三角形单元
4.3 四结点矩形单元
4.4 面积坐标与高阶三角形单元
4.5 高阶矩形单元
习题

第五章 空间问题有限元法
5.1 三维应力状态
5.2 四面体常应变单元
5.3 直六面体单元
习题

第六章 等参数单元
6.1 平面四结点等参元
6.2 八结点曲边等参单元
6.3 二十结点三维等参单元
6.4 数值积分
6.5 应力修匀
习题

第七章 单元刚度矩阵有关程序段的设计
7.1 有限元分析典型算例
7.2 杆元刚度矩阵程序
7.3 梁元刚度矩阵程序
7.4 常应变三角形单元的刚度矩阵和应力矩阵程序
7.5 常剪流任意四边形板单元的刚度矩阵程序
7.6 八结点曲边等参单元刚度矩阵和应力矩阵计算程序
7.7 计算单元刚度矩阵的FORTRAN子程序

第八章 总刚度矩阵的组集及刚度方程的建立
8.1 单元的地址程序段
8.2 组装总刚度矩阵的程序
8.3 总载荷向量的形成
8.4 建立结构总刚度矩阵的FORTRAN子例行程序

第九章 结构刚度方程的求解算法及程序设计
9.1 高斯消去法
9.2 因子化法
9.3 结构刚度方程的求解算法FORTRAN子例行程序

第十章 平面薄壁结构、平面应力问题的程序设计
10.1 平面薄壁结构的算例分析
10.2 平面应力问题的算例分析
10.3 平面薄壁结构和平面应力问题算例FORTRAN源程序
附录A 平面薄璧结构算例原始数据文件及计算结果
附录B 平面应力问题算例的原始数据文件及计算结果

第十一章 有限元结构分析程序系统特点
11.1 有限元软件技术
11.2 有限元分析程序
11.3 大型有限元结构分析程序
11.4 MSC.APTRAN/NASTRAN有限元分析程序系统简介

第十二章 飞机结构有限元分析
12.1 航空组合结构有限元分析模型的建立
12.2 飞机鸵面结构的有限元分析
参考文献

前言/序言

《现代工程计算方法：基于Python的有限元分析与实现》 内容简介 在瞬息万变的21世纪，科学技术的飞速发展对工程分析和设计提出了前所未有的挑战。工程师们需要更精确、更高效的工具来模拟复杂的物理现象，预测材料的行为，并优化结构性能。有限元法（Finite Element Method, FEM）作为一种强大的数值分析技术，已成为现代工程领域不可或缺的核心工具。本书《现代工程计算方法：基于Python的有限元分析与实现》正是为了满足这一时代需求而精心编撰，它旨在为读者提供一个系统、深入且极具实践性的有限元法学习路径，特别强调利用当下最流行、最灵活的编程语言——Python——来实现有限元模型的构建、求解与可视化。 本书并非简单地罗列有限元法的理论公式，而是力求在理论深度与工程应用之间取得平衡。我们从工程实践中最常见的二维问题入手，逐步过渡到三维问题的分析。书中精心挑选了热传导、结构力学（包括静态分析、动力学分析和屈曲分析）以及流体力学等关键工程领域，通过丰富的实例，展示有限元法在解决实际工程难题中的强大威力。 理论基础的严谨构建： 本书的首要目标是为读者打下坚实的理论基础。我们将从偏微分方程（PDEs）的物理意义和数学表述出发，详细阐述有限元法的基本思想，即“变分原理”和“伽辽肯法”等核心离散化技术。读者将深入理解如何将连续的物理域离散化为有限个互不重叠的单元，以及如何在这些单元上应用基函数（或形函数）来近似求解域内的未知函数。 单元基础： 我们将详细介绍各种常用单元的类型，如三角形单元、四边形单元（在二维）、四面体单元和六面体单元（在三维）。本书不仅会介绍这些单元的几何形状，更重要的是会推导其形函数（插值函数），这是有限元分析的关键。读者将学习到如何选择合适的形函数以确保单元的精度和收敛性，并理解高阶单元的引入如何提升计算效率和准确性。 积分和数值积分： 单元刚度矩阵和载荷向量的推导离不开积分运算，尤其是在形函数不是简单的多项式时。本书将详细介绍高斯积分（Gauss Quadrature）等数值积分方法，解释其原理以及在有限元计算中的应用，帮助读者理解如何在离散的数值计算环境中准确地获得积分结果。 组装与求解： 离散化后的单元方程需要进行“组装”成全局方程组。本书将清晰地阐述单元矩阵如何通过节点映射关系组装成全局刚度矩阵和全局载荷向量，以及如何处理边界条件（狄利克雷边界条件和诺依曼边界条件）来得到最终的线性方程组。对于求解大型稀疏线性方程组，本书还将介绍直接法（如LU分解）和迭代法（如共轭梯度法）等常用求解器，并分析它们的优缺点及适用范围。 Python实现：从理论到实践的飞跃： 理论知识的掌握是基础，而能否将其转化为实际的计算工具则至关重要。本书的另一大亮点在于其全程采用Python语言进行有限元程序的编写和实现。Python以其简洁的语法、丰富的库和强大的生态系统，成为科学计算的理想选择。 核心计算模块： 本书将逐步构建一套模块化的Python有限元求解器。读者将学习如何使用NumPy和SciPy库进行高效的数值计算，如数组操作、稀疏矩阵处理和线性方程组求解。我们将从最基础的二维梁单元和平面应力/应变单元开始，逐步实现更复杂的单元和模型。 网格生成与管理： 真实的工程模型往往具有复杂的几何形状。本书将介绍如何使用Python工具（如meshio等库）读取和处理各种网格文件，以及如何通过简单的脚本生成规则或不规则的网格。理解网格的质量和密度对计算结果的影响是进行准确分析的关键。 可视化与后处理： 计算结果的解读离不开直观的可视化。我们将利用Matplotlib和VTK等强大的可视化库，将计算得到的位移、应力、温度分布等结果以二维或三维图形的形式展示出来，帮助读者直观地理解和分析工程行为。本书还将介绍如何进行数据导出，以便与其他工程软件进行协同分析。 面向对象的程序设计： 为了提高代码的可读性、可维护性和可扩展性，本书将采用面向对象的编程思想来组织代码。读者将学习如何定义单元类、材料类、模型类等，将有限元分析的各个组件封装起来，便于重用和修改。 工程应用实例： 本书的每一章都配有精心设计的工程实例，这些实例来源于实际的工程问题，具有代表性。 热传导分析： 学习如何建立二维稳态和瞬态热传导模型，分析不同边界条件下的温度分布和热流密度。例如，分析散热器的工作性能，或者评估建筑物的保温效果。 结构力学： 静态分析： 学习如何分析二维平面应力/应变问题，如平板的应力集中，以及梁和桁架结构的变形和内力。 动力学分析： 学习如何进行模态分析，确定结构的固有频率和振型，以及如何进行瞬态动力学分析，模拟结构在动态载荷下的响应，如地震或冲击作用。 屈曲分析： 学习如何计算结构的临界屈曲载荷，预测长细结构在受压时的稳定性，例如分析桥梁或高层建筑的受压构件。 流体力学初步： 介绍如何将有限元法应用于简单的二维流场模拟，分析速度分布和压力分布，为理解更复杂的流体力学问题奠定基础。 本书的特色与优势： 理论与实践的深度融合： 本书在讲解理论知识的同时，同步提供Python代码实现，让读者“学以致用”，亲手构建自己的有限元程序。 Python语言的强大支持： 充分利用Python在科学计算领域的优势，简化了程序编写过程，降低了学习门槛，同时保证了计算效率。 丰富的工程实例： 涵盖了多个重要的工程领域，使读者能够理解有限元法在不同场景下的应用。 循序渐进的学习路径： 从基础概念到复杂模型，内容组织条理清晰，适合具有一定数学和编程基础的本科生、研究生以及工程技术人员。 强调代码质量和模块化： 引导读者编写结构清晰、易于维护和扩展的Python代码。 目标读者： 本书适合以下人群阅读： 高等院校机械工程、土木工程、航空航天工程、材料科学与工程、生物医学工程等专业的本科生和研究生。 从事工程分析、CAE软件开发、数值模拟的工程师和研究人员。 对计算力学和数值方法感兴趣的任何人士。 通过学习本书，读者不仅能够深刻理解有限元法的理论精髓，更能够掌握利用Python进行实际工程分析的能力，从而在解决复杂的工程问题时更具信心和竞争力。本书将成为您踏入现代工程计算方法领域的一本必备参考书。

评分☆☆☆☆☆

在学习的过程中，我发现这本书的章节安排非常紧凑而有条理。它从最基础的单元离散化开始，逐步引入形函数、插值、高斯积分等核心概念，然后过渡到刚度矩阵和载荷向量的建立，最终讲解如何求解整个体系的方程。这种循序渐进的教学方式，使得初学者能够逐步建立起对FEM的整体认知，避免了上来就被大量复杂概念的冲击。每一章的内容都承接上一章，逻辑链条非常清晰。而且，在讲解完一个重要概念之后，作者往往会紧接着提供一些相关的例题，这些例题的难度适中，能够帮助读者巩固所学知识，并理解这些理论是如何应用于具体问题的。值得一提的是，本书对一些比较难理解的数学推导，比如单元刚度矩阵的推导，都提供了多种视角和解释方式，增加了理解的可能性。总体而言，这种章节设置和内容递进的安排，充分考虑到了学习者的接受能力，使得整个学习过程显得更加高效和有方向感。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和设计确实让人眼前一亮。封面设计简洁大气，符合“21世纪高等院校教材”应有的专业感和现代感。内文的纸张质量不错，触感温润，长时间阅读也不会感到疲劳。最让我欣赏的是字体大小和行间距的设置，恰到好处，不会显得拥挤，也不会过于疏散，阅读起来非常流畅。每章节的标题都清晰醒目，目录结构也非常合理，能够快速定位到自己需要查找的内容。书中配图的质量也值得称赞，无论是示意图还是计算结果的图表，都清晰锐利，线条分明，色彩运用得当，极大地帮助了理解抽象的理论概念。此外，书本的装订牢固，即使经常翻阅，也不担心会散页。在细节处理上，比如页码的标注、索引的设置（如果有的话），都体现了出版社的用心。对于我这种经常需要在图书馆或者书房里查找资料的学习者来说，一本制作精良的书籍不仅是知识的载体，也是一种良好的阅读体验的保证。这本书在这方面做得相当出色，让我觉得物有所值，也更愿意投入时间和精力去钻研书中的内容。

评分☆☆☆☆☆

这本书在程序设计方面的实践性让我印象深刻。理论知识再扎实，如果不能转化为实际的计算，那就很难真正掌握。这本书在这方面做得非常到位，它不仅仅是给出了理论公式，更是详细讲解了如何将这些公式转化为计算机可以执行的代码。书中给出的算法描述清晰明确，每一步的逻辑关系都交代得很清楚。我尤其喜欢的是它提供的伪代码或者示例代码，这些代码结构清晰，注释详细，让我能够很方便地将其理解并应用到自己的编程实践中。特别是对于一些关键算法的实现，比如刚度矩阵的组装、载荷向量的构建、以及求解线性方程组的步骤，书中都进行了细致的剖析，并且针对不同的应用场景给出了一些优化建议。我尝试着跟着书中的指导实现了一些简单的二维梁的有限元分析，发现计算结果与理论值非常吻合，这让我对FEM的计算过程有了更直观的认识。这种理论与实践紧密结合的方式，大大增强了学习的成就感，也让我对未来利用FEM解决更复杂的工程问题充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

我不得不说，这本书提供的参考资料和拓展阅读建议，极大地拓宽了我的视野。虽然它是一本教材，但作者并没有将其局限于课堂教学的范畴。在每章的结尾，都附带了一些深入探讨的内容，或者是一些更高级的理论介绍，这些都为那些希望进一步深挖某个主题的学习者提供了宝贵的线索。更重要的是，作者还列举了一系列相关的学术论文和经典书籍，这对于我来说，是寻找更多学习资源的绝佳起点。有时候，一本教材虽然能够很好地讲解基础知识，但对于如何将这些知识应用到前沿研究或者解决实际工程难题，往往会显得不够深入。而这本书通过提供这些拓展性的阅读方向，巧妙地弥补了这一不足。它鼓励读者不仅仅满足于教材上的内容，而是要主动去探索更广阔的知识海洋，这对于培养科研能力和创新精神非常有帮助。这是一种非常负责任的教学态度，让我觉得受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受是作者在讲解理论时的深入浅出。 Finite Element Method（FEM）这个概念本身就带着一定的抽象性，尤其是在初次接触时，容易被各种公式和符号所淹没。然而，这本书却能将复杂的数学推导过程分解成易于理解的步骤，并且在关键之处提供了清晰的物理意义解释。例如，在讲解变分原理时，作者并没有仅仅停留在数学公式的层面，而是花了大量篇幅去阐述其背后的物理背景，例如能量的最小化原理如何在实际问题中得到应用。这种“由形到神”的讲解方式，让我不再是被动地记忆公式，而是真正地理解了FEM的精髓。此外，书中对于边界条件的处理，不同类型单元的选择，以及网格划分的策略，都进行了详尽的讨论，并且提供了不同情况下的分析思路。作者似乎总能预见到读者在学习过程中可能遇到的困惑，并提前给出解答，或者提供一些通俗易懂的比喻来帮助消化。这种教学设计，对于那些希望“知其然，更知其所以然”的学习者来说，无疑是一大福音，能够帮助我们建立起坚实的理论基础。

评分☆☆☆☆☆

可能因为这本书是我们学校出的，在我们这儿是挺出名的，考研科目之一。我只知道这本书挺重要的，其他就不知道了。。。这本书共分12章，第一章是有限元法引论和概述，第二章讨论杆梁类单元有限元法，第三章介绍有限元分析的一般步骤，第四章讨论平面问题有限元的推导，第五章介绍空间问题有限元法，第六章讨论高次元和等参元的推导，第七章介绍有限元程序设计算例和几种常用单元刚度矩阵程序段的设计，第八章讨论总刚度矩阵的组集及刚度方程的建立方法，第九章是结构刚度方程的求解算法及其程序设计，第十章结合具体算例讨论平面薄壁结构、平面应力问题的程序设计问题，第十一章概要介绍现有大型有限元结构分析程序系统特点，第十二章介绍航空结构建模技术和大型结构有限元分析范例。

评分☆☆☆☆☆

专业资料，有参考价值。

评分☆☆☆☆☆

可能因为这本书是我们学校出的，在我们这儿是挺出名的，考研科目之一。我只知道这本书挺重要的，其他就不知道了。。。这本书共分12章，第一章是有限元法引论和概述，第二章讨论杆梁类单元有限元法，第三章介绍有限元分析的一般步骤，第四章讨论平面问题有限元的推导，第五章介绍空间问题有限元法，第六章讨论高次元和等参元的推导，第七章介绍有限元程序设计算例和几种常用单元刚度矩阵程序段的设计，第八章讨论总刚度矩阵的组集及刚度方程的建立方法，第九章是结构刚度方程的求解算法及其程序设计，第十章结合具体算例讨论平面薄壁结构、平面应力问题的程序设计问题，第十一章概要介绍现有大型有限元结构分析程序系统特点，第十二章介绍航空结构建模技术和大型结构有限元分析范例。

评分☆☆☆☆☆

还不错，主要想看后面的例子，已经有本有限元的书了，但是太大不好携带，换个小点儿的。

评分☆☆☆☆☆

基础中的基础，买书主要是嫌看电脑太累了

评分☆☆☆☆☆

基础中的基础，买书主要是嫌看电脑太累了

评分☆☆☆☆☆

不错的书！

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

还不错，主要想看后面的例子，已经有本有限元的书了，但是太大不好携带，换个小点儿的。