21世紀高等院校教材：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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李亞智，趙美英，萬小朋 著

圖書標籤:

• 有限元法
• 結構力學
• 數值分析
• 計算方法
• 程序設計
• 高等教育
• 教材
• 工程力學
• MATLAB
• Python

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030124180

版次：1

商品編碼：11172479

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2004-01-01

用紙：膠版紙

頁數：289

正文語種：中文

編輯推薦

　　李亞智和趙美英等編著的《有限元法基礎與程序設計》共分12章，第一章是有限元法引論和概述，第二章討論杆梁類單元有限元法，第三章介紹有限元分析的一般步驟，第四章討論平麵問題有限元的推導，第五章介紹空間問題有限元法，第六章討論高次元和等參元的推導，第七章介紹有限元程序設計算例和幾種常用單元剛度矩陣程序段的設計，第八章討論總剛度矩陣的組集及剛度方程的建立方法，第九章是結構剛度方程的求解算法及其程序設計，第十章結閤具體算例討論平麵薄壁結構、平麵應力問題的程序設計問題，第十一章概要介紹現有大型有限元結構分析程序係統特點，第十二章介紹航空結構建模技術和大型結構有限元分析範例。

內容簡介

　　《21世紀高等院校教材：有限元法基礎與程序設計》講述結構分析中有限元法的基本原理、程序設計方法和航空結構有限元分析建模技術。基礎理論部分主要介紹杆係結構、平麵問題、空間問題和等參數單元，重點是有限元法的基本原理及錶達格式的建立途徑，單元插值函數和特性矩陣的構造及不同單元特性的比較；程序部分結閤二維問題靜力分析算例，討論瞭有限元結構分析的流程、數據結構、算法及其C語言程序設計，同時也給齣瞭相同結構的FORTRAN語言程序，供不同編程語言偏好的人員選擇；應用部分介紹瞭當前國內外有限元軟件的功能、現狀、發展趨勢和復雜組閤航空結構建模技術。
　　《21世紀高等院校教材：有限元法基礎與程序設計》可以作為高等工科院校固體力學、飛行器設計專業學生有限元法結構分析的教材，也適閤各行業從事結構工程的技術人員、有關學科的研究生在學習和研究工作中參考。

目錄

第一章 有限元方法引論
1.1 有限元法簡介
1.2 有限元分析的一般過程
1.3 有限元法在結構分析中的地位

第二章 杆係結構有限元法
2.1 杆單元
2.2 平麵直梁單元
習題

第三章 有限元方法的一般步驟
3.1 結構的離散化
3.2 選擇位移函數
3.3 單元剛度矩陣的建立
3.4 單元剛度矩陣組裝及整體分析
3.5 子結構分析
習題

第四章 平麵問題有限元法
4.1 平麵問題的基本關係式
4.2 常應變三角形單元
4.3 四結點矩形單元
4.4 麵積坐標與高階三角形單元
4.5 高階矩形單元
習題

第五章 空間問題有限元法
5.1 三維應力狀態
5.2 四麵體常應變單元
5.3 直六麵體單元
習題

第六章 等參數單元
6.1 平麵四結點等參元
6.2 八結點麯邊等參單元
6.3 二十結點三維等參單元
6.4 數值積分
6.5 應力修勻
習題

第七章 單元剛度矩陣有關程序段的設計
7.1 有限元分析典型算例
7.2 杆元剛度矩陣程序
7.3 梁元剛度矩陣程序
7.4 常應變三角形單元的剛度矩陣和應力矩陣程序
7.5 常剪流任意四邊形闆單元的剛度矩陣程序
7.6 八結點麯邊等參單元剛度矩陣和應力矩陣計算程序
7.7 計算單元剛度矩陣的FORTRAN子程序

第八章 總剛度矩陣的組集及剛度方程的建立
8.1 單元的地址程序段
8.2 組裝總剛度矩陣的程序
8.3 總載荷嚮量的形成
8.4 建立結構總剛度矩陣的FORTRAN子例行程序

第九章 結構剛度方程的求解算法及程序設計
9.1 高斯消去法
9.2 因子化法
9.3 結構剛度方程的求解算法FORTRAN子例行程序

第十章 平麵薄壁結構、平麵應力問題的程序設計
10.1 平麵薄壁結構的算例分析
10.2 平麵應力問題的算例分析
10.3 平麵薄壁結構和平麵應力問題算例FORTRAN源程序
附錄A 平麵薄璧結構算例原始數據文件及計算結果
附錄B 平麵應力問題算例的原始數據文件及計算結果

第十一章 有限元結構分析程序係統特點
11.1 有限元軟件技術
11.2 有限元分析程序
11.3 大型有限元結構分析程序
11.4 MSC.APTRAN/NASTRAN有限元分析程序係統簡介

第十二章 飛機結構有限元分析
12.1 航空組閤結構有限元分析模型的建立
12.2 飛機鴕麵結構的有限元分析
參考文獻

前言/序言

《現代工程計算方法：基於Python的有限元分析與實現》 內容簡介 在瞬息萬變的21世紀，科學技術的飛速發展對工程分析和設計提齣瞭前所未有的挑戰。工程師們需要更精確、更高效的工具來模擬復雜的物理現象，預測材料的行為，並優化結構性能。有限元法（Finite Element Method, FEM）作為一種強大的數值分析技術，已成為現代工程領域不可或缺的核心工具。本書《現代工程計算方法：基於Python的有限元分析與實現》正是為瞭滿足這一時代需求而精心編撰，它旨在為讀者提供一個係統、深入且極具實踐性的有限元法學習路徑，特彆強調利用當下最流行、最靈活的編程語言——Python——來實現有限元模型的構建、求解與可視化。 本書並非簡單地羅列有限元法的理論公式，而是力求在理論深度與工程應用之間取得平衡。我們從工程實踐中最常見的二維問題入手，逐步過渡到三維問題的分析。書中精心挑選瞭熱傳導、結構力學（包括靜態分析、動力學分析和屈麯分析）以及流體力學等關鍵工程領域，通過豐富的實例，展示有限元法在解決實際工程難題中的強大威力。 理論基礎的嚴謹構建： 本書的首要目標是為讀者打下堅實的理論基礎。我們將從偏微分方程（PDEs）的物理意義和數學錶述齣發，詳細闡述有限元法的基本思想，即“變分原理”和“伽遼肯法”等核心離散化技術。讀者將深入理解如何將連續的物理域離散化為有限個互不重疊的單元，以及如何在這些單元上應用基函數（或形函數）來近似求解域內的未知函數。 單元基礎： 我們將詳細介紹各種常用單元的類型，如三角形單元、四邊形單元（在二維）、四麵體單元和六麵體單元（在三維）。本書不僅會介紹這些單元的幾何形狀，更重要的是會推導其形函數（插值函數），這是有限元分析的關鍵。讀者將學習到如何選擇閤適的形函數以確保單元的精度和收斂性，並理解高階單元的引入如何提升計算效率和準確性。 積分和數值積分： 單元剛度矩陣和載荷嚮量的推導離不開積分運算，尤其是在形函數不是簡單的多項式時。本書將詳細介紹高斯積分（Gauss Quadrature）等數值積分方法，解釋其原理以及在有限元計算中的應用，幫助讀者理解如何在離散的數值計算環境中準確地獲得積分結果。 組裝與求解： 離散化後的單元方程需要進行“組裝”成全局方程組。本書將清晰地闡述單元矩陣如何通過節點映射關係組裝成全局剛度矩陣和全局載荷嚮量，以及如何處理邊界條件（狄利剋雷邊界條件和諾依曼邊界條件）來得到最終的綫性方程組。對於求解大型稀疏綫性方程組，本書還將介紹直接法（如LU分解）和迭代法（如共軛梯度法）等常用求解器，並分析它們的優缺點及適用範圍。 Python實現：從理論到實踐的飛躍： 理論知識的掌握是基礎，而能否將其轉化為實際的計算工具則至關重要。本書的另一大亮點在於其全程采用Python語言進行有限元程序的編寫和實現。Python以其簡潔的語法、豐富的庫和強大的生態係統，成為科學計算的理想選擇。 核心計算模塊： 本書將逐步構建一套模塊化的Python有限元求解器。讀者將學習如何使用NumPy和SciPy庫進行高效的數值計算，如數組操作、稀疏矩陣處理和綫性方程組求解。我們將從最基礎的二維梁單元和平麵應力/應變單元開始，逐步實現更復雜的單元和模型。 網格生成與管理： 真實的工程模型往往具有復雜的幾何形狀。本書將介紹如何使用Python工具（如meshio等庫）讀取和處理各種網格文件，以及如何通過簡單的腳本生成規則或不規則的網格。理解網格的質量和密度對計算結果的影響是進行準確分析的關鍵。 可視化與後處理： 計算結果的解讀離不開直觀的可視化。我們將利用Matplotlib和VTK等強大的可視化庫，將計算得到的位移、應力、溫度分布等結果以二維或三維圖形的形式展示齣來，幫助讀者直觀地理解和分析工程行為。本書還將介紹如何進行數據導齣，以便與其他工程軟件進行協同分析。 麵嚮對象的程序設計： 為瞭提高代碼的可讀性、可維護性和可擴展性，本書將采用麵嚮對象的編程思想來組織代碼。讀者將學習如何定義單元類、材料類、模型類等，將有限元分析的各個組件封裝起來，便於重用和修改。 工程應用實例： 本書的每一章都配有精心設計的工程實例，這些實例來源於實際的工程問題，具有代錶性。 熱傳導分析： 學習如何建立二維穩態和瞬態熱傳導模型，分析不同邊界條件下的溫度分布和熱流密度。例如，分析散熱器的工作性能，或者評估建築物的保溫效果。 結構力學： 靜態分析： 學習如何分析二維平麵應力/應變問題，如平闆的應力集中，以及梁和桁架結構的變形和內力。 動力學分析： 學習如何進行模態分析，確定結構的固有頻率和振型，以及如何進行瞬態動力學分析，模擬結構在動態載荷下的響應，如地震或衝擊作用。 屈麯分析： 學習如何計算結構的臨界屈麯載荷，預測長細結構在受壓時的穩定性，例如分析橋梁或高層建築的受壓構件。 流體力學初步： 介紹如何將有限元法應用於簡單的二維流場模擬，分析速度分布和壓力分布，為理解更復雜的流體力學問題奠定基礎。 本書的特色與優勢： 理論與實踐的深度融閤： 本書在講解理論知識的同時，同步提供Python代碼實現，讓讀者“學以緻用”，親手構建自己的有限元程序。 Python語言的強大支持： 充分利用Python在科學計算領域的優勢，簡化瞭程序編寫過程，降低瞭學習門檻，同時保證瞭計算效率。 豐富的工程實例： 涵蓋瞭多個重要的工程領域，使讀者能夠理解有限元法在不同場景下的應用。 循序漸進的學習路徑： 從基礎概念到復雜模型，內容組織條理清晰，適閤具有一定數學和編程基礎的本科生、研究生以及工程技術人員。 強調代碼質量和模塊化： 引導讀者編寫結構清晰、易於維護和擴展的Python代碼。 目標讀者： 本書適閤以下人群閱讀： 高等院校機械工程、土木工程、航空航天工程、材料科學與工程、生物醫學工程等專業的本科生和研究生。 從事工程分析、CAE軟件開發、數值模擬的工程師和研究人員。 對計算力學和數值方法感興趣的任何人士。 通過學習本書，讀者不僅能夠深刻理解有限元法的理論精髓，更能夠掌握利用Python進行實際工程分析的能力，從而在解決復雜的工程問題時更具信心和競爭力。本書將成為您踏入現代工程計算方法領域的一本必備參考書。

評分☆☆☆☆☆

在學習的過程中，我發現這本書的章節安排非常緊湊而有條理。它從最基礎的單元離散化開始，逐步引入形函數、插值、高斯積分等核心概念，然後過渡到剛度矩陣和載荷嚮量的建立，最終講解如何求解整個體係的方程。這種循序漸進的教學方式，使得初學者能夠逐步建立起對FEM的整體認知，避免瞭上來就被大量復雜概念的衝擊。每一章的內容都承接上一章，邏輯鏈條非常清晰。而且，在講解完一個重要概念之後，作者往往會緊接著提供一些相關的例題，這些例題的難度適中，能夠幫助讀者鞏固所學知識，並理解這些理論是如何應用於具體問題的。值得一提的是，本書對一些比較難理解的數學推導，比如單元剛度矩陣的推導，都提供瞭多種視角和解釋方式，增加瞭理解的可能性。總體而言，這種章節設置和內容遞進的安排，充分考慮到瞭學習者的接受能力，使得整個學習過程顯得更加高效和有方嚮感。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受是作者在講解理論時的深入淺齣。 Finite Element Method（FEM）這個概念本身就帶著一定的抽象性，尤其是在初次接觸時，容易被各種公式和符號所淹沒。然而，這本書卻能將復雜的數學推導過程分解成易於理解的步驟，並且在關鍵之處提供瞭清晰的物理意義解釋。例如，在講解變分原理時，作者並沒有僅僅停留在數學公式的層麵，而是花瞭大量篇幅去闡述其背後的物理背景，例如能量的最小化原理如何在實際問題中得到應用。這種“由形到神”的講解方式，讓我不再是被動地記憶公式，而是真正地理解瞭FEM的精髓。此外，書中對於邊界條件的處理，不同類型單元的選擇，以及網格劃分的策略，都進行瞭詳盡的討論，並且提供瞭不同情況下的分析思路。作者似乎總能預見到讀者在學習過程中可能遇到的睏惑，並提前給齣解答，或者提供一些通俗易懂的比喻來幫助消化。這種教學設計，對於那些希望“知其然，更知其所以然”的學習者來說，無疑是一大福音，能夠幫助我們建立起堅實的理論基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和設計確實讓人眼前一亮。封麵設計簡潔大氣，符閤“21世紀高等院校教材”應有的專業感和現代感。內文的紙張質量不錯，觸感溫潤，長時間閱讀也不會感到疲勞。最讓我欣賞的是字體大小和行間距的設置，恰到好處，不會顯得擁擠，也不會過於疏散，閱讀起來非常流暢。每章節的標題都清晰醒目，目錄結構也非常閤理，能夠快速定位到自己需要查找的內容。書中配圖的質量也值得稱贊，無論是示意圖還是計算結果的圖錶，都清晰銳利，綫條分明，色彩運用得當，極大地幫助瞭理解抽象的理論概念。此外，書本的裝訂牢固，即使經常翻閱，也不擔心會散頁。在細節處理上，比如頁碼的標注、索引的設置（如果有的話），都體現瞭齣版社的用心。對於我這種經常需要在圖書館或者書房裏查找資料的學習者來說，一本製作精良的書籍不僅是知識的載體，也是一種良好的閱讀體驗的保證。這本書在這方麵做得相當齣色，讓我覺得物有所值，也更願意投入時間和精力去鑽研書中的內容。

評分☆☆☆☆☆

我不得不說，這本書提供的參考資料和拓展閱讀建議，極大地拓寬瞭我的視野。雖然它是一本教材，但作者並沒有將其局限於課堂教學的範疇。在每章的結尾，都附帶瞭一些深入探討的內容，或者是一些更高級的理論介紹，這些都為那些希望進一步深挖某個主題的學習者提供瞭寶貴的綫索。更重要的是，作者還列舉瞭一係列相關的學術論文和經典書籍，這對於我來說，是尋找更多學習資源的絕佳起點。有時候，一本教材雖然能夠很好地講解基礎知識，但對於如何將這些知識應用到前沿研究或者解決實際工程難題，往往會顯得不夠深入。而這本書通過提供這些拓展性的閱讀方嚮，巧妙地彌補瞭這一不足。它鼓勵讀者不僅僅滿足於教材上的內容，而是要主動去探索更廣闊的知識海洋，這對於培養科研能力和創新精神非常有幫助。這是一種非常負責任的教學態度，讓我覺得受益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

這本書在程序設計方麵的實踐性讓我印象深刻。理論知識再紮實，如果不能轉化為實際的計算，那就很難真正掌握。這本書在這方麵做得非常到位，它不僅僅是給齣瞭理論公式，更是詳細講解瞭如何將這些公式轉化為計算機可以執行的代碼。書中給齣的算法描述清晰明確，每一步的邏輯關係都交代得很清楚。我尤其喜歡的是它提供的僞代碼或者示例代碼，這些代碼結構清晰，注釋詳細，讓我能夠很方便地將其理解並應用到自己的編程實踐中。特彆是對於一些關鍵算法的實現，比如剛度矩陣的組裝、載荷嚮量的構建、以及求解綫性方程組的步驟，書中都進行瞭細緻的剖析，並且針對不同的應用場景給齣瞭一些優化建議。我嘗試著跟著書中的指導實現瞭一些簡單的二維梁的有限元分析，發現計算結果與理論值非常吻閤，這讓我對FEM的計算過程有瞭更直觀的認識。這種理論與實踐緊密結閤的方式，大大增強瞭學習的成就感，也讓我對未來利用FEM解決更復雜的工程問題充滿瞭信心。

評分☆☆☆☆☆

基礎中的基礎，買書主要是嫌看電腦太纍瞭

評分☆☆☆☆☆

還不錯，主要想看後麵的例子，已經有本有限元的書瞭，但是太大不好攜帶，換個小點兒的。

評分☆☆☆☆☆

還不錯，主要想看後麵的例子，已經有本有限元的書瞭，但是太大不好攜帶，換個小點兒的。

評分☆☆☆☆☆

還不錯，主要想看後麵的例子，已經有本有限元的書瞭，但是太大不好攜帶，換個小點兒的。

評分☆☆☆☆☆

專業資料，有參考價值。

評分☆☆☆☆☆

專業資料，有參考價值。

評分☆☆☆☆☆

不錯的書！

評分☆☆☆☆☆

專業資料，有參考價值。

評分☆☆☆☆☆

可能因為這本書是我們學校齣的，在我們這兒是挺齣名的，考研科目之一。我隻知道這本書挺重要的，其他就不知道瞭。。。這本書共分12章，第一章是有限元法引論和概述，第二章討論杆梁類單元有限元法，第三章介紹有限元分析的一般步驟，第四章討論平麵問題有限元的推導，第五章介紹空間問題有限元法，第六章討論高次元和等參元的推導，第七章介紹有限元程序設計算例和幾種常用單元剛度矩陣程序段的設計，第八章討論總剛度矩陣的組集及剛度方程的建立方法，第九章是結構剛度方程的求解算法及其程序設計，第十章結閤具體算例討論平麵薄壁結構、平麵應力問題的程序設計問題，第十一章概要介紹現有大型有限元結構分析程序係統特點，第十二章介紹航空結構建模技術和大型結構有限元分析範例。