
重点介绍有限元方法的基本原理,并提供相应的工程背景和建模技巧,书中所给出的实例和习题几乎都对应有或涉及到实际工程背景,使读者在学习过程中就体会和了解实际问题的有限元建模过程。 完全保留了前两版的特点,在介绍有限元方法的同时,特别考虑了课程教学的特点,注重方法原理的论述与实用例题的展示:提供了200多个实例。 在所附光盘中提供了基于VB、C、MATLAB,FORTRAN等语言的各种计算机源程序。 语言流畅,推导严谨,实例丰富,特别注重实用性,可以作为机械、力学、土木,水利、航空航天等专业的学生开展有限元方法英文教学的教材。对于既希望学习有限元方法原理又希望学习相关英文专业术语表达的读者,更是一本不可多得的参考书。
本书的第1版在10多年以前问世,几年之后出版了第2版,我们收到了来自使用该书的教授、学生和从事实际工作的工程师的正面反馈意见,也了解到在过去20年中我们学校的学生使用该书的各方面情况。在这一新版中,已充分考虑了许多建议。本书的基本出发点是提供有限元方法的清晰理论、建模方法以及具体的计算机实现程序;在新版中依然保留前两版的教学特点。 在本书的许多章节中增加了一些新的材料,补充了实际算例和练习题,以帮助读者更好地学习和理解。而练习题更强调基本理论的理解和实际问题的考虑,所增加的理论和计算机程序涉及声学、轴对称四边形单元、共轭梯度算法以及特征值问题。在该版中还增加了三个附加程序,所提供的程序都在Windows平台上进行开发,并且都具有相同的编程结构以方便读者效仿使用。所采用的语言包括:Visual Basic、Microsoft Excel/Visual Basic、MATLAB,以及早期使用的QBA-SIC、FORTRAN和C,相应的求解手册也作了更新。 第1章简要介绍有限元方法的历史背景和基本概念,对平衡方程、应力应变关系、应变位移关系和势能原理进行评述,引入Galerkin方法的概念。 第2章介绍矩阵和行列式的性质,引入Gauss消元法,讨论对称带状矩阵方程的求解和带状矩阵“特征顶线”(skyline)的处理方法,对Cholesky分解和共轭梯度法也作了讨论。 第3章通过对一维问题的分析来介绍有限元方法的基本概念和表达式,涉及有限元分析的主要步骤:形状函数的表达、单元刚度矩阵的推导、整体刚度矩阵的形成、边界条件的处理、方程的求解以及应力计算;同时给出了基于势能方法和Galerkin方法的表达形式,还考虑温度效应的处理。 第4章给出平面及三维桁架问题的有限元表达,对于整体刚度矩阵的组装,分别给出带状矩阵和具有“特征顶线”矩阵的形式,还提供基于这两种形式进行求解的计算机程序。 第5章介绍用于二维平面应力和平面应变问题求解的常应变三角形单元(CST),详细给出问题的建模过程及边界条件的处理方法,对于正交各向异性材料也给出相应的处理方法。 第6章介绍轴对称物体在承受轴对称外载时的建模过程,给出相应的三角形单元表达式,还提供几个实际问题的处理方法。 第7章介绍等参四边形单元和高阶单元的基本概念以及采用Gauss方法进行面积积分的数值方法,给出轴对称四边形单元的表达式以及基于共轭梯度法求解的过程。 第8章讨论梁单元及Hermite形状函数的应用,涉及二维及三维框架结构。 第9章为三维应力分析,包括四面体单元和六面体单元,还介绍波前法的求解及实现过程。 第10章详细介绍标量场问题的处理。在其他各章中均将Galerkin方法和能量原理作为有限元方法推导的基本原理。在本章中,仅采用Galerkin方法来进行推导。采用该方法可以直接对所给出的微分方程进行处理,而不需要定义一个用来求最小值的等效泛函。该章分别就稳态热传导、扭转、一般流动、渗流、电磁场、管道中流动、声学等问题给出相应的Galerkin方法表达式。 第11章为动力学问题,给出单元质量矩阵表达,对一般特征值问题的特征值(自然率频)、特征向量(模态形状)的求解进行讨论,给出求逆迭代法、Jacobi法、三对角化法以及显式漂移法等求解方法。 第12章介绍前处理及后处理的概念,给出二维问题网格自动划分的原理及实现方法,对于三角形和四边形单元给出由单元值求取节点应力的最小二乘方法,还介绍了后处理中的等直线技术。 对于大学本科生来说,书中一些较深的内容可以忽略,或根据某一新的完整内容体系,按需要来采用本书的材料,建议并鼓励在学习完第5章后就开始使用第12章中的程序,这样可以帮助读者高效率地准备各种有限元分析的数据。
出版说明
序
前言
PREFACE
1 FUNDAMENTAL CONCEPTS
2 MATRIX ALGEBRA AND GAUSSIAN ELIMINATION
3 ONE-DIMENSIONAL PROBLEMS
4 TRUSSES
5 TWO-DIMENSIONAL PROBLEMS USING CONSTANT STRAIN TRIANGLES
6 AXISYMMETRIC SOLIDS SUBJECTED TO AXISYMMETRIC LOADING
7 TWO-DIMENSIONAL ISOPARAMETRIC ELEMENTS AND NUMERICAL INTEGRATION
8 BEAMS AND FRAMES
9 THREE-DIMENSIONAL PROBLEMS IN STRESS ANALYSIS
10 SCALAR FIELD PROBLEMS
11 DYNAMIC CONSIDERATIONS
12 PREPROCESSING AND POSTPROCESSING
APPENDIX Proof of dA=det J dξ dη
BIBLIOGRAPHY
ANSWERS TO SELECTED PROBLEMS
INDEX
教师信息反馈表
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