有限元法基础与程序设计 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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☆☆☆☆☆

出版者:科学出版社

作者:李亚智

出品人:

页数:289

译者:

出版时间:2004-1

价格:37.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787030124180

丛书系列:

图书标签:

计算数学
编程
程序设计
有限元
数值分析
结构力学
计算方法
程序设计
MATLAB
Python
工程分析
科学计算
高等数学

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具体描述

李亚智和赵美英等编著的《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。

《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。

《工程计算的基石：有限元方法及其应用》本书旨在为读者提供一个深入理解有限元方法（FEM）的理论基础和实践应用的全面视角。作为一种强大的数值计算技术，有限元方法在解决复杂的工程和科学问题方面扮演着至关重要的角色，尤其是在连续介质力学、热传导、流体力学、电磁学等诸多领域。本书将循序渐进地引导读者掌握这一核心技术，从基本原理出发，直至高级应用。第一部分：有限元方法的核心理论本部分将为读者构建坚实的理论基础。我们将从偏微分方程（PDEs）的描述开始，这是大多数物理现象的数学模型。随后，我们将深入探讨泛函分析的基本概念，如函数空间、范数、内积以及Sobolev空间等，这些是理解有限元方法的数学严谨性的关键。接着，本书将详细阐述有限元方法的“变分原理”和“加权余量法”（Weighted Residual Method）。我们将重点介绍伽辽金法（Galerkin Method）作为最常用的加权余量方法，并解释其背后的数学思想。读者将理解如何将连续的物理域离散化为一系列小的、相互连接的有限单元，以及如何在这些单元上近似求解偏微分方程。离散化是有限元方法的关键步骤。本书将详细介绍各种类型的单元，包括一维杆单元、梁单元，二维三角形和四边形单元，以及三维四面体和六面体单元。我们将讨论单元的形函数（Shape Function）的选取及其性质，如插值性质和基函数性质。读者将学习如何构建单元刚度矩阵和载荷向量，以及如何将它们组装成全局方程组。对于单元的积分计算，本书将深入讲解数值积分方法，特别是高斯积分（Gaussian Quadrature）的应用。读者将理解为何以及如何使用高斯积分来准确计算单元积分，从而避免解析积分的复杂性。边界条件的处理也是有限元分析中的重要环节。本书将详细介绍第一类、第二类和第三类边界条件的离散化和施加方法，包括狄利克雷边界条件、诺依曼边界条件和罗宾边界条件。读者将学会如何在全局方程组中有效地引入这些边界条件，以获得唯一和正确的解。第二部分：有限元方法的实践应用在掌握了理论基础之后，本部分将带领读者将有限元方法应用于实际工程问题。我们将从最经典的结构力学问题开始，例如二维平面应力/应变问题和三维实体力学问题。读者将学习如何建立应力-应变关系、应变-位移关系，以及如何推导实体单元的刚度矩阵。通过具体的算例，读者将学会如何求解位移、应力、应变等关键工程参数。热传导问题是另一个广泛应用有限元方法的领域。本书将介绍热传导方程的有限元离散化方法，包括如何处理热源项、边界上的热通量和温度条件。读者将学会如何求解稳态和瞬态的热传导问题，预测温度分布和热流密度。流体力学是有限元方法应用的另一重要方向。我们将探讨如何将纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）进行有限元离散化，并重点介绍如何在求解流体流动问题时处理对流项和压力-速度耦合。本书将涵盖层流和部分湍流情况下的有限元分析方法。电磁场分析也是有限元方法的重要应用领域。我们将介绍麦克斯韦方程组的有限元离散化，并探讨如何用有限元方法解决静电场、静磁场以及交流电磁场问题。读者将了解如何计算电场强度、磁感应强度、电势和磁势等。第三部分：有限元程序的实现与优化理论和应用是有限元方法的基础，而程序实现则是其价值的最终体现。本部分将侧重于有限元程序的开发和优化。我们将详细介绍各种编程语言（如C++、Python）在有限元程序开发中的应用，以及如何组织代码以提高可读性和可维护性。本书将重点介绍有限元程序的基本流程，包括预处理（几何建模、网格划分）、求解器（方程组组装与求解）和后处理（结果可视化与分析）。读者将学习如何选择合适的网格生成策略，以及如何使用现有的开源或商业软件进行网格划分。求解器是有限元程序的核心。本书将深入探讨各种大型稀疏线性方程组的求解算法，包括直接法（如LU分解、Cholesky分解）和迭代法（如共轭梯度法、GMRES法）。我们将分析不同算法的优缺点，并讨论在有限元计算中如何选择合适的求解器。为了提高计算效率，本书还将介绍一些高级的有限元计算技术，例如并行计算和分布式计算。读者将了解如何利用多核处理器和计算集群来加速大型有限元模拟。此外，我们还将讨论自适应网格细化（Adaptive Mesh Refinement）等技术，以在保证计算精度的前提下优化计算资源。第四部分：前沿进展与展望为了让读者了解有限元方法的发展动态，本书最后一部分将简要介绍一些前沿的有限元技术和研究方向，包括：无网格方法（Meshless Methods）：介绍一些替代传统网格划分方法的无网格方法，如光滑粒子动力学（SPH）和径向基函数（RBF）方法，并探讨其在某些特定问题上的优势。多物理场耦合（Multiphysics Coupling）：探讨如何将不同物理场（如力学、热学、流体、电磁）的有限元模型进行耦合，以解决更复杂的工程问题。机器学习与有限元方法的结合：介绍如何利用机器学习技术来加速有限元模拟、优化模型参数或提高预测精度。高性能计算在有限元中的应用：进一步探讨GPU加速、高性能存储等技术如何为大规模有限元仿真提供强大的算力支持。本书的目标读者是大学本科生、研究生以及从事工程计算、科学研究和产品开发的工程师和科研人员。通过对本书的学习，读者将能够：深刻理解有限元方法的数学原理和核心思想。掌握有限元方法在经典工程领域的应用。具备开发和优化有限元计算程序的能力。对有限元方法的最新进展和未来发展方向有清晰的认识。《工程计算的基石：有限元方法及其应用》将是一本帮助读者在工程计算领域打下坚实基础、提升解决复杂问题能力的宝贵参考书。

作者简介

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

本书由浅入深，让读者对有限元有一个比较透彻的理解。貌似编者的编程能力很强大。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。...

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书的程序设计部分是它最大的亮点之一。市面上很多教材要么理论堆砌，要么代码简单到不够实用。但这本书恰好找到了那个黄金平衡点。它没有直接甩出一个复杂的商业软件的使用手册，而是引导读者亲手构建一个有限元求解器，从最基础的单元刚度矩阵的集成到整体方程的求解，每一步都清晰可见。这种“白手起家”的过程对于理解软件的内部运作机制至关重要。当我成功跑出第一个简单的悬臂梁算例，并与解析解进行对比时，那种成就感是看别人演示代码完全无法比拟的。作者选择的编程语言和数据结构也颇为得当，既保证了教学的直观性，又兼顾了效率，为日后向更专业化的编程迈进打下了坚实的操作基础。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书在案例选择和覆盖范围上做得相当平衡。它没有过度集中在单一领域，而是巧妙地穿插了多个工程学科的经典问题。从简单的拉伸、弯曲，到更复杂的扭转和热传导问题，它用一致的有限元框架来解决这些看似不同的物理现象。这种跨领域的视角极大地拓宽了我的视野，让我认识到有限元作为一种通用数值方法的强大能力。尤其值得一提的是，书中对非线性问题的初步探讨，虽然篇幅不长，但为入门者提供了一个清晰的路线图，指明了未来进阶学习的方向。它不像一本封闭的教材，更像是一扇通往更广阔工程数值模拟世界的门户。

评分☆☆☆☆☆

如果要用一个词来形容这本书的价值，那便是“可靠”。它没有那些花哨的图表和过于前卫的理论包装，它提供的完全是经过时间检验的、稳固可靠的知识体系。对于一个严肃的科研工作者或高级工程师而言，一本可靠的参考书远比十本追逐热点的速成指南更有价值。我发现自己经常翻阅其中的某些章节，不仅仅是为了解知识点，更是为了回顾那些基础概念是如何被系统地构建起来的。这本书更像是工具箱里的一把高质量扳手，可能看起来朴实无华，但在需要拧紧关键螺栓时，你知道只有它能提供足够的扭矩和精准度。它赋予读者的，是一种可以自信地应用和捍卫自己计算结果的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为那些想在有限元领域打下坚实基础的工程师和学生量身定制的。从头到尾，作者都没有满足于肤浅的介绍，而是深入浅出地剖析了有限元方法的数学原理，特别是那些构建模型的关键步骤，讲得非常透彻。我尤其欣赏它在理论推导上所下的功夫，它不是简单地罗列公式，而是引导读者理解每一个变量、每一个矩阵的物理意义。阅读过程中，我感觉自己仿佛在和一位经验丰富的教授对话，他不仅告诉你“怎么做”，更会告诉你“为什么这样做”。对于那些希望未来能进行高级分析或者开发新算法的读者来说，这种深厚的理论背景是无可替代的基石。它真正体现了“基础”二字的重量，确保读者在后续学习更复杂应用时，不会因为基础不牢而寸步难行。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述风格非常严谨，甚至可以说是带着一种古典的学术气息。它不会为了迎合快节奏的学习者而牺牲细节的完整性。对于那些习惯了碎片化信息获取的读者来说，初读可能会觉得略显沉重，因为它要求你必须静下心来，一步步跟上作者的逻辑链条。然而，一旦你适应了这种节奏，你会发现这种详尽的论述是多么宝贵。它对单元选择的适用性、网格划分的敏感性分析，以及边界条件处理的各种微妙之处，都进行了细致入微的探讨。这本教材似乎在告诫读者：在工程计算中，任何一个被忽略的细节，都可能导致灾难性的后果。因此，它培养的不仅是技术能力，更是一种严谨的工程思维。

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