有限单元法基本原理和数值方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:王勖成，邵敏 编著

出品人:

页数:568

译者:

出版时间:1997-3

价格:29.8

装帧:平装

isbn号码:9787302024217

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《结构动力学分析：理论与实践》 本书旨在为读者提供一个全面且深入的结构动力学分析理论框架，并结合实际工程应用，讲解各种数值分析方法。从最基础的自由振动理论出发，逐步深入到受迫振动、模态分析、瞬态响应以及复杂结构系统的动力学行为。 第一部分：理论基础 绪论： 介绍结构动力学的基本概念、研究对象、研究意义以及其在工程实践中的重要性。阐述结构动力学与静力学的区别与联系，以及动力学分析所面临的挑战。 单自由度系统动力学： 自由振动： 深入探讨质量-弹簧-阻尼系统的振动方程，推导固有频率和阻尼比的计算方法。详细解析无阻尼自由振动和有阻尼自由振动的响应特性，包括振幅衰减规律。 受迫振动： 分析外部激励下系统响应的产生机理，讲解稳态响应和暂态响应的概念。重点介绍谐响应、瞬态响应（如脉冲激励、阶跃激励）以及随机激励下的系统行为。 模态分析： 阐述模态的概念，包括固有频率、振型和模态阻尼。详细介绍如何通过计算得到结构的模态参数，并解释模态在动力学分析中的重要作用，如模态叠加法。 多自由度系统动力学： 运动方程的建立： 介绍拉格朗日方程、达朗贝尔原理等方法，如何将复杂结构离散化为多自由度系统，并建立其运动方程。 自由振动分析： 求解多自由度系统的固有频率和振型，理解结构的整体振动模式。 受迫振动分析： 讲解多自由度系统在不同激励下的响应计算方法，包括直接积分法和模态叠加法。 阻尼处理： 介绍不同类型的阻尼模型（如比例阻尼、非比例阻尼），以及它们对系统动力学响应的影响。 连续系统的动力学： 波动方程与边界条件： 探讨连续介质（如梁、板、杆）的动力学特性，建立其偏微分方程描述。 解析解方法： 对于简单几何形状和边界条件的连续系统，介绍求解其振动特性的解析方法，如分离变量法。 第二部分：数值分析方法 有限差分法 (FDM)： 基本原理： 介绍如何用有限差分近似替代微分算子，将偏微分方程转化为代数方程组。 应用： 演示FDM在求解结构动力学问题中的具体应用，如一维梁的振动。 有限元法 (FEM) 的基本思想： 离散化与单元选择： 讲解如何将连续的结构域离散为有限个互不重叠的单元，并介绍不同类型单元（如杆单元、梁单元、二维和三维实体单元）的特点和适用范围。 插值函数与形函数： 详细阐述形函数的概念、性质及其构建方法，以及如何使用形函数描述单元内的位移和几何形状。 单元刚度矩阵与质量矩阵： 推导单元的刚度矩阵和质量矩阵，理解其物理意义和计算过程。 荷载向量： 讲解如何将外部载荷转化为等效节点力，形成荷载向量。 组装整体刚度矩阵、质量矩阵和荷载向量： 描述如何将各个单元的贡献组装成整体的结构动力学方程。 施加边界条件： 讲解如何将约束条件（位移和力）施加到整体方程中。 动力学方程的数值求解： 直接积分法： 显式方法： 如欧拉法，详细分析其原理、优点和缺点（稳定性）。 隐式方法： 如Newmark-β法、Wilson-θ法，深入讲解其推导过程、稳定性和精度，以及在不同工程问题中的应用。 模态叠加法： 结合模态分析结果，讲解如何利用模态叠加法求解受迫振动响应，特别是在线性系统中的应用，以及其效率优势。 频率域分析： 介绍如何在频域内求解结构的响应，以及傅里叶变换在其中的作用。 特征值问题的数值求解： 幂法和反幂法： 讲解如何用迭代方法求解结构的主振动频率和振型。 QR算法： 介绍更高效的特征值求解算法，确保计算的准确性和收敛性。 第三部分：工程应用与实例 工程结构动力学分析实例： 桥梁动力学分析： 考虑风、车、地震等激励下的桥梁振动响应。 建筑结构动力学分析： 地震作用下高层建筑的响应分析。 机械设备动力学分析： 旋转机械的平衡与振动控制。 车辆动力学分析： 悬架系统的振动特性。 预应力结构动力学： 考虑预应力对结构动力学行为的影响。 阻尼减振技术的应用： 介绍各种减振阻尼措施，如粘滞阻尼器、摩擦阻尼器等，及其在结构动力学分析中的建模与应用。 数值计算软件的介绍与应用： 简要介绍主流工程结构分析软件（如ANSYS、ABAQUS、Nastran等）在结构动力学分析中的基本流程和功能。 案例研究： 选取若干典型工程案例，详细演示从模型建立、网格划分、边界条件施加、荷载定义、求解器选择到结果后处理的全过程。 本书内容层次分明，理论讲解深入浅出，数学推导严谨，同时注重数值方法的实践应用，旨在培养读者独立进行结构动力学分析的能力，为解决实际工程问题提供坚实的理论基础和工具。

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坦率地说，这本书的深度和广度让我有些意外，它不仅仅局限于经典的结构力学或热传导问题。作者似乎有意将有限元方法的普适性展现得淋漓尽致。我惊喜地发现其中包含了对流体动力学（CFD）中有限元应用的初步讨论，甚至对电磁场问题的离散化也进行了简要的介绍。这使得这本书的价值远远超越了一本单一学科的教材。对于一个希望未来能够跨领域应用有限元工具的研究人员来说，它提供了一个绝佳的“通用工具箱”的概念框架。它告诉我们，一旦掌握了核心的离散化思想和刚度矩阵的构建逻辑，就可以将这种方法迁移到几乎任何描述偏微分方程的物理领域。这种宏观的视野构建，是当前很多过于细分的专业书籍所缺乏的，它培养的不是解题技巧，而是解决未知问题的思维模式。

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要评价一本书的价值，最终还是要看它在实际学习过程中是否能激发读者的“灵光一闪”。对我而言，这本书成功地做到了这一点，尤其是在处理边界条件和载荷施加的环节。传统教材常将这些视为简单的代数操作，但本书深入探讨了各种复杂边界条件（如位移约束、周期性边界、弹性地基接触等）在弱形式（Variational Formulation）下的数学本质和数值实现差异。特别是关于“内力平衡”与“外力平衡”在有限元框架下的统一性解释，让我对整体刚度矩阵的意义有了全新的认识。它让我明白，我们所构建的矩阵不仅是描述系统几何刚度的，更是描述系统在特定边界约束下的能量平衡状态的抽象表达。这种对物理直觉和数学形式之间关系的深刻洞察，是这本书最宝贵的财富，它让“有限元”从一套生硬的计算流程，转变成了一种富有物理内涵的建模艺术。

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这本书的排版和插图质量堪称一流，这对于理解涉及几何变形和场变量分布的有限元分析至关重要。我接触过不少排版混乱、图示模糊的专业书籍，阅读体验非常糟糕，常常需要反复揣摩才能明白作者想表达的空间关系。但这部作品在这方面做得极为出色。每一个关键的单元形函数图、每一个等值线图都绘制得清晰锐利，色彩搭配也恰到好处，重点突出。特别是对高阶单元的介绍，通过三维透视图直观地展示了节点和形函数的分布，这比纯粹的代数描述要直观太多了。这种对细节的重视，体现了作者和出版方对知识传递质量的尊重。它不仅仅是一本知识的载体，更是一件精美的技术工具书。我甚至愿意把它放在桌面上作为参考，因为即使只是浏览插图，也能迅速激活我对特定模块的记忆和理解。这种视觉上的辅助，对于建立对物理场分布的直觉判断，有着不可替代的作用。

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这本书的封面设计简洁有力，黑底白字，给人一种严谨、专业的印象。初次翻阅时，我立刻被它清晰的逻辑结构所吸引。作者似乎非常懂得如何引导一个初学者逐步深入复杂的主题。比如，在介绍基本概念时，语言平实易懂，没有过多的专业术语堆砌，这让我很快就抓住了问题的核心。我尤其欣赏它在理论推导过程中的细致入微，每一步的转变都有清晰的数学依据支撑，让人感觉每一步的进步都是扎实且可信赖的。对于我这种并非科班出身，但在实际工程中需要用到有限元方法的工程师来说，这种“手把手”的讲解方式简直是福音。它不像有些教材那样只给出公式，而是会结合一些实际的物理场景来解释这些公式的物理意义，这极大地提高了我的学习兴趣和理解深度。如果说有什么可以改进的地方，或许是某些高级应用的实例可以再丰富一些，但就其作为“基本原理”的定位而言，目前的呈现已经非常出色了。它成功地架设了一座从抽象数学到具体工程应用的坚实桥梁。

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读完这本书，我最大的感受是作者对“数值方法”这一块的处理达到了教科书级别的典范。很多教材在有限元方法（FEM）的理论介绍后，往往会草草带过或过于简化数值实现细节，导致读者在真正上机操作时无所适从。然而，这本书在这方面投入了大量的篇幅进行详尽的阐述。它没有停留在矩阵方程的层面，而是深入到了求解器（Solver）的选择、网格划分（Meshing）的影响，甚至是如何处理非线性问题的迭代策略。我特别关注了关于误差分析和收敛性的章节，作者用非常生动和图示化的方式解释了不同单元选择和网格密度对计算结果精度的制约关系。这种对数值稳定性和精度的深度剖析，远超出了我预期的“基本原理”范畴，更像是一本针对高级应用工程师的“实战手册”。阅读过程中，我经常停下来，对照我目前工作中遇到的算例进行思考，发现书中提供的思路和方法几乎都可以直接套用，这极大地提升了我的工作效率和解决问题的信心。

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好书！

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无语。。

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好书！

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