MATLAB有限元结构动力学分析与工程应用 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:徐斌

出品人:

页数:391

译者:

出版时间:2009-12

价格:37.00元

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isbn号码:9787302211488

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• 结构
• MATLAB
• 有限元
• 结构动力学
• 动力学分析
• 工程应用
• 数值计算
• 振动分析
• 结构工程
• MATLAB编程
• 仿真

《精密工程中的数值仿真技术》 本书聚焦于现代精密工程领域中不可或缺的数值仿真技术，旨在为工程师、研究人员及高年级学生提供一套系统、深入的学习指南。我们深知，在追求极致精度与复杂性能的工程实践中，理论计算往往难以满足实际需求，而高效、准确的数值仿真则成为连接设计理念与现实产品的关键桥梁。 本书内容涵盖了从基础理论到前沿应用的广泛领域。在基础理论层面，我们将首先回顾和梳理与精密工程相关的核心力学原理，包括弹性力学、塑性力学、材料科学基础以及微观力学概念。在此基础上，本书将详细阐述几种最为主流且适用于精密工程仿真的数值离散化方法，例如有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM）以及作为核心内容的有限元法（FEM）。我们将深入剖析这些方法的数学原理、离散化过程、单元构建、插值函数选取以及边界条件的施加方式，并重点讨论不同方法的优劣势及其适用场景。 在数值方法介绍之后，本书将重点转向精密的工程应用。精密工程常常涉及微观尺度、纳米尺度乃至原子尺度的现象，因此，本书将详细探讨如何运用数值仿真来分析和预测这些尺度的力学行为。我们将深入研究诸如微机电系统（MEMS/NEMS）的结构设计与性能评估，其中涉及微观形变、表面效应、流固耦合等复杂问题。本书还将涵盖高精度光学元件的制造与装配过程中的应力分析，包括材料去除、热应力、残余应力及其对光学性能的影响。 特别地，本书将深入解析在半导体制造、精密测量仪器、先进制造装备等领域中常见的动态响应问题。这将包括但不限于： 振动分析与控制： 详细介绍精密设备的模态分析、瞬态响应分析，以及如何通过仿真手段优化结构设计以抑制有害振动，确保工作精度。 冲击与碰撞仿真： 针对精密仪器在运输、跌落或碰撞等情况下的防护设计，提供可靠的仿真方法和评估准则。 热-力耦合分析： 在许多精密工程场景中，温度变化是引起形变和应力的重要因素。本书将详细阐述如何进行热-力耦合仿真，以准确预测设备在不同温度环境下的工作状态。 疲劳与损伤分析： 针对精密部件在长期服役过程中可能出现的疲劳失效问题，本书将介绍基于数值仿真的疲劳寿命预测方法。 为了使读者能够更好地将理论应用于实践，本书将重点介绍行业内广泛使用的商业仿真软件（如COMSOL Multiphysics, ANSYS等）中的相关功能模块及其操作流程。我们将通过大量的实例分析，展示如何运用这些软件解决实际的工程难题。这些实例将涵盖从简单的梁、板结构分析，到复杂的集成电路芯片的应力分布，再到精密机床工作台的动态响应等，力求贴近工程实际。 在每个案例研究中，本书都将遵循严谨的仿真流程：从问题建模（几何、材料、载荷、边界条件）、网格划分、求解器选择，到结果后处理与验证。我们将强调仿真结果的物理意义解读，以及如何根据仿真结果进行设计优化和参数调整。同时，本书还将讨论仿真结果的精度评估、不确定性量化以及与实验数据的对比验证方法，以确保仿真结果的可靠性。 此外，本书还将触及一些与精密工程仿真相关的先进技术，例如： 多尺度仿真： 如何在不同尺度（宏观、微观、介观）之间进行信息传递和耦合仿真，以解决具有多尺度特征的精密工程问题。 优化设计： 介绍如何将数值仿真与优化算法相结合，实现结构性能的自动优化。 逆向仿真： 探讨如何利用实验数据反推材料参数或载荷条件。 本书的编写风格力求清晰易懂，既有严谨的数学推导，又不乏直观的物理概念解释。通过丰富的图表、公式和实例，我们希望能够引导读者逐步掌握精密工程领域的核心数值仿真技术，并能够独立解决实际工程问题，为推动精密工程技术的进步贡献力量。本书适合从事精密机械设计、微电子工程、光学工程、航空航天工程、生物医学工程等领域的工程师、技术人员，以及相关专业的硕士和博士研究生阅读。

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拿到书后，我最直观的感受是它的“工程导向性”远超我的预期。很多有限元书籍侧重于数学模型的建立，但这本书的厉害之处在于，它似乎时刻记挂着最终的“工程应用”。书中大量的案例分析，不再是那种教科书里“完美边界条件”下的理想化计算，而是非常贴合实际工程难题的场景重构。我翻阅到关于风振响应分析的那一章时，简直是茅塞顿开。作者没有停留在简单的模态叠加，而是详细讨论了随机振动理论在非平稳激励下的应用，甚至提到了如何处理实际工程中风场数据的离散化和输入模型。这种深度和广度，使得这本书更像是一本“实战手册”，而不是纯理论参考。对于那些需要在复杂环境下进行结构安全评估的工程师来说，书中的方法论和细节处理，是极其宝贵的经验总结，它帮助我们将理论知识直接映射到解决现实世界中那些模棱两可的工程决策上。

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这部作品初看便带着一股严谨的学术气息，书本的装帧设计很扎实，封面上的字体排版透露出一种教科书式的专业感。我本来是抱着对有限元方法在结构动力学应用的好奇心翻开它的，但阅读过程中我发现，它对基础理论的铺陈是极其详尽且有条不紊的。不同于市面上一些只罗列公式和代码的工具书，这本书似乎更注重“为什么”和“如何推导”的过程。比如，它花了相当大的篇幅来阐释从连续体力学到离散化模型的过渡，其中关于形函数选择的讨论，就细致到了不同单元（如梁、板、壳）的适用边界条件和精度权衡。尤其是引入时间积分方法的章节，它不仅仅是介绍了Newmark-$eta$法或者中心差分法，而是深入剖析了这些方法的稳定性和收敛性标准，这对于我们理解数值方法的“陷阱”至关重要。我特别欣赏作者在引入抽象概念时，总能辅以清晰的物理意义解释，使得那些原本令人望而生畏的矩阵运算，也变得有迹可循，让人感觉仿佛重新上了一堂高阶的固体力学课，收获颇丰。

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从深度和广度的平衡角度来看，这本书展现出了一种难能可贵的平衡艺术。它既没有沉溺于过于前沿但缺乏工程验证的理论分支，也没有局限于基础的静力学分析。它精准地聚焦在了“结构动力学”这一核心领域，并将其与“有限元”这一主流数值工具深度融合。例如，它对模态分析的阐述非常透彻，不仅包含了 Rayleigh-Ritz 法的推导，还深入探讨了如何有效地进行模态正交化以及在模态叠加法中如何处理阻尼矩阵的非对角化问题。这种对动力学特有难点的关注，显示出作者对该领域痛点的深刻理解。它并非一本旨在介绍所有有限元方法的“百科全书”，而是专注于将有限元方法在处理结构动态响应问题上的潜力发挥到极致的“专著”，对于有一定基础、希望专攻结构动力学数值模拟的读者来说，它无疑是一部不可或缺的、能够提供体系化思维训练的宝贵资料。

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阅读体验上，这本书给我一种“层层递进，步步为营”的扎实感。它的结构安排非常巧妙，前置知识铺垫得很充分，几乎不需要读者频繁地跳阅去查阅其他参考资料。例如，在讲解如何建立刚度矩阵时，它首先回顾了虚功原理，然后自然过渡到能量泛函的最小化，再到最终的矩阵方程组求解。这种逻辑链条的紧密性，极大地降低了初学者的学习门槛。不过，坦白说，对于完全没有接触过有限元基础的读者，开篇的矩阵代数和张量表示可能会稍微吃力一些，但作者的耐心之处在于，他随后会用非常直观的图示来解释这些高维数据的物理含义，这极大地缓解了纯代数带来的抽象感。整体而言，它不是一本可以快速翻阅的读物，更像是一部需要静下心来，跟随作者的思路一步步深入探索的学术著作，每一次深入都能感受到知识的累积和厚度。

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这本书的排版和图文关系处理非常值得称赞。在涉及复杂的三维结构建模和应力云图展示时，插图的质量非常高，清晰度足够支撑对细节的观察。更重要的是，作者在关键的算法步骤和程序实现逻辑处，对图表的使用非常精准。我注意到，书中对有限元模型的网格划分、边界约束的施加过程，都有详细的示意图辅助说明，这比单纯的文字描述有效得多。有时候，一个好的图胜过千言万语，尤其是在处理几何奇异性或接触非线性问题时，视觉辅助是理解计算域离散化的关键。此外，书中对数值结果的展示也保持了高度的专业性，各种时程曲线、频谱图、应力分布图都标注得规范且信息量充足，让人能够清晰地辨别出不同工况下的结构响应差异，这是衡量一本优秀数值分析书籍的重要标准。

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做project的时候有用到一些

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