Structural Analysis with the Finite Element Method. Linear Statics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Onate, Eugenio

出品人:

页数:450

译者:

出版时间:2008-11

价格:$ 123.17

装帧:

isbn号码:9781402087325

丛书系列:

图书标签:

有限元方法
结构分析
线性静力学
结构力学
数值分析
工程力学
计算机辅助工程
CAE
结构工程
力学

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具体描述

"Structural Analysis with the Finite Element Method: Linear Statics, Volume 1 : The Basis and Solids" by Eugenio Onate: the two volumes of this book cover most of the theoretical and computational aspects of the linear static analysis of structures with the Finite Element Method (FEM). The content of the book is based on the lecture notes of a basic course on Structural Analysis with the FEM taught by the author at the Technical University of Catalonia (UPC) in Barcelona, Spain for the last 30 years. Volume1 presents the basis of the FEM for structural analysis and a detailed description of the finite element formulation for axially loaded bars, plane elasticity problems, axisymmetric solids and general three dimensional solids. Each chapter describes the background theory for each structural model considered, details of the finite element formulation and guidelines for the application to structural engineering problems. The book includes a chapter on miscellaneous topics such as treatment of inclined supports, elastic foundations, stress smoothing, error estimation and adaptive mesh refinement techniques, among others. The text concludes with a chapter on the mesh generation and visualization of FEM results. The book will be useful for students approaching the finite element analysis of structures for the first time, as well as for practising engineers interested in the details of the formulation and performance of the different finite elements for practical structural analysis. "Structural Analysis with the Finite Element Method: Linear Statics, Volume 2: Beams, Plates and Shells" by Eugenio Onate: the two volumes of this book cover most of the theoretical and computational aspects of the linear static analysis of structures with the Finite Element Method (FEM). The content of the book is based on the lecture notes of a basic course on Structural Analysis with the FEM taught by the author at the Technical University of Catalonia (UPC) in Barcelona, Spain for the last 30 years. Volume 2 presents a detailed description of the finite element formulation for analysis of slender and thick beams, thin and thick plates, folded plate structures, axisymmetric shells, general curved shells, prismatic structures and three dimensional beams. Each chapter describes the background theory for each structural model considered, details of the finite element formulation and guidelines for the application to structural engineering problems Emphasis is put on the treatment of structures with layered composite materials. The book will be useful for students approaching the finite element analysis of beam, plate and shell structures for the first time, as well as for practising engineers interested in the details of the formulation and performance of the different finite elements for practical structural analysis.

结构分析的基石：有限元方法与线性静力学本书并非一本旨在涵盖所有结构分析领域的百科全书，也并非一本着重于前沿、复杂理论的学术专著。相反，它聚焦于一个至关重要的核心领域：运用有限元方法进行线性静力学分析。这不仅是理解更复杂结构行为的起点，更是解决现实工程问题不可或缺的基石。本书的编写宗旨在于为读者提供一套清晰、系统且具有实践指导意义的有限元方法学习路径，特别是在线性静力学这个基础框架下。我们深知，对于许多工程专业学生、初入职场的工程师以及需要巩固基础知识的专业人士而言，掌握有限元方法的原理、推导过程以及实际应用至关重要。因此，本书的目标是： 1. 奠定坚实的理论基础：深入剖析有限元方法的数学和物理原理，讲解其核心概念，例如离散化、单元、节点、形函数、刚度矩阵、荷载向量以及边界条件等。我们将从最基本的杆单元和梁单元开始，逐步引入更复杂的二维和三维单元，确保读者对能量原理（如虚功原理、最小势能原理）在有限元推导中的作用有深刻理解。 2. 掌握数值计算方法：详细阐述求解线性方程组的各种数值技术，包括直接法（如高斯消元法、LU分解）和迭代法，并讨论它们在结构分析中的优缺点及适用场景。读者将学习如何构建整体刚度矩阵，如何处理各种类型的边界约束，以及如何将外部荷载转化为节点力。 3. 培养实际应用能力：通过大量的实例分析，展示如何运用有限元方法解决典型的工程结构问题。本书将涵盖从简单的桁架、框架到更复杂的二维平面应力/应变问题、薄板问题等。每个案例都将遵循从模型建立、网格划分、边界条件施加、求解到结果解释的完整流程，帮助读者熟悉常用的有限元分析软件的基本操作和思路（尽管本书本身并不直接提供软件操作手册，但其原理和流程对理解任何一款软件都至关重要）。 4. 强调线性静力学的局限性与过渡：明确界定本书所讨论的线性静力学分析的适用范围，即假设材料线弹性、变形小、荷载为静态等。同时，也将为读者搭建理解非线性分析、动力学分析等更高级主题的桥梁，简要提及这些领域与线性静力学分析的关联与区别。内容深度与广度：本书的内容设计，旨在为读者提供一个全面且可操作的有限元线性静力学分析知识体系。我们将从最基本的力学概念出发，逐步构建起使用有限元方法解决结构问题的能力。数学预备知识：在深入有限元方法之前，我们将简要回顾必要的数学工具，包括线性代数（矩阵运算、方程组求解）、微积分（偏导数、积分）以及基本的力学概念（应力、应变、弹性模量、泊松比等）。这些内容旨在确保读者具备理解后续章节所需的基础。有限元基本原理：离散化：讲解如何将连续的结构域划分为有限个离散的单元，以及单元划分的质量对分析结果精度的影响。节点与自由度：定义节点（nodes）的概念，以及每个节点上可能存在的自由度（degrees of freedom），例如位移和转角。单元形函数（Shape Functions）：这是有限元方法的核心之一。我们将详细介绍如何选择和构建单元形函数，以及它们在插值单元内节点位移、应变和应力中的作用。从简单的线性形函数到更高阶的形函数，都将进行清晰的推导和讲解。单元刚度矩阵（Element Stiffness Matrix）：推导单元刚度矩阵的各种方法，包括直接法（基于单元的位移-力关系）和能量法（如虚功原理、最小势能原理）。我们将重点讲解如何通过单元形函数和材料属性来构建单元刚度矩阵。整体刚度矩阵（Global Stiffness Matrix）：讲解如何将所有单元的刚度矩阵组装成整体刚度矩阵，以及如何根据节点的连接关系和自由度进行组装。荷载向量（Load Vector）：阐述如何将作用在结构上的各种荷载（集中力、均布力、体力和温度变化等）转化为节点荷载。边界条件（Boundary Conditions）：详细介绍如何施加各种类型的约束（位移约束、力约束）以及在有限元方程组中的体现。单元类型与应用：一维单元：杆单元（Bar/Truss Element）：作为最基础的单元，我们将详细讲解一维杆单元的推导，如何计算其刚度矩阵，如何处理轴向荷载和轴向应力。这将是理解二维和三维单元的基础。梁单元（Beam Element）：引入横向变形和弯曲的概念，讲解梁单元的位移和转角自由度，以及其弯曲刚度矩阵的推导。我们将重点讨论欧拉-伯努利梁理论在有限元中的应用，并推导相应的单元刚度矩阵，分析弯矩和剪力。二维单元：平面应力/应变单元（Plane Stress/Strain Elements）：讲解二维问题的离散化，节点位移自由度，以及如何构建等参单元（isoparametric elements）。我们将重点介绍三角形单元（常用于早期研究）和四边形单元，并推导其刚度矩阵，分析二维应力和应变。薄板单元（Plate Elements）：虽然不涉及厚板理论，但我们将简要介绍薄板在弯曲问题中的有限元处理思路，包括弯曲自由度的引入和弯曲刚度矩阵的构建。求解与结果分析：方程组求解：深入讨论求解大型稀疏线性方程组的数值方法，包括直接法（如Cholesky分解）和迭代法（如共轭梯度法），并分析它们的效率和稳定性。后处理：讲解如何从求解得到的节点位移中计算单元内的应力、应变，以及如何对结果进行可视化和解释。强调结果的合理性判断和误差分析。线性静力学局限性与展望：假设与前提：明确本书所基于的线性静力学分析的几个关键假设：线弹性材料、小变形、静态荷载、无几何非线性等。过渡到更高级主题：简要介绍这些假设在何种情况下会失效，以及如何通过引入更复杂的模型来处理这些情况，例如：材料非线性：塑性、损伤等。几何非线性：大变形、屈曲等。动力学分析：瞬态响应、模态分析、响应谱分析等。接触分析：摩擦、无摩擦接触等。本书的结构安排将遵循由易到难、由简到繁的原则，力求使读者在掌握基础知识的同时，逐步建立起独立进行结构分析的能力。大量的图示、清晰的数学推导以及经过精心设计的算例，将帮助读者克服理解上的障碍。我们相信，通过学习本书，读者将能够清晰地理解有限元方法在解决线性静力学结构分析问题中的强大能力，并为进一步深入学习更高级的结构分析技术打下坚实的基础。最终，本书旨在培养读者严谨的工程思维和解决实际问题的能力，而不仅仅是公式的堆砌。我们希望它能成为您在结构分析领域学习和实践的宝贵参考。