Patran2010与Nastran2010有限元分析从入门到精通 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业

作者:龙凯//贾长治//李宝峰

出品人:

页数:482

译者:

出版时间:2011-10

价格:69.00元

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isbn号码:9787111360049

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《有限元方法：理论与实践》 本书旨在为读者提供一个全面、深入的有限元分析（FEA）学习体验，涵盖从基本理论到高级应用的完整知识体系。我们相信，理解FEA的精髓不仅在于掌握软件的操作，更在于洞悉其背后的数学原理和工程判断。因此，本书的编写着重于理论的严谨性和实践的可操作性相结合，力求让读者在掌握强大分析工具的同时，也能真正理解其工作机制，并能灵活运用。 第一部分：有限元方法基础理论 本部分将为读者奠定坚实的理论基础，理解有限元分析的核心概念。 绪论： 介绍有限元方法的起源、发展历程及其在工程领域的广泛应用。我们将探讨为何有限元方法能够如此成功地解决复杂的工程问题，并简要概述其在结构力学、热传导、流体力学等领域的应用前景。 连续介质的离散化： 详细阐述有限元方法的核心思想——将连续的物理域离散化为有限数量的、互不重叠的单元（Element）。我们将深入讲解单元的几何形状、节点（Node）的概念，以及它们如何共同构成离散化的模型。 单元分析： 聚焦于单个单元的力学行为分析。我们将介绍各种常见的单元类型，如杆单元、梁单元、三角形单元、四边形单元、四面体单元、六面体单元等，并详细推导它们的刚度矩阵（Stiffness Matrix）、质量矩阵（Mass Matrix）和阻尼矩阵（Damping Matrix）。本部分将清晰地展示如何从单元的物理特性（如材料属性、几何尺寸）导出这些关键的矩阵。 位移形函数（Shape Function）： 深入讲解位移形函数在单元内的作用。我们将介绍线性形函数、二次形函数等，并展示如何利用这些函数将单元内任意点的位移表示为节点位移的函数。本书将特别强调形函数在插值和精度上的重要性。 变分原理与加权余量法： 讲解有限元方法推导单元方程的两种主要数学框架。变分原理（如虚功原理、最小势能原理）提供了一种能量平衡的视角；而加权余量法（如伽辽金法、派克特法）则从误差最小化的角度出发。本书将详细推导这些方法的具体应用，使读者理解不同推导方式的联系与区别。 整体方程的组装： 阐述如何将各个单元的分析结果进行“组装”，形成整个结构的整体刚度方程（Global Stiffness Equation）。我们将详细讲解节点位移（Element Displacement）与整体位移（Global Displacement）的关系，以及如何通过“直接刚度法”或“叠合法”将单元刚度矩阵叠加成整体刚度矩阵，形成整体方程组。 边界条件的处理： 详细讲解在有限元分析中施加边界条件（Boundary Conditions）的重要性。我们将介绍固定边界条件（位移约束）、加载边界条件（力、压力施加）以及其他特殊边界条件（如对称性、周期性）的处理方法，并说明它们对求解线性方程组的影响。 求解与后处理： 介绍求解线性方程组的各种数值方法，如高斯消元法、LU分解法、迭代法等。在此基础上，我们将重点讲解如何从求解得到的节点位移进一步计算单元内的应力（Stress）、应变（Strain）等工程重要的物理量，并进行结果的可视化和解读。 第二部分：有限元分析实践与应用 本部分将理论与实践相结合，通过实例讲解有限元分析在实际工程问题中的应用。 结构静力学分析： 平面应力与平面应变问题： 讲解二维问题的建模与分析，例如薄板的受力分析。 梁和框架结构分析： 重点介绍如何使用梁单元和框架单元对一维结构进行精确分析，包括挠度和内力计算。 三维结构静力学分析： 引入三维实体单元，分析复杂几何形状和加载下的应力分布，例如齿轮、轴等。 接触分析： 深入探讨在多个部件相互接触时，如何精确模拟接触行为，包括接触力的计算和接触状态的判定。 预应力分析： 讲解如何施加预应力，例如螺栓预紧力，并分析其对结构整体性能的影响。 结构动力学分析： 模态分析（Modal Analysis）： 讲解如何计算结构的固有频率（Natural Frequency）和振型（Mode Shape），对于理解结构的振动特性至关重要。 谐响应分析（Harmonic Response Analysis）： 分析结构在周期性载荷作用下的稳态响应。 瞬态响应分析（Transient Response Analysis）： 模拟结构在非周期性载荷（如冲击、爆炸）作用下的动态行为。 响应谱分析（Response Spectrum Analysis）： 介绍如何基于地震等动力激励的响应谱来评估结构的抗震性能。 热分析（Thermal Analysis）： 稳态热传导： 分析在恒定温度条件下，物体内部的热量分布和温度梯度。 瞬态热传导： 模拟物体温度随时间变化的动态过程，例如加热或冷却。 热应力分析： 讲解温度变化如何引起材料产生热应力，以及如何进行热应力耦合分析。 屈曲分析（Buckling Analysis）： 线性屈曲分析： 计算结构在受压载荷下发生失稳的临界载荷。 非线性屈曲分析： 考虑几何和材料非线性效应，更精确地预测结构的屈曲行为。 材料模型与非线性分析： 弹塑性材料模型： 讲解材料在应力超过屈服强度后发生的塑性变形，以及如何进行弹塑性分析。 大变形分析： 处理当结构变形显著大于其几何尺寸时的问题，例如橡胶件或薄膜的受力分析。 疲劳分析（Fatigue Analysis）： 预测结构在循环载荷作用下的寿命。 网格划分策略与质量控制： 网格密度与单元选择： 讲解如何根据分析需求选择合适的单元类型和网格密度，以平衡计算精度和计算效率。 网格质量评价： 介绍各种网格质量指标（如长宽比、雅可比行列式等）及其重要性。 网格收敛性研究： 说明如何通过不断细化网格来验证分析结果的可靠性。 模型验证与结果评估： 理论解与实验数据对比： 强调将有限元分析结果与已知理论解或实验数据进行对比的重要性，以验证模型的准确性。 工程判断与经验法则： 引导读者在理解软件输出结果的基础上，结合工程经验进行合理的判断和决策。 本书内容力求详实，通过丰富的图示和实例，帮助读者循序渐进地掌握有限元分析的每一个环节。我们相信，通过本书的学习，读者不仅能够熟练运用有限元软件进行工程分析，更能深刻理解其背后的科学原理，从而在实际工程问题中做出更准确、更有效的决策。

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这本书的封面设计确实很吸引人，那种深沉的蓝灰色调，配上清晰的白色和少许亮眼的橙色作为点缀，一下子就让人感觉这是一本“硬核”的技术书籍。我刚拿到手的时候，特意在书店里翻阅了一下，它那种厚实的手感和精装的质感，让人觉得物有所值。我尤其欣赏它在排版上的用心，不是那种密密麻麻让人望而生畏的教科书样式。图文并茂的布局，关键公式和命令语句都用不同的字体或颜色块凸显出来，这对于初学者来说简直是福音。我之前尝试过几本其他的有限元分析入门书籍，但往往是理论讲得太深奥，代码示例又少得可怜，读起来非常吃力。这本倒是提供了一个很好的平衡点，它似乎是站在一个真正需要解决实际工程问题的工程师的角度来编写的，而不是纯粹的学术研究者。很多章节的开头，作者会先抛出一个实际的工程背景，比如桥梁的静力学分析或者飞机零部件的模态分析，然后再逐步引入相应的理论和软件操作步骤，这种代入感极强，让人更有动力去深入学习接下来的复杂内容。对于一个正处于职业瓶颈期，希望通过掌握新工具提升效率的工程师来说，这本书的视觉呈现和结构组织，已经成功地迈出了第一步。

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我是一个更偏向理论的机械设计背景出身的人，对数值计算方法的推导过程有着天然的兴趣和苛刻的要求。因此，我在评估一本FEA书籍时，一定会重点考察其理论部分的严谨性。这本书在处理非线性分析，特别是材料非线性和接触大变形问题时，展示出了令人惊喜的深度。它并没有简单地罗列出牛顿-拉夫森法的迭代步骤，而是详细解释了残余力向量的构建过程，以及在求解过程中如何处理刚度矩阵的更新，甚至提到了亚因子的选择对求解效率的影响。更难得的是，作者在介绍这些深奥的数学概念时，巧妙地将它们与Patran的用户界面操作关联起来，比如在设置求解器参数时，对应到Nastran的SOL系列中具体参数的含义。这种理论与实践的无缝对接，极大地降低了理解门槛。我感觉自己仿佛是同时上了一堂高级数值分析课和一堂实战操作课，两者互为佐证，让抽象的数学概念变得具象化了。这种编排方式，远超出了我预期的“入门”级别，更像是一本中级进阶的参考手册。

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真正让我感到惊喜的是，这本书对那些“疑难杂症”的探讨。在任何复杂的有限元分析项目中，总会遇到一些模型不收敛、结果奇异或者莫名其妙出现零刚度的问题。这些问题往往是新手最容易放弃的地方，也是专业人士花费大量时间排查的“黑匣子”。这本书的最后几章，简直就是一本“FEA故障排除手册”。它系统地总结了由于几何缺陷、约束不足、边界条件设定错误以及求解器选择不当等原因导致的常见错误代码和异常行为。更重要的是，它不是简单地告知读者“出错了”，而是提供了一套系统的诊断流程——先检查网格，再核对载荷步，最后审视材料本构关系。我甚至发现书中针对特定Nastran错误码的解读，比官方的帮助文档还要清晰易懂。这种将经验和教训毫无保留地传授出来的态度，体现了作者深厚的工程底蕴。它让我感觉到，这本书不仅仅是工具的使用指南，更像是一位资深专家的悉心指导，帮我避开了无数可能陷入的弯路，真正体会到了从“会用”到“用好”的飞跃。

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作为一名常年与各种工程规范打交道的结构工程师，我对软件如何处理标准规范校核这部分内容非常看重。很多时候，计算结果本身并不是最大的难点，难点在于如何将结果与行业标准（比如ASME或Eurocode）进行高效、合规的对比。这本书在这方面的处理简直是“神来之笔”。它专门开辟了一个章节，系统地演示了如何利用Patran/Nastran的后处理功能，结合用户自定义的报告生成器，来实现应力强度因子、屈曲特征值以及疲劳寿命预测的标准判据输出。我记得有一节是关于如何针对特定的失效模型（如Von Mises或Tresca准则）来快速生成彩色云图和报告摘要，这个流程被分解得极其细致，每一步都配有精确的截图和键盘操作提示。这极大地提升了我的工作效率，以前我需要花费大量时间手动导出数据再导入Excel进行二次处理，现在通过书中介绍的方法，大部分工作可以在分析环境中一步到位完成。这种对实际工作流的深刻洞察，绝对是这本书最实用的加分项之一。

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说实话，我对这类软件操作手册类的书籍总是抱有一种“能用就行”的心态，毕竟软件更新迭代得太快了，很多细节可能很快就会过时。但这本《Patran2010与Nastran2010有限元分析从入门到精通》给我的感觉却完全不一样，它似乎不只是在教你“怎么点鼠标”或者“怎么敲代码”，而是深入探讨了“为什么这么做”。我特别关注了其中关于网格划分策略的那一部分，它详细对比了四面体单元和六面体单元在处理复杂几何体时的优缺点，甚至还涉及到网格质量对结果收敛性的影响，这一点在很多入门书中是被一带而过的。作者没有满足于给出标准的“默认设置”，而是通过实例清晰地展示了如何根据载荷类型和结构响应的敏感区域来定制化地调整网格密度和单元类型，这才是真正体现“精通”二字的价值所在。这种对底层物理和数值方法理解的强调，使得即使未来软件升级到2020版本，书中所阐述的分析思想和判断标准依然具有极强的生命力。读完这部分内容，我感觉自己看待有限元模型的方式都变得更加审慎和批判性了，不再是盲目相信软件给出的计算结果。

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