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叢書名:普通高等院!靶鹿た啤眲(chuàng)新教育精品課程系列教材;教育部高等學校機械類專業(yè)教學指導委員會推薦教材
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- 作者:戴宏亮,周加喜
- 出版時間:2019/7/1
- ISBN:9787568050166
- 出 版 社:華中科技大學出版社
- 中圖法分類:TB115
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
本書由湖南大學機械學院副院長、博士生導師戴宏亮教授主編。是普通高等院校新工科創(chuàng)新教育精品課程系列教材之一,配套數(shù)字教學資源的立體化教材,內(nèi)容符合教育部高等學校機械類專業(yè)教學指導委員會規(guī)劃教材的基本要求。全書共九章,主要內(nèi)容包括:有限元概述,平面問題、桿系結(jié)構(gòu)、板殼問題的有限元法,熱傳導問題的有限元法,動力學問題的有限元法,材料非線性、幾何非線性問題的有限元法,接觸與碰撞問題的有限元法。
本書可作為高等院校機械、力學、土建類、材料、環(huán)境工程和航空航天等專業(yè)的教材或教學參考書。
本書由湖南大學機械學院副院長、博士生導師戴宏亮教授主編配套數(shù)字化資源,立體化教材,內(nèi)容由淺入深。是普通高等院校新工科創(chuàng)新教育精品課程系列教材之一,內(nèi)容符合教育部高等學校機械類專業(yè)教學指導委員會規(guī)劃教材的基本要求。本書可作為高等院校機械、力學、土建類、材料、環(huán)境工程和航空航天等專業(yè)的教材或教學參考書。全書共九章,主要內(nèi)容包括:有限元概述,平面問題、桿系結(jié)構(gòu)、板殼問題的有限元法,熱傳導問題的有限元法,動力學問題的有限元法,材料非線性、幾何非線性問題的有限元法,接觸與碰撞問題的有限元法。
前言 有限元法(finite element method,F(xiàn)EM)是為解決工程與數(shù)學物理問題而提出并逐漸發(fā)展起來的一種數(shù)值方法。在工程和科技領(lǐng)域內(nèi),對于許多的力學與物理問題,其遵循的數(shù)學方程(常微分方程或偏微分方程)只有在方程性質(zhì)比較簡單,且求解域的幾何形狀相當規(guī)則的情況下才能獲得解析解。大多數(shù)問題,由于方程的非線性性質(zhì)或求解域幾何形狀的復雜性,只能采用數(shù)值方法進行求解。有限元法由于其通用性和有效性,已成為工程分析中應(yīng)用最為廣泛的數(shù)值計算方法。有限元法的基本思想是將連續(xù)的求解域離散為一組單元的組合體,以每個單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片地表示求解域上待求的未知場函數(shù),近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)及其導數(shù)在單元各節(jié)點的數(shù)值插值函數(shù)來表達,從而使一個連續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題,即將偏微分方程離散為代數(shù)方程。自20世紀60年代被提出以來,有限元法逐漸發(fā)展成為航空、航天、機械、土木等各大工程領(lǐng)域最為廣泛應(yīng)用的科學計算方法。作為力學、數(shù)學、計算機技術(shù)等多學科交叉發(fā)展的產(chǎn)物,有限元法擴大了科學研究的對象范圍,提升了科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的效率。本教材為響應(yīng)新工科建設(shè),結(jié)合有限元學科的教學要求與新工科建設(shè)的目標而編寫,適合不同專業(yè)學時為80學時的有限元法課程的教學。本書在突出基礎(chǔ)理論和基本方法的前提下,注重理論聯(lián)系實際,在內(nèi)容安排上遵循由淺入深、循序漸進和便于自學的原則。每章后都附有具體的工程算例,供讀者學習選用,在保證基礎(chǔ)的前提下,注重對學生視野的開闊和工程實際應(yīng)用能力的拓展與提高。全書共九章,主要內(nèi)容包括:有限元概述,平面問題、桿系結(jié)構(gòu)、板殼問題的有限元法,熱傳導問題的有限元法,動力學問題的有限元法,材料非線性、幾何非線性問題的有限元法,接觸與碰撞問題的有限元法。本書第1、2、3、5、6、9章由戴宏亮編寫,第4、7、8章由周加喜編寫。本書在編寫過程中,參考了一些兄弟院校教材中的部分內(nèi)容,在此表示衷心感謝!由于編者水平有限,書中難免存在不足和疏漏之處,懇請讀者批評指正。編者2019年5月于湖南大學
第1章緒論(1)
1.1有限元法概述(1)
1.2有限元法的基本步驟(8)
1.3有限元法的發(fā)展概況(11)
1.4工程應(yīng)用軟件簡介(13)
本章小結(jié)(16)
第2章彈性力學平面問題的有限元法(17)
2.1彈性力學平面問題的簡介(17)
2.2連續(xù)介質(zhì)的離散化(20)
2.3常應(yīng)變?nèi)切螁卧治?22)
2.4整體剛度方程的建立(30)
2.5整體剛度矩陣(37)
2.6有限元程序設(shè)計要點(38)
本章小結(jié)(40)
第3章平面桿系結(jié)構(gòu)的有限元法(41)
3.1桿單元的剛度矩陣(41)
3.2平面剛架單元的剛度矩陣(51)
3.3空間桿件結(jié)構(gòu)的有限元算例(59)
本章小結(jié)(62)
第4章板殼問題的有限元法(63)
4.1平板彎曲的有限元法(63)
4.2軸對稱殼體單元(70)
4.3平板殼體單元(72)
4.4超參數(shù)殼體單元(77)
4.5相對自由度殼體單元(82)
4.6不同類型單元的聯(lián)結(jié)(84)
4.7高速移動沖擊內(nèi)壓下夾層圓柱殼的有限元分析(85)
本章小結(jié)(95)
第5章熱傳導問題的有限元法(96)
5.1熱傳導微分方程(96)
5.2溫度場的變分原理(98)
5.3穩(wěn)定溫度場(99)
5.4瞬態(tài)溫度場(101)
5.5非定常溫度場的確定(104)
5.6熱彈性問題的有限元法(105)
5.7熱黏彈性問題的有限元法(108)
5.8穩(wěn)態(tài)熱傳導問題(109)
5.9瞬態(tài)熱傳導問題(114)
5.10鋁合金鑄造輪轂的溫度場分析(115)
本章小結(jié)(118)
第6章動力學問題的有限元法(119)
6.1運動方程(119)
6.2質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣(120)
6.3直接積分法(123)
6.4振型疊加法(127)
6.5解的穩(wěn)定性(130)
6.6大型特征值問題的解法(134)
6.7減縮系統(tǒng)自由度的方法(140)
6.8某水下結(jié)構(gòu)振動分析(143)
本章小結(jié)(146)
第7章材料非線性問題的有限元法(147)
7.1非線性方程組的解法(147)
7.2材料非線性的本構(gòu)關(guān)系(153)
7.3彈塑性增量分析的有限元格式(159)
7.4數(shù)值方法中的幾個問題(161)
7.5橡膠金屬彈簧模型的靜力學分析(172)
本章小結(jié)(180)
第8章幾何非線性問題的有限元法(181)
8.1大變形情況下的應(yīng)變和應(yīng)力的度量(181)
8.2幾何非線性問題的表達格式(187)
8.3有限元求解方程及解法(195)
8.4大變形情況下的本構(gòu)關(guān)系(198)
8.5大變形有限元分析算例(200)
本章小結(jié)(210)
第9章接觸與碰撞問題的有限元法(211)
9.1接觸問題有限元法的基本概念(211)
9.2接觸問題的求解方案(214)
9.3接觸問題的有限元方程(217)
9.4接觸單元(223)
9.5接觸分析中的幾個問題(229)
9.6高速碰撞的有限元法(232)
9.7接觸問題的有限元分析實例(235)
本章小結(jié)(237)
參考文獻(238)