连续体和结构的非线性有限元

连续体和结构的非线性有限元 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:清华大学出版社
作者:Ted Belytschko
出品人:
页数:586
译者:庄茁
出版时间:2002-12-1
价格:49.00元
装帧:平装(无盘)
isbn号码:9787302057482
丛书系列:
图书标签:
  • 有限元
  • 计算
  • 固体力学
  • 物理學
  • 建筑
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  • 材料非线性
  • 结构响应
  • 计算力学
  • 稳定性分析
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具体描述

《连续体和结构的非线性有限元》全面描述了应用在连续体和结构中的固体力学非线性有限元分析的主要方法,其内容编排组合的方式便于读者获得对于基本方法的理解、不同方法应用的比较和如何解决在非线性分析中的困难。

《连续体和结构的非线性有限元》覆盖了如下内容:

·连续体的Lagrangian和任意的Lagrangian Eulerian方法;

·应用于当前软件和研究中的许多材料定律;

·求解方法,包括显式和隐式时间积分方法以及平衡问题的方法;

·稳定性和平滑性的基本概念,线性化和规则化的技术;

·壳体和结构的计算方法;

·接触-碰撞问题;

·单元(包括多场单元)技术。

关于固体力学的非线性有限元分析,没有任何书籍提供过如此全面的描述,因此本书是自学的理想读本。《连续体和结构的非线性有限元》不仅对于从事高级有限元软件工作和在固体力学领域中的高年级本科生、研究生、教师和工程师,而且对于非线性有限元程序的使用者,都有极高的参考价值。

探索材料世界的无限可能:结构非线性力学与连续体模拟的深度之旅 本书将带领您进入一个充满挑战与魅力的领域:连续体和结构的非线性行为。在这个复杂多变的世界里,我们所见的宏伟建筑、精密的机械设备,乃至我们身体中的组织,都遵循着超越线性规律的物理法则。理解这些非线性特性,是实现更安全、更高效、更具创新性的工程设计的关键。 本书并非一本浅尝辄止的入门读物,而是一次对非线性有限元分析方法及其在各类连续体结构中应用的深度探索。我们摒弃了枯燥的数学推导堆砌,而是通过清晰的逻辑脉络,辅以详实的理论阐述和丰富的实例分析,旨在帮助读者建立起坚实的理论基础,并掌握实际应用中的关键技能。 您将在此书中获得的认知提升: 洞悉非线性的根源与表现: 从本构模型出发,深入理解材料在应变达到一定阈值后,应力-应变关系如何偏离线性规律。我们将详细解析屈服、塑性、大变形、应变硬化、应变软化等多种非线性现象,并探讨它们对结构整体行为的深远影响。无论是金属材料的塑性流动,还是橡胶等超弹性材料的独特应变响应,本书都将一一剖析其内在机制。 掌握有限元方法的非线性解决方案: 线性有限元方法在此刻将面临严峻的挑战。本书将系统性地介绍处理非线性问题的核心技术:增量法的应用。我们将从最基础的应力-应变增量关系入手,逐步构建起非线性有限元方程的求解框架。这包括对牛顿-拉夫逊法 (Newton-Raphson Method) 及其各类改进算法(如修正牛顿法、准牛顿法)的深入讲解,以及它们在处理材料非线性、几何非线性、接触非线性等复杂情况时的具体策略。读者将学会如何构建非线性平衡方程,如何进行有效的迭代求解,以及如何应对收敛性问题。 精通多种非线性模型及其适用性: 告别单一的胡克定律,本书将为您展现一个丰富多样的本构模型库。从经典的弹塑性模型(如Von Mises屈服准则、Prager-Ziegler硬化模型),到适用于橡胶、生物组织等材料的超弹性模型(如Neo-Hookean模型、Mooney-Rivlin模型、Ogden模型),再到描述复杂材料行为的损伤模型和粘塑性模型,本书都将提供清晰的数学描述和广泛的工程应用背景。我们将重点分析不同模型的优缺点,以及如何根据具体材料特性和工程需求选择最合适的本构模型。 驾驭几何非线性带来的挑战: 当结构发生显著变形,甚至局部稳定性发生改变时,线性有限元方法将不再适用。本书将详尽阐述几何非线性的概念,包括大位移、大转动效应,以及应力刚度矩阵的引入。您将理解如何在有限元框架下,通过引入应力刚度矩阵来修正刚度矩阵,从而准确捕捉结构的变形耦合效应和屈曲现象。本书将深入分析梁、壳、板等结构的屈曲和后屈曲行为,为设计抵抗失稳的结构提供坚实的理论支撑。 解决复杂的接触与碰撞问题: 现实工程中,物体之间的接触是不可避免的,尤其是在动态场景下。本书将系统介绍有限元方法在处理非线性接触问题上的关键技术。这包括对接触算法的深入探讨,如罚函数法、拉格朗日乘子法,以及如何处理摩擦、粘着等复杂的接触条件。读者将学会如何构建和求解包含接触约束的非线性有限元方程,理解接触状态的判定以及信息传递的机制。 理解动态非线性分析的精髓: 在考虑时间依赖性的动态加载和响应时,非线性效应将进一步复杂化。本书将介绍非线性动力学有限元方法,包括如何处理时间积分的非线性问题,以及常用的求解算法,如Newmark-β法、HHT-α法等。我们将结合动量守恒和能量守恒的原理,探讨其在冲击、碰撞、振动等工程问题中的应用。 应用实例的深度剖析: 理论的最终价值在于实践。本书精选了涵盖多个工程领域的典型非线性有限元应用案例。从桥梁、建筑的抗震设计,到航空航天结构的大变形分析;从汽车碰撞安全模拟,到生物力学中软组织的行为预测;再到先进制造工艺中的材料变形研究。每一个案例都将详细展示如何建立模型、选择合适的非线性算法、定义材料本构、施加载荷边界条件,以及如何解释和验证仿真结果。这些案例将极大地帮助读者将所学理论融会贯通,并激发他们在实际工程中应用非线性有限元技术的信心。 本书的目标读者: 本书适合于力学、土木工程、机械工程、航空航天工程、材料科学、生物医学工程等相关领域的本科高年级学生、研究生、科研人员和工程师。如果您具备一定的有限元分析基础,并希望深入理解和掌握非线性有限元方法的理论和应用,本书将是您不可多得的良师益友。 踏上这场知识的探索之旅,您将不仅仅是掌握一种计算工具,更是获得了一种理解和预测复杂材料世界行为的强大能力。 无论您面临的是结构在极端载荷下的失效风险,还是需要优化设计以实现前所未有的性能,本书都将为您提供坚实的理论基石和丰富的实践指导。让我们一起,揭开连续体和结构非线性行为的奥秘,开创工程设计的新纪元。

作者简介

目录信息

读后感

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Finite element analysis from an engineering perspective. Mathematicians should not expect to find in this book the gory details of functional analysis which in effect pieces the technicalities of FEA together under an elegant theoretical framework. However ...

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用户评价

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这本书的封面就给我一种厚重而专业的感觉,预示着它将是一本能够深入探讨“连续体和结构的非线性有限元”这一复杂主题的著作。在我的研究经历中,我曾多次遇到过由于未能充分理解非线性行为而导致仿真结果与实际情况偏差较大的情况。例如,在模拟橡塑材料的力学性能时,其高度非线性的应力-应变关系,以及可能出现的拉伸拉断、压缩屈曲等现象,都使得传统的线性分析方法显得力不从心。我相信这本书能够为我提供一个系统性的框架,帮助我理解和掌握如何准确地模拟这些非线性行为。我尤其期待书中关于“连续体”的非线性分析能够深入到本构模型的发展和选择,比如超弹性、粘弹性、以及更复杂的塑性损伤模型。如何将这些复杂的数学模型转化为计算机可以执行的算法,并且保证数值计算的稳定性和效率,这本身就是一个巨大的挑战。对于“结构”的非线性分析,我希望书中能够涵盖诸如几何非线性、材料非线性以及接触非线性等多种非线性因素的耦合分析。例如,在机械设计中,当两个部件相互作用时,接触和摩擦的非线性效应是至关重要的。书中能否提供一些先进的接触算法,或者如何有效处理这些复杂边界条件的方法?我相信通过深入研读这本书,我将能够更准确地模拟复杂工程系统的力学行为,为我的设计和分析提供更可靠的依据。

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说实话,当我第一次看到这本书的书名时,我就被它深深吸引住了。在我的科研生涯中,非线性有限元方法一直是我的一个研究重点,但很多时候,我们都在不断地摸索和尝试,缺乏一个系统性的、权威性的参考。这本书,似乎正是填补了这一空白。我尤其感兴趣的是书中关于“连续体”的非线性分析部分,这涵盖了从微观到宏观的各种材料行为,比如弹性、塑性、粘弹塑性,甚至更复杂的损伤力学和断裂力学。如何将这些复杂的本构关系有效地融入到有限元框架中,并且保证数值计算的稳定性和准确性,这无疑是一个巨大的挑战。我相信这本书会提供一些创新性的解决方案和深入的理论推导。对于“结构”的非线性分析,我特别期待它在处理大变形、接触和屈曲等问题上的具体方法。在很多工程应用中,比如汽车碰撞模拟、机械装联的装配过程,甚至生物力学领域,这些非线性效应都是决定性的。书中会不会介绍一些先进的接触算法,或者专门用于处理大变形问题的单元?这些都是我非常想知道的。这本书的深度和广度,预示着它将成为我们研究非线性有限元领域不可或缺的重要参考书。我期待着通过它,能够将我的研究推向新的高度。

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这本书的出现,无疑为我们这些在工程领域深耕多年的研究人员和工程师们提供了一份宝贵的知识财富。我在翻阅目录之初,就被其严谨的结构和宏大的主题所吸引。“连续体和结构的非线性有限元”,这不仅仅是一个技术名词的堆砌,更代表着对现实世界复杂力学行为的深刻洞察和模拟能力的飞跃。在实际工程应用中,我们常常面临各种非线性问题,例如材料屈服、大变形、接触等,这些现象在传统的线性有限元方法中往往难以准确捕捉。而这本书,似乎就是为解决这些挑战而生,它系统地梳理了非线性有限元分析的理论基础,从连续体力学的基本概念出发,逐步深入到各种非线性问题的数值离散和求解策略。我尤其期待能够从中学习到更精妙的数值算法,例如处理奇异性和病态问题的技术,以及如何有效地提高计算效率和收敛性。此外,书中对不同类型结构的非线性行为的分析,如梁、板、壳以及复杂的空间结构,我想也会包含大量实用的案例和详尽的推导过程,这将极大地帮助我理解和解决我在实际工作中遇到的复杂工程问题。我坚信,通过深入研读这本书,我能够进一步提升我对非线性力学行为的理解能力,并且能够将更先进的数值模拟技术应用于我的科研和工程实践中,为解决更具挑战性的工程难题贡献力量。这本书的出版,不仅仅是一次知识的传递,更是一种能力的赋能,让我对未来的工作充满期待。

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对于我们这些在实际工程领域工作的工程师来说,一本好的技术书籍意味着能够解决多少实际问题,能够提升多少工作效率。这本书《连续体和结构的非线性有限元》的出现,在我看来,就是为我们提供了一套强大的武器。在我的日常工作中,我经常需要对一些复杂的机械部件进行应力分析,特别是当这些部件工作在高温、高压或者承受冲击载荷时,材料的塑性变形和残余应力的影响是不可忽略的。传统的线性分析往往无法提供足够准确的结果,而我们需要的是能够精确预测这些非线性行为的工具。这本书,我想就是能够赋予我们这种能力。我特别期待书中关于时间积分和迭代求解策略的详细介绍。非线性问题的求解往往涉及到大量的迭代过程,如何选择合适的迭代算法,如何保证收敛性和计算效率,这直接影响到我们分析的成败。此外,书中对不同边界条件和载荷施加方式在非线性分析中的影响,以及如何处理接触和摩擦等复杂边界条件,我想也会有非常详尽的论述。这些细节对于我们构建精确的仿真模型至关重要。这本书的实用性,我想是它最大的价值所在,它能够帮助我们克服实际工程中的技术瓶颈,做出更可靠的设计决策。

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当我拿到这本《连续体和结构的非线性有限元》时,我的第一反应是这本书的专业性和深度。在我的研究领域,我们经常需要处理各种复杂的力学问题,其中很多都涉及到非线性因素,例如材料的塑性变形、结构的屈曲与失稳、以及物体之间的接触与摩擦。传统的线性有限元分析往往难以准确捕捉这些现象,因此,深入理解和掌握非线性有限元方法就显得尤为重要。我特别期待书中能够详细介绍各种非线性连续体本构模型的理论基础和数值实现,包括但不限于塑性、损伤、以及断裂力学。如何将这些复杂的材料行为有效地融入到有限元分析框架中,并且保证计算的稳定性和精度,这是我一直以来所关注的重点。对于“结构”的非线性分析,我非常希望书中能够涵盖诸如几何非线性、材料非线性以及接触非线性等多种非线性因素的耦合分析。例如,在模拟大型桥梁或高层建筑的动力响应时,大变形和材料非线性往往是不可忽视的因素。书中是否会提供一些关于如何处理这些复杂边界条件,以及如何提高计算效率的实用技巧?我相信,通过深入学习这本书,我将能够更全面地理解和掌握非线性有限元分析的核心技术,并将其有效地应用于我的科研和工程实践中,解决更具挑战性的问题。

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自从接触到有限元方法以来,我就一直对非线性分析领域充满浓厚的兴趣,但同时也深感其复杂性和挑战性。这本书《连续体和结构的非线性有限元》的出版,无疑为我们提供了一个难得的学习机会。在我看来,非线性有限元分析的核心在于如何准确地描述和预测材料在应力作用下的变形和响应,而这往往涉及到复杂的本构关系和迭代求解过程。我特别希望这本书能够深入阐述各种材料的非线性本构模型,例如塑性、损伤、断裂等,并提供如何在有限元框架下有效地实现这些模型的详细指导。这对于理解和模拟诸如金属塑性变形、岩石破裂、或者复合材料失效等问题至关重要。此外,对于“结构”的非线性分析,我非常关心书中关于大变形、屈曲和接触等问题的处理方法。例如,在模拟轻质高强材料的结构设计时,屈曲和失稳的风险往往很高,而精确预测这些现象需要高度精密的非线性分析。书中能否提供一些关于如何选择合适的单元类型、如何进行几何非线性分析,以及如何有效地控制求解过程的收敛性?这些都是我在实际研究中经常遇到的问题。我相信,通过学习这本书,我能够进一步提升我对非线性有限元理论的理解,并将这些知识有效地应用于我的科研和工程实践中。

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当我拿到这本《连续体和结构的非线性有限元》时,我脑海中首先浮现的是那些在实际工程设计中常常遇到的棘手问题。想象一下,在航空航天领域,飞机结构在高速飞行中承受着巨大的气动载荷和温度变化,材料的塑性变形和构件的失稳现象都可能发生,这些都是典型的非线性问题。在桥梁工程中,大跨度桥梁在风荷载作用下的颤振,或者在地震发生时的非线性动力响应,也需要通过非线性有限元方法来精确模拟。这本书所涵盖的内容,正是我们迫切需要的。它不仅仅是理论的堆砌,更是对实际工程问题的直接回应。我尤其关注书中关于大变形有限元方法的讨论,如何准确地描述物体几何形状的变化,以及如何处理随之而来的刚度矩阵的变化,这对于模拟诸如橡胶部件、柔性机械臂等具有显著几何非线性的问题至关重要。此外,材料非线性,特别是塑性、损伤和疲劳的模拟,也是我在工作中经常遇到的难点。这本书对这些材料本构模型的选择、离散化以及在有限元框架下的实现,我想会给予我非常有价值的指导。它提供的不仅仅是计算方法,更是对复杂物理现象的深刻理解,这对于培养和提高工程师的洞察力至关重要。我相信,通过学习这本书,我将能够更自信地应对各种复杂工程挑战,为项目的成功提供坚实的理论和技术支撑。

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在我看来,一本能够真正指导实践的工程技术书籍,其价值在于它能够帮助我们解决实际工作中遇到的难题。《连续体和结构的非线性有限元》这本书,从书名上看,就直指当前工程领域最复杂、最关键的问题之一。我尤其关注书中关于“连续体”非线性行为的阐述,这涉及到材料本身的力学特性,例如在极端载荷下的塑性流动、疲劳损伤累积、甚至更复杂的相变或化学反应引起的力学行为。如何将这些复杂的本构关系通过数学模型进行描述,并将其转化为有限元方法可以处理的数学方程,这本身就是一个巨大的挑战。我相信书中会提供一些创新性的方法和详细的推导过程。对于“结构”的非线性分析,我非常期待书中能详细讲解如何处理诸如大变形、接触、屈曲、失稳等现象。例如,在航空航天领域,飞机机翼在承受气动载荷时的变形,或者在汽车碰撞中,车身的变形和吸能机制,都属于典型的非线性结构分析问题。书中是否会提供一些关于如何选择合适的数值方法来处理这些复杂问题,以及如何提高计算的稳定性和效率的指导?这些都是我在实际工作中迫切需要了解的。这本书的出现,无疑将为我们提供一个坚实的理论基础和一套有力的分析工具,帮助我们更有效地解决复杂工程问题。

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这本书的题目本身就揭示了它所要解决的核心问题——如何利用有限元方法来分析连续体和结构的非线性行为。在我过去的学习和工作经历中,我曾多次遇到过这样的挑战:传统的线性分析方法在面对如材料屈服、大变形、接触等复杂的物理现象时,显得捉襟见肘,无法提供准确的预测。这本书的出现,在我看来,恰好能够弥补这一重要的知识空白。我尤其期待书中能够深入探讨各种非线性本构模型的建立和实现,例如塑性、损伤、以及热-力耦合的非线性行为。如何将这些复杂的数学描述转化为有限元方程组,并且确保数值计算的稳定性和收敛性,这是非线性有限元分析的关键所在。对于“结构”的非线性分析,我特别关注书中关于接触和摩擦问题的处理。在许多实际应用中,如机械连接、碰撞模拟等,接触和摩擦的非线性效应是决定性的。书中能否提供一些先进的接触算法,或者如何有效地处理复杂接触边界条件的方法?此外,对于大变形问题的分析,如何选择合适的单元类型和数值方法来保证计算的精度和效率,这也是我非常感兴趣的部分。我相信,通过研读这本书,我将能够获得更深层次的理解,并能够将这些先进的分析技术应用于我的工程实践中,从而解决更多复杂的问题。

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我在阅读这本书的章节标题时,脑海中立刻浮现出许多具体的研究方向和工程应用场景。对于“连续体”的非线性行为,例如在材料科学领域,我们常常需要研究材料在极端条件下的力学响应,比如金属在高温下的蠕变,或者聚合物在高应变率下的动态行为。这些都属于连续体非线性的范畴。这本书能否提供关于这些高级材料模型的理论基础和数值实现方法?例如,如何选择合适的本构方程来描述这些复杂行为,以及如何在有限元框架下对这些方程进行离散化和求解。对于“结构”的非线性分析,特别是在工程结构,例如大型土木工程结构(如大坝、隧道)在荷载作用下的变形和破坏,或者在航空发动机叶片在高应力下的疲劳失效,都需要非线性有限元方法来精确预测。书中对这些特定结构的非线性行为分析,例如如何处理结构的屈曲、失稳和破坏,这些都是我非常感兴趣的部分。我特别希望书中能够提供一些关于如何进行模型减振以及如何进行后处理分析的指导,例如如何从非线性有限元结果中提取有用的工程参数,并将其应用于实际设计和评估中。这本书的理论深度和应用广度,将极大地拓展我的研究视野。

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