杆系结构有限元分析与MATLAB应用

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出版者:中国水利水电
作者:刘树堂
出品人:
页数:291
译者:
出版时间:2007-1
价格:39.00元
装帧:
isbn号码:9787508441412
丛书系列:
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具体描述

本书紧密结合MATLAB编成语言,系统地介绍了杆系结构有限元分析方法。

  本书共分9章,第1章概括地介绍了杆件结构的基本类型及其分析的基本概念。第2章到第7章分别介绍了连续梁、平面桁架、平面刚架、平面板架、空间桁架和空间刚架这6种典型杆系结构的分析方法,其中的第一章相对独立性比较强,便于读者快捷地学习各章内容。第8章给出了6种基本杆系结构类型的分析程序及分析例题。第9章比较详细地介绍了杆系结构特殊问题的分析方法,如支座发生位移、弹性支座、倾斜支座、平面节点、杆件传力中断、杆件端部弹性连接、梁柱单元等。另外,本书还给出了6种典型杆系结构的计算分析习题。在附录中给出了荷载和其他因素作用于约束杆件所产生的约束杆端力。

  本书是结构工程及其相关专业的工程技术人员和科研人员从事结构分析计算的必备科技书,也可作为高等院校相关专业师生的教材和教学参考书。

结构力学之旅:从经典理论到现代计算 本书旨在引领读者踏上一段深入探索结构力学奥秘的旅程,聚焦于如何运用先进的计算工具来分析和理解各类结构的受力行为。我们不会局限于单一的理论框架,而是力求打通理论与实践的桥梁,让读者能够将抽象的力学原理转化为解决实际工程问题的强大武器。 第一部分:结构力学的基石——理论回顾与概念梳理 我们将从最基础的结构力学概念入手,为后续的深入分析打下坚实基础。内容将涵盖: 材料力学的基本原理: 深入理解应力、应变、弹性模量、泊松比等基本概念,它们是分析任何结构受力行为的出发点。我们将探讨不同材料在受力下的变形特性,以及应力集中的现象及其影响。 杆件的受力特性: 重点分析最基础的结构构件——杆件。我们将详细讲解轴向力、剪力、弯矩和扭矩的概念及其在杆件内部的分布规律。通过对简单杆件(如桁架、梁)的受力分析,建立起直观的力学模型。 静力平衡与动力学基础: 回顾牛顿运动定律,强调结构分析中的静力平衡方程(合外力为零,合力矩为零)。同时,触及动力学分析的初步概念,例如惯性力和振动,为理解动态响应打下基础。 梁的挠曲线与弯曲理论: 深入探讨梁在承受横向载荷时的弯曲变形。我们将介绍梁的挠曲线方程,以及如何通过积分方法求解不同边界条件下梁的挠度和转角。弯曲应力与剪应力的计算方法也将得到详细阐述。 材料的失效准则: 理解材料在何种条件下会发生屈服或断裂,这是保证结构安全的关键。我们将介绍常用的强度理论,如最大应力理论、最大剪应力理论、以及更复杂的屈服准则。 结构体系的分类与特点: 介绍不同类型的结构体系,如静定结构、超静定结构,以及它们的分析方法上的差异。重点阐述静定结构的力学解法,并为超静定结构的求解方法做铺垫。 第二部分:有限元分析的理论精髓——从离散化到整体响应 本部分将系统地介绍有限元分析(FEA)的核心理论,这是一套强大的数值方法,能够求解复杂结构的力学问题。 离散化的思想: 核心概念是“分而治之”。我们将解释如何将一个连续的、复杂的结构域离散化成一系列简单的、离散的单元(如杆单元、梁单元、三角形单元、四边形单元等)。 单元的建立与形函数: 详细讲解如何为不同类型的单元建立数学模型。这包括确定单元的节点、节点位移(或力)的自由度,以及引入形函数(插值函数),用于描述单元内部的位移场与节点位移之间的关系。 单元刚度矩阵的推导: 这是有限元分析的核心工作之一。我们将演示如何利用虚功原理或能量原理,推导出描述单元抵抗变形能力的单元刚度矩阵。这个矩阵将单元的节点力与节点位移联系起来。 整体刚度矩阵的组装: 介绍如何将各个单元的单元刚度矩阵,根据节点连接关系,组装成描述整个结构抵抗变形能力的整体刚度矩阵。这个过程需要精确的节点编号和自由度映射。 边界条件的施加: 探讨如何在整体刚度方程中施加各种边界条件,包括位移约束(固定端、简支端等)和力的施加(集中力、均布力等)。 求解节点位移: 通过求解线性方程组 [K]{u} = {F},其中 [K] 是整体刚度矩阵,{u} 是节点位移向量,{F} 是节点力向量,来获得整个结构的节点位移。 单元内应力和应变恢复: 一旦获得节点位移,我们就可以利用单元的形函数和材料属性,计算出每个单元内部的应力(如轴向应力、弯曲应力)和应变。 误差分析与收敛性: 简要介绍有限元分析的误差来源,以及如何评估分析结果的准确性。探讨单元的精细化(网格细化)对结果收敛性的影响。 高级单元类型简介(可选): 根据需要,可以简要介绍一些更高级的单元类型,如壳单元、实体单元,以应对更复杂的几何形状和三维受力情况。 第三部分:结构分析的数值实践——工具与方法 本部分将聚焦于如何利用现有的计算工具来实现结构力学分析,并特别关注一种强大的数值计算语言。 结构分析软件的应用概览: 简要介绍市面上常见的商业有限元分析软件(如ANSYS, ABAQUS, COMSOL等),以及它们在工程领域的广泛应用。分析这些软件的优缺点和适用范围。 数值计算语言的选择与优势: 探讨为什么选择一种灵活且功能强大的数值计算语言进行结构分析。分析不同语言(如MATLAB, Python等)的特点,以及它们在科学计算和工程仿真方面的优势。 预处理、求解与后处理: 介绍结构分析工作流程的基本步骤: 预处理(Preprocessing): 包括几何建模、材料属性定义、网格划分、边界条件和载荷施加等。 求解(Solving): 利用数值算法(通常是有限元方法)求解控制方程,得到结构响应。 后处理(Postprocessing): 对计算结果进行可视化展示和数据提取,例如位移云图、应力云图、变形动画、特定点的数值输出等。 案例研究与实例分析: 通过一系列具体的工程算例,展示如何应用所学的理论和方法来解决实际问题。这些案例将覆盖不同类型的结构(如桥梁、建筑构件、机械零件等)和不同的载荷工况。 简单桁架结构的静力分析: 从最简单的结构开始,展示如何构建有限元模型,求解节点位移和杆件内力。 梁的弯曲与挠度计算: 通过施加各种载荷和边界条件,计算梁的挠度和弯曲应力分布。 平面应力/应变问题的分析: 引入二维单元,分析平面板件或薄壁结构的受力行为。 接触与非线性分析简介(根据篇幅和读者基础可选): 简要介绍处理接触问题(如零件之间的摩擦与粘连)和材料非线性(如塑性变形)的基本思想。 贯穿全书的理念: 理论联系实际: 每一项理论的讲解都会辅以直观的图示和实际工程中的应用场景,帮助读者理解理论的物理意义。 循序渐进,由浅入深: 从基础概念开始,逐步引入更复杂的理论和方法,确保读者能够跟上学习的节奏。 强调计算工具的辅助作用: 明确指出计算工具并非万能,而是建立在扎实理论基础之上的强大助手,能够解决人手无法计算的复杂问题。 培养独立分析能力: 鼓励读者在掌握方法后,能够独立建模、分析和解释结构行为。 本书将通过清晰的讲解、严谨的逻辑和丰富的案例,帮助读者建立起坚实的结构力学理论基础,并熟练掌握运用现代计算工具进行结构分析的技能,从而在未来的学习和工程实践中,能够自信地应对各种结构挑战。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我特别关注了书中关于实际工程案例分析的部分,但不得不说,这部分的内容深度和广度都远远低于我的预期。案例选择显得非常陈旧和模式化,大多集中在标准的梁、板结构,缺乏对现代工程中常见的复杂几何体、多场耦合问题或者新型材料(如复合材料、智能材料)的探讨。更令人失望的是,即便是对这些传统案例的分析,也仅仅停留在建立有限元模型并得出数值结果的层面。很少有章节深入讨论结果的后处理、误差估计、网格收敛性分析或者与实际试验数据的对比验证。一个真正的有限元分析书籍,理应教会读者如何“质疑”和“验证”自己的计算结果,而不是盲目相信软件输出的数字。这本书似乎过于依赖软件的输出,而没有引导读者建立起批判性的思维,使得我们无法从这些案例中学到如何应对真实世界中那些“不完美”的问题。如果只是想看软件操作演示,市面上有很多更直观的教程,而这本书在案例分析上的乏力,使其在工程应用指导性上大打折扣。

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这本书的语言风格极其晦涩难懂,充满了大量生僻的学术术语和过于冗长复杂的长句,让人读起来气喘吁吁,完全没有流畅感。作者似乎深谙“能用复杂的词汇,绝不用简单的表达”的写作原则。我尝试去理解一些核心的数学物理概念时,经常需要反复阅读同一段话三四遍,甚至不得不查阅其他辅助教材来帮助理解作者到底想表达什么。这完全违背了优秀技术书籍应该追求的“清晰、精确、简洁”的原则。比如,描述一个本构模型时,可以用了将近一百字的描述来定义一个本应简单明了的变量,这种对语言的“过度修饰”极大地消耗了读者的注意力。我甚至怀疑作者在撰写过程中,是否真的按照面向读者的角度进行过审阅和修改。一个好的作者应该充当读者与复杂知识之间的桥梁,而这本书的作者似乎是搭建了一堵高墙,把读者和知识生生地隔开了。这种写作风格,对于需要快速吸收信息的工程师和研究生来说,无疑是一种效率的极大浪费。

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这本书的排版和印刷质量简直是一场灾难,拿到手的时候我就有种不祥的预感。纸张摸起来粗糙得像是砂纸,油墨的晕染情况也令人堪忧,很多图表的线条模糊不清,尤其是那些关键的公式推导过程,简直是用来看“艺术抽象画”的。说实话,作为一个需要精确计算的工程领域学习者,我需要的是清晰、准确的视觉信息,而不是这些让人抓狂的印刷品。更别提目录的编排了,简直是随心所欲,想找个特定章节的内容,简直比在迷宫里找出口还费劲。我花了大量时间试图辨认那些印得像鬼画符一样的符号,这严重拖慢了我的学习进度。这种对基础制作工艺的漠视,让我对书中内容的专业性都产生了深深的怀疑。难道出版社认为,只要内容能勉强凑齐字数,就可以用这种粗制滥造的方式糊弄读者吗?我宁愿花多一点钱买一本装帧精良、印刷清晰的版本,也不想在辨认这些模糊的文字和图形上浪费宝贵的时间。希望未来的再版能够彻底改进这一点,否则,这本书的阅读体验简直是折磨。

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我花了几个小时仔细浏览了这本书的整体结构和逻辑框架,说实话,我感觉作者在内容的深度和广度上存在明显的取舍失衡。一方面,它似乎试图涵盖尽可能多的有限元基础理论,但很多地方讲解得过于碎片化和跳跃,概念之间的衔接非常生硬,使得初学者根本无法建立起一个完整的知识体系。比如,关于单元刚度矩阵的推导部分,很多关键的假设和数学变换过程一带而过,读者很容易停留在“知道有这个公式”的层面,却不理解其背后的物理意义和数学推导的严谨性。另一方面,对于MATLAB的应用部分,虽然提到了很多函数的调用,但往往是“调用A函数,得到B结果”,而缺乏对算法实现细节的深入剖析,比如如何高效地进行矩阵求解、如何处理非线性问题时的迭代策略等,这些才是工程实践中最需要掌握的“内功”。整本书读下来,感觉像是在一个巨大的知识点目录前走马观花,每一个点都碰了一下,但没有一个点能够真正深入挖掘到底。对于那些希望通过这本书系统性掌握“理论+实战”的读者来说,这本书提供的支持是远远不够的,它更像是一本面向已经有一定基础的人员的“快速参考手册”,而不是一本扎实的教材。

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作为一本声称涵盖MATLAB应用的专业书籍,其代码部分的质量和规范性令人不敢恭维。很多示例代码冗长、冗余,变量命名混乱不堪,缺乏必要的注释,完全不符合工程实践中对代码可读性和可维护性的基本要求。我尝试运行书中的一些示例脚本,发现它们常常因为简单的拼写错误、未定义的函数或者错误的矩阵维度操作而直接报错,需要我花费额外的时间去“调试”作者的代码,而不是学习核心的算法思想。这完全颠覆了“代码示例是为了辅助理解”的初衷。更严重的是,一些核心算法的实现,比如迭代求解器的优化、并行计算的初步尝试,在代码中几乎没有体现,显得非常初级和低效。对于已经熟悉MATLAB基础语法的读者来说,这本书提供的代码片段价值有限;而对于初学者来说,这些充满“陷阱”的代码反而会让他们对有限元编程产生不必要的恐惧和挫败感。如果作者不能提供经过充分测试和良好注释的标准代码,那么配套的软件应用章节就失去了其存在的意义和价值。

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理论分析部分很详细,主要是线性结构,相对比较简单。给出了matlab程序,并附有简单解释。程序中没有太多的matlab复杂命令,基本上都是逻辑运算。并未涉及作图部分。

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