Finite Element Procedures for Contact-Impact Problems (Oxford Science Publications) pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Oxford University Press, USA

作者:Zhi-Hua Zhong

出品人:

頁數:384

译者:

出版時間:1993-07-22

價格:USD 98.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780198563839

叢書系列:

圖書標籤:

• 有限元方法
• 接觸力學
• 衝擊力學
• 數值分析
• 結構力學
• 計算力學
• 工程力學
• 固體力學
• 非綫性分析
• Oxford Science Publications

《有限元方法在接觸-衝擊問題中的應用》 本書深入探討瞭在工程分析領域中，尤其是涉及結構在相互作用或高速碰撞時的行為預測，至關重要的有限元方法（FEM）在處理接觸和衝擊問題中的一係列高級程序與技術。全書以牛津科學齣版社的嚴謹學術風格呈現，旨在為研究人員、工程師和高級學生提供一個全麵且實用的指南。 內容詳述： 本書的第一部分奠定瞭堅實的基礎。它首先迴顧瞭接觸問題的基本物理原理，包括接觸力的産生、邊界條件的處理以及能量的耗散機製。隨後，詳細介紹瞭有限元方法在離散化連續介質方麵的核心概念，如單元選擇、插值函數、高斯積分等。在此基礎上，本書著重闡述瞭處理接觸界麵不同類型（如粘閤、滑動、分離）的離散化策略。這包括瞭節點-麵（node-to-surface）、麵-麵（surface-to-surface）以及更先進的孤立（tied-up）和自由-自由（free-to-free）接觸算法。對於每一個算法，本書都詳細闡述瞭其數學模型、離散化方程的構建，以及在迭代求解過程中的收斂性考慮。 進入衝擊問題的範疇，本書詳細解析瞭高速變形和應力波傳播的建模。它深入探討瞭衝擊載荷的引入方式，如準靜態加載、動載荷以及瞬態響應的求解。特彆地，本書關注瞭衝擊過程中材料的非綫性行為，包括塑性、損傷以及相變等。為此，書中詳細介紹瞭能夠捕捉這些復雜物理現象的材料本構模型，例如 Johnson-Cook 模型、Mead-Kuznetsov 模型等，並闡述瞭如何將其有效地集成到有限元框架中。 本書的另一重要組成部分是關於數值算法的精細化處理。對於求解非綫性方程組，書中詳述瞭多種迭代求解器，包括 Newton-Raphson 方法及其變種，如修正牛頓法、準牛頓法等，並分析瞭它們在處理接觸-衝擊問題時的效率和穩定性。在時間積分方麵，本書重點介紹瞭顯式和隱式時間積分方法的原理、適用範圍以及在衝擊問題中的精度與穩定性分析。例如，在分析高頻振動和快速動力學響應時，顯式方法因其固有的穩定性而常被采用，本書將詳細講解其時間步長限製和處理技巧。對於需要高精度的長時程分析，隱式方法則被深入探討，包括其收斂性加速技術。 此外，本書還涵蓋瞭大規模計算的策略。在處理大型三維模型時，並行計算和分布式計算技術至關重要。書中介紹瞭如何利用 MPI (Message Passing Interface) 和 OpenMP (Open Multi-Processing) 等並行計算框架來優化有限元計算的效率。針對內存管理和數據結構的設計，本書也提供瞭實用的建議，以確保在有限的計算資源下能夠有效地解決復雜問題。 最後，本書通過一係列精心挑選的工程案例，展示瞭所介紹的有限元程序的實際應用。這些案例涵蓋瞭從汽車碰撞安全、航空航天器結構動力學，到生物力學中的組織損傷模擬等廣泛領域。每個案例都詳細描述瞭問題的背景、模型的建立、材料參數的選取、邊界條件的施加以及計算結果的分析與驗證。通過這些具體實踐，讀者可以深入理解有限元方法在接觸-衝擊問題中的強大能力，並學會如何將其應用於解決實際工程挑戰。 本書的目標讀者： 本書主要麵嚮對有限元方法在接觸-衝擊問題中的應用感興趣的機械工程、土木工程、航空航天工程、材料科學以及相關領域的本科高年級學生、研究生以及從事相關研究和工程實踐的專業人士。對於希望深入理解接觸-衝擊耦閤機理、掌握先進數值分析技術並將其應用於復雜工程模擬的讀者而言，本書將是一個不可多得的參考。

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從一個應用工程師的角度來看，這本書最大的價值在於其對“實用性”的執著追求。很多理論書籍往往止步於完美的數學模型，但在現實的衝擊場景中，材料的損傷、非均勻溫度場、接觸麵的磨損等因素都使得問題復雜度呈指數級增長。本書在這方麵並未迴避這些“髒活纍活”，而是勇敢地將其納入討論範圍。我特彆欣賞其中關於材料本構模型的選擇和定製化的章節，它詳細討論瞭如何將彈塑性、粘彈性乃至粘塑性模型融入到接觸算法中，並著重分析瞭由此帶來的數值計算成本和精度權衡。作者甚至專門闢齣一個章節來探討並行計算和高效迭代求解器在處理大規模接觸問題時的策略。這錶明作者的視野不僅停留在理論推導，更延伸到瞭如何讓這些復雜的模型在現代高性能計算平颱上高效運行。這種對工程實現細節的關注，使得這本書遠超一般教材的範疇，更像是一本高級研發人員的參考手冊。

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讀完這本書，我産生瞭一種“豁然開朗”的感覺，尤其是在麵對那些看似無解的邊界條件耦閤問題時。作者在處理強非綫性係統時所展現齣的數學洞察力令人印象深刻。特彆是關於接觸狀態的識彆與更新機製的論述，不再是簡單的“開”或“關”，而是引入瞭更精細的接觸力梯度分析。書中對於殘差的構建和求解器的選擇，體現瞭對數值穩定性的深刻理解。這種深度體現在，即便是在討論一些相對較新的算法時，作者也總能追溯到其背後的物理意義和數學收斂性保證。整本書的語言風格是極其精確和剋製的，沒有多餘的修飾，每一個句子都像是在進行一次嚴謹的邏輯陳述。對於那些尋求突破現有數值模擬瓶頸的研究者而言，這本書提供的啓發性見解，其價值遠超定價。它成功地搭建瞭一座從經典力學理論到前沿數值計算方法的堅實橋梁，是相關領域不可或缺的寶貴資源。

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我對這本書的深入分析能力感到由衷的欽佩。它在處理接觸麵非綫性問題時的處理方式，簡直可以說是教科書級彆的典範。作者並沒有簡單地采用現有的、略顯陳舊的接觸算法，而是花費瞭大量的篇幅來詳細剖析不同接觸模型（如罰函數法、增廣拉格朗日法等）在不同物理場景下的優缺點和數值穩定性問題。我記得有一章專門討論瞭摩擦力的精確建模，那段論述極其細膩，從庫侖摩擦到更復雜的粘滯和速率依賴性摩擦，每一種情況的數學描述和有限元離散化步驟都交代得一清二楚。更值得稱贊的是，書中穿插瞭大量的理論推導和算例驗證，這些驗證不僅僅是展示結果，更是揭示瞭算法對網格質量、時間步長等關鍵參數的敏感性。這種對“細節決定成敗”的深刻理解，貫穿瞭全書。對於一個需要將理論應用於實際工程問題的人來說，這本書提供的不僅僅是公式，更是一種解決實際難題的思維框架和工具箱，它教會你如何“診斷”你的數值模擬結果是否可靠，而不是盲目接受。

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這本書的排版和插圖質量，簡直是學術齣版物的標杆。在涉及復雜的幾何模型和應力分布可視化時，圖錶的清晰度直接決定瞭讀者對概念的理解效率。我發現這本書在這方麵做得非常齣色。所有的有限元網格劃分示意圖、接觸域的邊界識彆圖，都采用瞭高分辨率的圖形，即便是放大觀察細節，綫條也依然銳利清晰，沒有齣現任何模糊不清的瑕疵。更重要的是，作者在選擇展示的圖形時，具有極強的目的性，每一張圖都是為瞭說明一個特定的力學現象或算法步驟，而不是為瞭填充版麵。例如，在展示衝擊載荷傳播路徑時，作者用一組時間序列的雲圖清晰地勾勒齣瞭波的反射與摺射過程，這種視覺化的輔助效果，大大降低瞭理解高維問題的認知負荷。總的來說，這本書在視覺傳達上的專業性，完全配得上其深厚的學術內容，使得長時間的閱讀也不會因為視覺疲勞而分散注意力。

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這本書的封麵設計著實吸引眼球，那種深沉的藍色調，配上精煉的白色字體，立刻就給人一種專業、嚴謹的感覺。拿到手裏沉甸甸的，紙張的質感也相當不錯，一看就是經過精心打磨的學術專著。我首先被它的結構吸引瞭。它並非那種枯燥的公式堆砌，而是脈絡清晰地從基礎理論齣發，逐步深入到復雜的接觸-衝擊問題的求解技術。作者在引言部分就明確指齣瞭當前研究領域中的痛點和本書試圖解決的關鍵挑戰，這種開門見山的態度讓人耳目一新。尤其是在前幾章對基本力學原理的梳理，無論是對初學者還是對資深研究人員來說，都是一次極佳的知識迴顧和鞏固。它沒有止步於已有的經典理論，而是巧妙地引入瞭一些較新的數值方法框架，為後續章節的深入探討打下瞭堅實的理論基礎。閱讀過程中，我特彆留意瞭章節間的邏輯銜接，發現作者在組織材料時，仿佛在引導讀者進行一場精心策劃的學術漫步，每一步都有清晰的目的地，讓人感覺每翻過一頁都在知識的階梯上穩步攀升。這種對敘事節奏的精準把握，使得原本可能晦澀難懂的有限元過程變得相對流暢易懂。

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