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教材《有限单元法基础》介绍
[ 作者:佚名 来源:哈工大(威海)土木工程系 浏览:3285 录入时间:2011年11月15日 ]

       本书是在高等教育出版社的土木工程系列教材《有限单元法基础》基础上,由哈尔滨工业大学结合近年教学体会,从加强有限单元法的编程技能出发,吸取英国学者Smith I.M. 美国学者 Griffiths D.V.合著的国外名著《有限单元法编程》的丰富资源,用计算功能强大、丰富、方便的图形功能、编程效率高、扩充能力强、语句简单、易学易用的MATLAB进行编程,将汉化和调试通过的函数做成MATLAB有限元工具箱,以利于学习应用。

       全书共分十二章,包括绪论、MATLAB预备知识、变形体虚位移原理、杆系结构单元和整体分析、弹性力学平面问题有限元、空间问题与轴对称问题以及弹性板壳有限元分析初步及从杆系开始的MATLAB程序,最后对有限元精细化分析的若干问题进行了探讨。从教学需要考虑,要想深入理解和掌握弹性力学及MATLAB相关知识,当然需要进一步学习相关的书籍、资料。但作为有限元原理和编程的入门,所涉及的基本知识在第23章都做了必要的铺垫,对学习本书基本是够用的。

作为有限单元法原理及编程的教材,从杆系结构有限单元法开始是合适的。如果读者没有学过结构力学的矩阵位移法,使用本教材组织教学,不仅可以掌握有限单元法的基本原理,也应该可以达到结构力学对这部分内容的基本要求。对于已经学过并较好掌握矩阵位移法的读者,可以跳过第45两章。但由于MATLAB程序的前后一致性,建议读者还是阅读一下第5章的程序为好。

       Smith I.M. Griffiths D.V.《有限单元法编程》内容很丰富,限于本书理论部分只介绍有限单元法基础,因此将在MATLAB R2010b下调试通过的全书所有MATLAB函数、例题及超出基础内容的部分程序均放在网站上,读者可以免费下载,以供学习时参考和应用。

       本书作为土木系列教材之拓展,尽量考虑了大土木的需要,同时也可供交通、水利、工程力学、机械、材料等等专业本科教学使用。也可作为有关工程技术人员和硕士研究生学习有限单元法及编程的入门参考书。

前言

       上世纪80年代以来,我国高等学校纷纷在土木、水利、交通工程和理论应用力学专业的本科教育计划中,将有限单元法列入了选修课。近30年计算机硬软件技术是发展最快的科学技术之一,上世纪80年代一台286的计算机要卖一万多元人民币,而今一台奔腾IIIIV主频达到1G以上的台式计算机只有几千元钱,这就为计算机的普及提供了物质基础。另一方面,计算机及相关学科的高新技术促进了土木工程学科和技术的变革。比如说,上世纪80年代虽开始有一些工程设计部门用计算机出图,但是普及程度很低。现在无论是单位还是个人,谁还用图板出施工图?因此,作为21世纪土木、水利、交通、机械、材料工程等等的工程技术人员,只会使用上市的商用软件作设计,根本不懂作为这些计算设计软件核心的有限单元法知识,没有任何编程能力,可以说这样的学生是不能满足21世纪对人才的要求的。基于这样的思想,我们早就想出一本集基本理论、原理、方法和程序编制与应用等内容于一书的本科生教材,但由于种种原因拖延至今才得以实现。

       本书内容分为十二章,包括绪论、MATLAB预备知识、变形体虚位移原理、杆系结构单元分析和整体分析、弹性力学平面问题有限元、空间问题与轴对称问题以及弹性板壳有限元分析初步,从杆件体系结构开始,每一类问题理论内容都对应有一章MATLAB程序,最后对有限元精细化分析的若干问题进行了探讨。

长期的教学经验表明,只学有限单元法原理而不涉及程序的实现,多数读者都难以切实掌握有限单元法。遇到现有软件不能解决的问题时,或者束手无策,或者凭想当然勉强建模用现有软件进行分析,其结果的科学、可靠性就很难保证。在了解原理的基础上,配合程序的阅读、自行编调一些小的程序,对切实掌握有限单元法,确保分析的科学、可靠性是必不可少的。无疑作为工程与科学计算的计算机高级语言,FORTRAN是最好的。但是,由于MATLAB计算功能强大、丰富、方便的图形功能、编程效率高、扩充能力强、语句简单、易学易用的突出优点,为工程与科学的计算提供了极大的方便,相对来说学习和掌握它比MATLAB要困难,因此本书选用MATLAB作为语言工具,讲解有限元原理的具体程序实现。

本书所涉及的全部程序源代码均在MATLAB R2010b下经过严格测试,它们与部分超出本书有限元基础内容的程序源代码一起均放在网站上,读者可以免费下载以便学习参考和应用。

       本书的有限单元法基本原理部分取自《有限单元法基础》,该书由哈尔滨工业大学王焕定、广州大学焦兆平主编,王焕定和张春巍修编。虽然未做大的修改,但为了结合编程,还是有许多修改与补充的。本书各有限单元法程序以Smith I.M. Griffiths D.V.《有限单元法编程》4th_ed为蓝本,进行了汉化注释和由FORTRANMATLAB的转换。本书第2MATLAB预备知识主要取材于MATLAB基础与应用教程》。为此,对上述两书的作者们致以衷心的感谢。全书由王焕定指导编写、负责统稿,王焕定负责编写第134512章和第8章部分内容,此外还对部分源代码进行了转换及调试,陈少峰负责大部分源代码的转换、汉化和调试及第2章的编写,第67章由边文凤编写,第89章由陈再现编写,第1011曾森编写。本书由徐荣桥教授负责主审,徐荣桥教授审阅的认真、细致使作者感动,所提出的十分宝贵的意见和建议,为提高本书质量帮助极大,对此我们深表感谢。

       本书尽力考虑了面向大多数读者,尽可能深入浅出,力求做到概念清晰,层次分明,使之便于学习,便于教学。虽然每一位编著者都使出了全身解数,力争所写拙作能达到上述目标。但限于我们的能力和水平,书中的不当之处敬请读者和教师批评指正。

      

                                                         编著者  2011.5

 

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文章发布员:陈立章
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