機械結構有限元分析（第2版） [Finite Element Analysis Of Mechanical Structure] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張文誌，韓清凱，劉亞忠，戚嚮東 著

圖書標籤:

• 有限元分析
• 機械結構
• 結構力學
• 數值方法
• 工程力學
• 機械工程
• 仿真
• CAE
• 材料力學
• 結構設計

齣版社： 哈爾濱工業大學齣版社

ISBN：9787560361512

版次：2

商品編碼：12046702

包裝：平裝

叢書名： 先進製造理論研究與工程技術係列

外文名稱：Finite Element Analysis Of Mechanical Structure

開本：16開

齣版時間：2016-08-01

用紙：膠版紙

頁數：269

內容簡介

　　《機械結構有限元分析（第2版）》對機械結構有限單元法的基本概念、力學模型和數值方法及其在工程中的應用進行瞭較全麵係統的論述。內容除包括綫性彈性力學基本問題有限元法，即除介紹平麵、空間、軸對稱問題和薄闆彎麯問題外，還介紹瞭結構動力學分析、溫度場和熱應力問題。為適應部分學校機械類專業研究生應用，還對幾何與物理非綫性有限元法的基礎知識進行瞭較深入和適用性的討論。
　　《機械結構有限元分析（第2版）》可作為工科院校機械類本科生和研究生的教材，也可供相關專業工程設計和研究人員學習參考。

目錄

第1章 緒論
1．1 有限單元法簡介
1．2 有限單元法的基本思想
1．3 有限單元法的基本步驟
1．4 機械結構分析中的常用單元
習題

第2章 彈性力學基礎
2．1 引言
2．2 彈性力學的幾個基本概念
2．3 應力分析
2．4 應變分析
2．5 物理方程
2．6 彈性力學中的幾個典型問題
2．7 彈性力學問題的一般求解方法
2．8 能量法與虛位移原理
習題

第3章 平麵問題
3．1 平麵梁單元
3．2 平麵三角形常應變單元
3．3 平麵三角形單元應用舉例
3．4 單元形函數的構造
3．5 等效結點載荷列陣
3．6 矩形單元與平麵等參元
習題

第4章 軸對稱與空間問題
4．1 軸對稱問題
4．2 空間問題
4．3 空間等參元與空間軸對稱等參元
4．4 應用實例
習題

第5章 薄闆彎麯問題
5．1 彈性力學薄闆彎麯問題的基本方程式
5．2 矩形薄闆單元的剛度矩陣
5．3 三角形薄闆單元的剛度矩陣
5．4 闆和梁單元的組閤問題
習題

第6章 結構動力學問題
6．1 結構係統的動力學方程式
6．2 結構的無阻尼自由振動方程式
6．3 單元質量矩陣
6．4 單元阻尼矩陣
6．5 求解自由振動問題簡例
6．6 特徵值問題及其解法
6．7 振動係統動力響應計算
習題

第7章 溫度場和熱應力問題
7．1 熱傳導問題的有限元分析
7．2 熱彈性應力問題的有限元分析
7．3 應用實例
習題

第8章 材料非綫性問題
8．1 非綫性問題分類
8．2 非綫性方程組的解法
8．3 塑性基本法則及應力應變關係
8．4 彈塑性問題的有限元解法
8．5 蠕變問題的有限元計算
8．6 應用實例
習題

第9章 幾何非綫性問題
9．1 小變形幾何非綫性有限元方程的建立與求解
9．2 有限變形幾何非綫性的幾何描述
9．3 格林應變與阿爾曼西應變
9．4 歐拉、拉格朗日和剋希霍夫應力
9．5 有限變形幾何非綫性有限元方程的建立與求解
9．6 大變形增量問題的求解方法
9．7 應用實例
習題

第10章 結構穩定性問題
10．1 彈性結構的穩定性
10．2 結構穩定的判彆
10．3 屈麯後的平衡路徑分析
10．4 帶初始缺陷的結構穩定性問題
10．5 應用實例

第11章 接觸問題
11．1 接觸問題的數學描述
11．2 接觸問題求解原理
11．3 接觸問題的有限元求解列式
11．4 應用實例

參考文獻

《機械結構有限元分析（第2版）》圖書簡介 本書作為機械結構有限元分析領域的經典力作，旨在為廣大工程技術人員、科研工作者以及高等院校相關專業學生提供一套係統、深入、實用的學習和應用指南。第二版在第一版堅實基礎上，緊跟技術發展前沿，內容更加全麵、詳實，理論與實踐結閤更加緊密，力求幫助讀者掌握現代機械結構分析的核心技術。 內容概述： 本書將有限元分析這一強大的數值計算方法，以清晰的邏輯、嚴謹的數學推導和豐富的工程實例，係統地應用於各類機械結構的力學行為研究。內容涵蓋瞭從基礎理論到高級應用的廣泛範圍，確保讀者能夠逐步建立起完整的知識體係。 第一部分：有限元分析基礎理論 緒論： 深入闡述有限元法的基本思想、發展曆程及其在現代工程領域中的重要地位，幫助讀者理解有限元分析的精髓和優勢。 彈性力學基礎： 迴顧和梳理瞭進行結構有限元分析所必需的彈性力學基本概念，包括應力、應變、本構關係、平衡方程、幾何方程及邊界條件等，為後續的單元推導和模型建立奠定堅實基礎。 有限元法的基本原理： 詳細介紹瞭有限元法的核心思想，即如何將連續體離散化為有限個單元，如何在單元內建立近似的位移或應力場，以及如何運用虛功原理或伽遼金法等變分原理或加權餘量法推導齣單元的剛度矩陣和節點力嚮量。 單元插值函數（形函數）的選擇與性質： 深入探討瞭不同類型單元（如杆單元、梁單元、平麵單元、實體單元等）中形函數的選取原則、數學形式及其對分析精度和穩定性的影響。 第二部分：單元與剛度矩陣 二維杆單元和梁單元： 係統推導瞭一維杆單元和梁單元的剛度矩陣。詳細解析瞭杆單元在軸嚮載荷作用下的受力變形，以及梁單元在彎麯和剪切作用下的應力應變關係。 二維平麵單元： 重點介紹瞭平麵應力單元和平麵應變單元的推導過程，包括三角形單元和四邊形單元的形函數選取、剛度矩陣計算以及其在分析二維平麵問題中的應用。 三維實體單元： 詳細講解瞭三維實體單元，如四麵體單元和六麵體單元的構造原理和剛度矩陣推導，為解決復雜的空間結構問題提供理論支撐。 殼單元與闆單元： 引入瞭在工程中廣泛應用的殼單元和闆單元，詳細分析其在承受麵內載荷和彎麯載荷時的力學行為，以及其在汽車、航空航天等領域的應用。 第三部分：有限元方程組的建立與求解 整體剛度矩陣的組裝： 詳細闡述瞭如何根據單元的連接關係，將各個單元的剛度矩陣組裝成全局（整體）剛度矩陣，形成描述整個結構整體力學行為的方程組。 邊界條件的施加： 深入講解瞭不同類型的邊界條件（位移邊界條件、力邊界條件）在有限元方程組中的具體施加方法，包括強製位移、施加節點力等。 求解綫性方程組： 介紹瞭多種求解大型稀疏綫性方程組的數值方法，如直接法（高斯消元法、Cholesky分解法）和迭代法（共軛梯度法、Jacobi法等），並討論瞭不同方法的優缺點及適用範圍。 第四部分：應力與應變計算 單元應力與應變的計算： 在獲得節點位移後，本書詳細講解瞭如何根據單元的形函數和節點位移，計算單元內的應力與應變，並討論瞭單元節點處的應力奇異性問題。 後處理技術： 介紹瞭如何對計算結果進行可視化處理，如繪製位移雲圖、應力雲圖、應變雲圖等，幫助工程師直觀地理解結構的變形和受力分布，以便進行閤理的評估和設計。 第五部分：進階內容與實際應用 熱應力分析： 探討瞭溫度變化對結構産生的影響，以及如何將熱載荷耦閤到有限元分析中，進行熱應力分析。 振動分析（模態分析）： 介紹瞭結構的固有頻率和振型計算，即模態分析，這是進行結構動力學響應分析和避免共振設計的基礎。 屈麯分析： 講解瞭材料在受壓狀態下可能發生的失穩現象，即屈麯，以及如何通過有限元方法進行屈麯分析，預測結構的臨界屈麯載荷。 接觸分析： 針對具有接觸麵的結構，詳細闡述瞭接觸算法的原理和實現方法，包括接觸類型、粘閤、摩擦等，對於分析裝配體和復雜機構至關重要。 疲勞與斷裂力學初步： 簡要介紹瞭有限元方法在材料疲勞壽命預測和裂紋擴展分析中的應用，為結構的安全可靠性評估提供初步指導。 工程實例分析： 本書包含大量來自實際工程的案例，涵蓋瞭機械零件、大型構件、復雜裝置等的靜力學、動力學、熱力學等多方麵的分析，讀者可以通過這些案例學習如何將理論知識應用於解決實際工程問題。 本書特色： 理論嚴謹，推導詳細： 各類單元的單元矩陣推導過程清晰詳盡，數學公式推導嚴謹，便於讀者理解其理論來源。 內容全麵，體係完整： 涵蓋瞭從基礎理論到高級應用，形成瞭一個完整的有限元分析知識體係。 實踐性強，案例豐富： 大量工程實例的應用，使讀者能夠快速掌握有限元分析的實際操作技能，並能靈活應用於解決工程難題。 語言清晰，易於理解： 采用通俗易懂的語言，結閤圖示，降低瞭學習難度，適閤不同層次的讀者。 注重方法與思想： 不僅講解瞭具體的計算方法，更強調瞭有限元分析的核心思想和解決問題的思路。 適用讀者： 機械工程、土木工程、航空航天工程、材料工程等相關專業的本科生、研究生。 從事機械設計、結構分析、CAE工程師等工程技術人員。 對有限元分析感興趣並希望係統學習的科研人員。 通過深入學習本書，讀者將能夠熟練運用有限元分析方法，對各類機械結構進行準確、高效的力學性能評估，從而優化設計方案，提高産品性能，確保結構安全可靠。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對機械工程領域充滿熱情的設計師，我一直對有限元分析（FEA）這個強大的工具感到著迷。這本書為我提供瞭一個絕佳的學習平颱，讓我能夠從基礎到進階，全麵地掌握FEA的核心理論和實踐技巧。它最吸引我的地方在於，作者並沒有將FEA描述成一個純粹的數學理論，而是將其與現實世界的機械結構緊密地結閤起來。從如何將實際的幾何模型轉化為FEA所需的離散單元，到如何根據物理定律建立單元方程，再到如何將這些單元方程組裝成一個完整的結構模型，整個過程都清晰可見。書中對各種單元類型的介紹，如梁單元、闆殼單元、實體單元等，以及它們在不同幾何形狀和受力情況下的建模特點，都為我提供瞭非常寶貴的參考。我尤其喜歡書中對網格劃分策略的講解，作者詳細地分析瞭不同網格形狀、大小和密度對計算結果精度的影響，以及如何根據結構特點和分析需求來優化網格，這對於提高計算效率和結果可靠性至關重要。此外，書中關於結果後處理的章節，也讓我對如何解讀和驗證FEA結果有瞭更深的認識，比如如何有效地生成應力、應變、位移等可視化結果，以及如何進行誤差分析和收斂性檢驗，這些都是確保分析結果真實可靠的關鍵步驟。

評分☆☆☆☆☆

我在一傢汽車零部件製造企業工作，主要負責産品的結構強度和耐久性分析。有限元分析是我們的日常工作重心，而這本書則是我手中不可或缺的“工具書”。它最大的優點在於，能夠將相對抽象和復雜的理論概念，用一種非常接地氣的方式呈現齣來。我特彆喜歡書中關於“節點”、“單元”、“形函數”等基本概念的講解，作者通過生動形象的比喻和圖示，讓原本晦澀的數學術語變得易於理解。這對於我們這些非理論研究齣身的工程師來說，尤為重要。書中對不同單元類型（如梁單元、闆殼單元、實體單元）的詳細介紹，以及它們各自的適用範圍和精度特點，也為我們在實際建模過程中提供瞭明確的指導。我記得其中一個章節專門講瞭如何處理邊界條件和載荷施加，這對於確保分析結果的準確性至關重要。書中給齣瞭多種常見的邊界條件類型，以及如何根據實際工況來準確施加，這避免瞭我們在建模時可能齣現的錯誤。此外，這本書對結果後處理的講解也非常細緻，包括如何生成各種可視化圖錶，如何進行結果的收斂性分析，以及如何評估模型的可靠性，這些都是我們日常工作中必須掌握的技能。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我當初選擇這本書，完全是因為它在同事圈裏被廣泛推薦，大傢普遍認為這是一本“硬核”但非常有價值的書。我主要負責的是産品結構的可靠性分析，日常工作中需要對各種復雜的機械部件進行應力、應變、變形等方麵的評估，以確保其在各種工況下都能穩定可靠地工作。在接觸這本書之前，我更多地依賴於經驗和一些簡化的理論公式，但隨著産品設計的復雜度不斷增加，以及對精度要求的不斷提高，我深感有必要係統地學習有限元分析。這本書給我最深的感受是它的“全景式”講解。它不僅詳細闡述瞭有限元法的基本原理，還涵蓋瞭各種典型結構的分析方法，比如軸、梁、闆、殼、實體等，以及它們在不同載荷和邊界條件下的行為。書中對模型建立中的網格劃分策略，如何選擇閤適的單元類型，如何施加邊界條件和載荷，以及如何解讀和驗證分析結果，都進行瞭非常細緻的指導。尤其是關於模型簡化和網格質量對結果精度的影響，書中給齣瞭非常實用的建議，這對於我們在實際工程中節省計算資源、提高分析效率，同時又能保證結果的可靠性，提供瞭寶貴的經驗。我記得其中一個章節專門講瞭非綫性分析，這在很多復雜工程問題中是必不可少的，比如材料塑性、接觸非綫性等，這本書對這些難點的講解，讓我茅塞頓開，找到瞭解決實際問題的思路。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對機械設計充滿好奇心和求知欲的愛好者，雖然我的專業並非機械工程，但我一直對有限元分析（FEA）這個能夠“看見”物體內部受力情況的強大工具充滿嚮往。這本書為我打開瞭一扇新的大門。它以一種循序漸進的方式，從最基本的離散化概念開始，逐步引導我理解有限元分析的精髓。我尤其喜歡書中對“形函數”的講解，它將原本連續的物理量，通過一係列數學函數在離散節點上的插值，巧妙地連接起來，形成描述整個單元行為的數學模型。這種“以點帶麵”的思想，讓我對FEA的內在邏輯有瞭更深刻的認識。書中對各種單元類型的介紹，也讓我瞭解到，不同的幾何形狀和受力特點，需要選擇不同的單元模型來準確描述。我對於書中關於“網格劃分”的章節印象深刻，它詳細講解瞭如何根據結構的幾何特徵、應力集中區域以及分析精度要求，來選擇閤適的網格密度和單元類型。這不僅僅是技術上的指導，更是一種工程思維的培養，讓我認識到，一個好的模型，離不開對細節的精益求精。這本書讓我看到瞭，如何將抽象的數學公式轉化為對現實世界機械結構進行“透視”的工具，為我打開瞭一個全新的知識領域。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在讀的機械工程專業研究生，目前正在進行一項關於復雜機械部件的仿真分析課題。導師推薦瞭這本書作為我的主要參考資料，而它也沒有辜負我的期望。這本書的深度和廣度都令我印象深刻。它不僅詳細闡述瞭有限元分析的基本原理，還係統地介紹瞭各種關鍵技術，比如本構模型、單元類型選擇、網格密度對精度的影響、邊界條件和載荷的施加方式，以及如何進行結果的收斂性分析和誤差評估。我最喜歡的是它在介紹各種單元（如梁單元、闆殼單元、實體單元）時，會根據不同的幾何特徵和受力特性，分析它們在數學模型上的差異，以及它們各自的適用範圍和精度局限性。這讓我能夠更清晰地認識到，選擇閤適的單元類型對於獲得準確分析結果的重要性。書中還詳細講解瞭如何處理各種非綫性問題，比如材料非綫性（塑性、屈服）、幾何非綫性（大變形）和接觸非綫性，這些都是我在實際課題研究中經常遇到的難題。作者提供的分析思路和技巧，對我解決這些問題提供瞭極大的幫助。此外，這本書對後處理環節的講解也十分到位，包括如何生成各種可視化結果（如應力雲圖、位移雲圖、變形動畫），以及如何提取關鍵數據進行進一步的分析和評估，這對於我撰寫論文和展示研究成果至關重要。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我是一名機械設計領域的“老兵”，從業多年，見證瞭從傳統的經驗設計到如今高度依賴計算機輔助設計和分析的巨大轉變。有限元分析（FEA）無疑是這場變革中最核心的技術之一。我選擇這本書，是因為我希望能係統地梳理和深化我對FEA的理解，特彆是它在處理更復雜、更精細的機械結構分析中的應用。這本書給我的感覺是，它在理論的高度和工程的實際之間，找到瞭一個非常好的切入點。它並沒有停留在“知其然”的層麵，而是深入到“知其所以然”。書中對有限元法的基本離散化思想、單元插值函數的選擇、剛度矩陣的推導，以及總剛度矩陣的組裝和求解過程，都做瞭清晰而詳盡的闡述。我尤其欣賞它在講解過程中，總是會聯係實際的工程背景，比如在介紹梁單元時，會將其與實際的梁構件的受力變形行為聯係起來，讓抽象的數學模型變得具體可感。這本書在網格劃分的策略上，也給齣瞭非常實用的建議，比如如何根據結構的幾何特徵、應力集中區域以及分析需求，來選擇閤適的網格密度和單元類型，這對於提高分析效率和結果精度都至關重要。我還對書中關於材料本構模型選擇的章節印象深刻，不同的材料在受力後的行為差異很大，如何準確地描述這些行為，是保證分析結果可靠性的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在航空航天領域工作的工程師，日常工作中經常需要進行飛機結構、發動機部件等關鍵部位的強度、剛度和穩定性分析。對我而言，有限元分析是必不可少的工具，但要真正精通它，需要一本能夠深入淺齣、既有理論深度又有實際指導意義的書籍。這本書就是這樣一本令人滿意的著作。它在講解有限元分析的基本原理時，並沒有迴避那些復雜的數學推導，而是將它們以一種條理清晰、循序漸進的方式呈現齣來，讓我能夠理解每一個公式和每一個步驟背後的物理含義。從單元的插值函數到整體剛度矩陣的形成，再到邊界條件的施加和方程的求解，整個過程都仿佛在我眼前清晰地展開。我特彆欣賞的是，它在介紹不同類型的單元（如梁單元、闆殼單元、實體單元）時，會詳細分析它們各自的數學模型、適用範圍以及在不同工況下的精度錶現。這對於我們在設計過程中選擇最適閤的單元類型，以獲得最準確的分析結果，起到瞭非常關鍵的指導作用。書中關於接觸分析的講解，也讓我受益匪淺。在航空航天領域，很多部件之間存在復雜的接觸和相互作用，如何準確地模擬這些接觸行為，是保證結構整體可靠性的重要環節。這本書提供瞭豐富的技巧和方法，幫助我更好地處理這類問題。

評分☆☆☆☆☆

作為一名資深的機械工程師，我接觸過許多關於力學分析的書籍，但真正能讓我眼前一亮的卻不多。這本書無疑是其中的佼佼者。我選擇它，是因為它在理論深度和實踐指導性之間找到瞭一個絕佳的平衡點。在理解有限元分析的核心思想方麵，這本書做得非常齣色。它沒有迴避那些復雜的數學推導，而是將它們娓娓道來，讓讀者能夠理解“為什麼”會這樣做，而不是僅僅記住“怎麼”做。從拉格朗日方程到單元剛度矩陣的形成，再到整體剛度矩陣的組裝和求解，每一步都清晰可見，邏輯嚴密。我特彆欣賞書中關於“形函數”的講解，它巧妙地將連續體在節點處的離散信息，轉化為描述整個單元內物理量的數學錶達，這種“以點代麵”的思想，是有限元分析的精髓所在。此外，這本書在處理實際工程問題時，也提供瞭非常到位的指導。例如，在模型減麵和網格劃分方麵，它不僅講解瞭各種網格類型（如四邊形、三角形、六麵體、四麵體）的優缺點，還提供瞭如何根據結構特點和分析需求選擇閤適網格的策略。書中關於接觸分析的講解，對於處理零件之間的相互作用，比如咬閤、滑動等，提供瞭非常有用的方法和技巧，這在很多裝配體的力學分析中是必不可少的。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在高校從事結構力學教學多年的老師，一直以來，為學生講授有限元分析這門課程，既是挑戰，也是樂趣。選擇一本優秀的教材，對於教學效果至關重要。在我看來，這本書的結構安排非常閤理，從最基礎的離散化概念開始，逐步深入到單元插值、高斯積分、邊界條件的處理，以及最終的模型求解和結果後處理。作者在講解過程中，非常注重理論與實踐的結閤，書中不僅有嚴謹的數學推導，還穿插瞭大量的圖示和算例，這些都極大地降低瞭學生理解的難度。特彆是對於一些抽象的概念，比如“虛功原理”或“勢能原理”，書中通過形象的類比和圖解，讓原本枯燥的物理概念變得生動起來，學生們反饋說，以前覺得難以理解的部分，在這本書裏豁然開朗。我尤其欣賞的是，它並沒有止步於理論的講解，而是對如何使用常見的有限元軟件（如ANSYS、ABAQUS等）進行模型建立、求解和後處理，也進行瞭係統性的介紹。雖然書中不可能涵蓋所有軟件的全部細節，但其提供的指導和思路，足以讓學生在掌握瞭基本理論後，能夠快速上手，將理論知識轉化為實際操作能力。這本書就像一座精心設計的橋梁，一端連接著深厚的理論根基，另一端則通嚮廣闊的工程實踐，讓學生們能夠跨越知識的鴻溝，真正地掌握這門強大的工程分析技術。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵上那個深邃的藍色，還有那隱約可見的網格，一股嚴謹而略帶挑戰的氣息撲麵而來，還沒翻開，我就已經能想象到裏麵蘊含的那些抽象而又精準的數學公式，以及它們如何轉化為對現實世界機械結構進行“診斷”的有力工具。我是一名剛剛步入機械設計行業的工程師，對於有限元分析，我一直抱有一種既敬畏又好奇的態度。敬畏是因為我知道它代錶著一種強大的分析能力，可以幫助我們預見潛在的問題，優化設計，甚至在理論上實現“零試錯”。好奇則是因為，我總覺得這門技術背後有著一套極其巧妙的邏輯，是將連續的物理世界離散化，然後通過計算機的力量來逼近真實。翻閱這本書，我首先被它紮實的理論基礎所吸引。那些關於單元類型、節點位移、形函數、剛度矩陣的講解，雖然一開始會讓人覺得有些晦澀，但作者用一種循序漸進的方式，將復雜的概念層層剝開，仿佛在帶領讀者一步步攀登一座知識的高峰。每一次公式的推導，都清晰地展示瞭其背後的物理意義，而不是單純的數學演算。我特彆喜歡其中對各種單元（比如梁單元、闆殼單元）的介紹，它們是如何從基本的物理定律齣發，一步步構建齣能夠描述特定幾何形狀和受力情況的數學模型，這過程本身就是一種智慧的結晶。而且，書中還會時不時地穿插一些實際應用的案例，雖然這些案例隻是簡略地提及，但足以讓我窺見有限元分析在汽車、航空航天、橋梁等眾多領域中的巨大價值，這對我理解理論的實用性，以及如何將所學知識運用到實際工作中，起到瞭非常重要的指引作用。