连续体和结构的非线性有限元（第2版） epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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内容简介

　　这本畅销书的再版对内容进行了更新扩展，全面介绍了非线性有限元分析的方法和理论。新增内容包含了近年来非线性有限元建模领域中前沿方法的简明介绍，以及扩展有限单元法（XFEM）、微观结构的多尺度连续理论、基于位错密度的晶体塑性理论等。
　　本书集中讨论了离散方程的公式和解答，以应用于固体和结构力学中普遍关注的重点问题。所涵盖的主题包括一维和多维连续体的有限元离散化；非线性材料和大变形的本构方程；离散方程的求解程序，并考虑其数值和多尺度不稳定性；结构和接触-碰撞问题的处理等。
　　本书是机械工程、土木工程、应用数学、工程力学和材料科学等专业的研究生的必备教科书，也是科研人员和行业从业者的有力助手。

内页插图

目录

1绪论
1.1在设计中应用非线性有限元
1.2非线性有限元的有关著作和简要历史
1.3标记方法
1.4网格描述
1.5偏微分方程的分类
1.6练习
2一维Lagrangian和Eulerian有限元
2.1引言
2.2完全的Lagrangian格式的控制方程
2.3完全的Lagrangian格式的弱形式
2.4完全的Lagrangian格式的有限元离散
2.5单元和总体矩阵
2.6更新的Lagrangian格式的控制方程
2.7更新的Lagrangian格式的弱形式
2.8更新的Lagrangian格式的单元方程
2.9Eulerian格式的控制方程
2.10Eulerian网格方程的弱形式
2.11有限元方程
2.12求解方法
2.13小结
2.14练习
3连续介质力学
3.1引言
3.2变形和运动
3.3应变度量
3.4应力度量
3.5守恒方程
3.6Lagrangian守恒方程
3.7极分解和框架不变性
3.8练习
4Lagrangian网格
4.1引言
4.2控制方程
4.3弱形式：虚功率原理
4.4更新的Lagrangian有限元离散
4.5编制程序
4.6旋转公式
4.7完全的Lagrangian格式
4.8完全的Lagrangian弱形式
4.9有限元半离散化
4.10练习
5本构模型
5.1引言
5.2应力�灿Ρ淝�线
5.3一维弹性
5.4非线性弹性
5.5一维塑性
5.6多轴塑性
5.7超弹�菜苄阅Ｐ�
5.8粘弹性
5.9应力更新算法
5.10连续介质力学和本构模型
5.11练习
6求解方法和稳定性
6.1引言
6.2显式方法
6.3平衡解答和隐式时间积分
6.4线性化
6.5稳定性和连续方法
6.6数值稳定性
6.7材料稳定性
6.8练习
7任意Lagrangian和Eulerian公式
7.1引言
7.2ALE连续介质力学
7.3ALE描述中的守恒规则
7.4ALE控制方程
7.5弱形式
7.6Petrov�睪alerkin方法介绍
7.7动量方程的Petrov�睪alerkin公式
7.8路径相关材料
7.9离散方程线性化
7.10网格更新方程
7.11数值算例： 一个弹�菜苄圆ǖ拇�播问题
7.12完全的ALE格式
7.13练习
8单元技术
8.1引言
8.2单元性能
8.3单元性质和分片试验
8.4Q4和体积自锁
8.5多场弱形式和单元
8.6多场四边形
8.7一点积分单元
8.8举例
8.9稳定性
8.10练习
9梁和壳
9.1引言
9.2梁理论
9.3基于连续体的梁
9.4CB梁的分析
9.5基于连续体的壳
9.6CB壳理论
9.7剪切和膜自锁
9.8假设应变单元
9.9一点积分单元
9.10练习
10接触�才鲎�
10.1引言
10.2接触界面方程
10.3摩擦模型
10.4弱形式
10.5有限元离散
10.6关于显式方法
11扩展有限单元法
11.1引言
11.2单位分解与扩充项
11.3一维XFEM
11.4多维XFEM
11.5弱和强形式
11.6离散方程
11.7水平集方法
11.8虚拟节点法
11.9积分
11.10XFEM模拟的例题
11.11练习
12多尺度连续理论概述
12.1动机： 材料是含微结构的连续体
12.2微结构连续体的宏观变形
12.3块体微结构连续体的广义力学
12.4多尺度微结构及连续理论
12.5多尺度连续理论的控制方程
12.6构造MCT本构关系
12.7RVE模拟的基本指南
12.8MCT的有限元编程
12.9数值算例
12.10MCT模拟的未来研究方向
12.11练习
13单晶塑性理论
13.1引言
13.2立方和非立方晶体的描述
13.3单晶塑性的原子机制和伯格斯矢量
13.4在一般单晶中定义滑移面和滑移方向
13.5单晶塑性的运动学
13.6位错密度演化
13.7位错运动所需应力
13.8率相关单晶塑性的应力更新
13.9基于率相关位错密度的晶体塑性算法
13.10数值算例： 局部剪切和非均匀变形
13.11练习
附录1Voigt标记
附录2范数
附录3单元形函数
附录4由极图确定欧拉角
附录5位错密度演化方程的算例
术语汇编
索引
参考文献
框目录
框目录
框目录
框2.1一维完全的Lagrangian格式的虚功原理24
框2.2完全的Lagrangian格式的离散方程31
框2.3更新的Lagrangian格式的离散方程43
框2.4Eulerian格式的控制方程48
框2.5Lagrangian网格显式时间积分流程图53
框3.1应力度量的定义76
框3.2应力转换77
框3.3守恒方程88
框3.4在功率上的应力�脖湫危ㄓΡ洌┞蜀詈隙�93
框3.5客观率99
框4.1更新的Lagrangian格式的控制方程107
框4.2更新的Lagrangian格式的弱形式： 虚功率原理113
框4.3更新的Lagrangian格式的离散方程和内部节点力算法121
框4.4完全的Lagrangian格式的控制方程146
框4.5完全的Lagrangian格式的弱形式： 虚功原理149
框4.6完全的Lagrangian格式的离散化方程和内部节点力算法151
框5.1切线模量之间的关系174
框5.2二阶张量的基本不变量179
框5.3一维率无关塑性与结合各向同性和运动硬化的本构关系184
框5.4一维率相关塑性的本构关系，结合各向同性和(线性)运动硬化185
框5.5次弹�菜苄员竟鼓Ｐ�(Cauchy应力公式)188
框5.6J2流动理论次弹�菜苄员竟鼓Ｐ�189
框5.7J2流动理论次弹�菜苄员竟鼓Ｐ徒岷细飨蛲�性运动硬化191
框5.8率无关Gurson模型195
框5.9次弹�菜苄员竟鼓Ｐ停� 旋转Kirchhoff应力公式196
框5.10弹�菜苄员竟鼓Ｐ汀�—小应变198
框5.11大应变率相关塑性199
框5.12超弹�菜苄訨2流动理论本构模型204
框5.13向后Euler图形返回算法211
框5.14径向返回算法213
框5.15超弹�舱乘苄阅Ｐ偷挠αΩ�新方法220
框5.16后拉和前推运算的总结222
框5.17Lie导数223
框6.1显式时间积分的流程图235
框6.2Newmark β方法239
框6.3隐式时间积分的流程图244
框6.4平衡解答的流程图244
框6.5内部节点力的Jacobian（切线刚度矩阵）258
框6.6平衡求解流程图： 采用算法模量的Newton方法265
框7.1ALE 控制方程303
框7.2关于ALE应力更新矩阵316
框7.3显式时间积分324
框7.4式(7.10.16)在一维、二维和三维的例子329
框8.1在混合单元中的内力计算363
框8.2单元节点力的计算374
框9.1CB梁单元的算法393
框10.1接触界面条件436
框10.2弱形式448
框10.3非线性接触的半离散方程454
框11.1扩充单元的内部节点力计算480
框12.1在MCT中本构模拟策略505
框13.1前处理： 确定初始滑移方向和法向528
框13.2基于位错密度的单晶塑性算法537

前言/序言

　　20世纪90年代初，庄茁在爱尔兰国立大学都柏林大学院攻读博士学位期间，从事天然气管道动态断裂力学的研究，论文工作主要参考了Ted Belytschko教授关于非线性壳体理论和有限元显式积分方法的文章，受益良多，对Belytschko教授十分敬仰。2002年，庄茁教授将本书的第1版翻译成中文，清华大学出版社陆续印刷7000多册，在国内的非线性有限元教学、科研和工程应用中，它成为几乎影响一代人的专著。
　　2004年，在清华大学举办了首届全国非线性有限元高级讲习班，Belytschko教授应邀担任主讲。此后的讲习班每年暑期一届，由庄茁教授担任主讲，2012年之后，柳占立副教授和由小川副教授加盟主讲，成为国内非线性有限元讲学的品牌课程。讲习班至今已经举办了十一届，培养了千余名计算力学工作者。
　　十几年来，Belytschko教授和Wing Kam Liu教授分别多次应邀到清华大学访问讲学，我们也多次应邀到西北大学学术交流，选送博士生和博士后去学习，建立了西北大学与清华大学的计算力学交流机制，柳占立博士于2009—2012年在西北大学师从Belytschko教授做博士后。2012年，庄茁和柳占立等出版了中文版《扩展有限单元法》专著，得到Belytschko教授的赞许和鼓励，并于2014年在Elsevier/Tsinghua University Press出版了英文专著《Extended Finite Element Method》。
　　2014年，本书的第2版问世，我们对Belytschko教授和W.K.Liu教授承诺将其再次翻译成中文出版，Brian Moran教授到清华大学访问，在送给庄茁教授的新书扉页上用中文写下“感谢”二字。以书会友，凝聚了一代中外学者的友谊。也恰是在这一年，Belytschko教授因病辞世，使我们悲痛不已。
　　2016年，我们完成了全书的翻译，将其奉献给中文读者。在翻译过程中，我们的博士研究生给予了很大帮助，王成禹、林鹏和刘凤仙分别翻译了第11章、第12章和第13章的初稿，成健对全书做了系统的编辑整理。感谢清华大学出版社的石磊编审和佟丽霞副编审对我们始终不渝的支持和帮助。
　　愿以此书的中文版献给Ted Belytschko教授，寄托我们深深的思念和敬意。
　　庄茁柳占立成健
　　2016年春节于清华园

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