非线性有限元
本书是清华大学航院庄茁老师团队多年的研究成果,汇集了非线性有限元分析中常见的概念、方法、示例和分析,既可供高年级本科生、教师学习和授课,又可作为相关专业从业人员的参考书籍,具有教材和专著的双重属性。

作者:庄茁 柳占立 王涛 高岳 高原

丛书名:清华大学计算力学丛书

定价:199元

印次:1-1

ISBN:9787302675365

出版日期:2024.12.01

印刷日期:2024.12.02

图书责编:程洋

图书分类:学术专著

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"本书介绍了非线性有限元的主要内容: 三场变分原理(应力、速度和变形率); 一种拉格朗日格式(完全的和更新的拉格朗日有限元格式); 隐式积分和显式积分两种求解方法(隐式积分主要是牛顿-拉夫森(Newton-Raphson)方法,显式积分主要是中心差分方法),以及纽马克-贝塔(Newmark-β)方法; 材料、几何和接触三类非线性(材料非线性包括非线性弹性、塑性和黏弹性; 几何非线性包括大应变、大位移、大转动,结合率形式本构的应力更新算法处理大转动问题,采用弧长法求解屈曲问题; 接触(边界)非线性主要采用拉格朗日乘子法和罚函数法); 各种单元形式,包括杆件、平面和三维实体单元,梁和板壳结构单元等(在非线性有限元中应用的单元主要是C0 形函数的线性单元,因此考虑了控制剪切自锁、体积自锁、薄膜自锁和沙漏模式)。 本书针对每部分内容给出了理论公式、计算框图和部分例题,便于读者自学和编写非线性有限元程序。本书可供力学、机械、土木工程和航空航天工程相关专业的高校教师、科研工作者阅读,也可作为相关专业研究生的计算固体力学课程教材。 "

"庄茁:清华大学航天航空学院教授、博士生导师,党委书记,清华大学国家级力学实验教学示范中心主任。欧洲科学与艺术学院院士。从事固体力学、飞行器结构力学、断裂力学和非线性有限元的研究;柳占立:清华大学航天航空学院教授。主要研究领域为塑性力学、断裂力学及冲击动力学等;王涛:北京理工大学副研究员、博士生导师,北京市科协青年托举人才,主要研究方向为计算固体力学、爆炸冲击毁伤与防护;高岳:2018年清华大学固体力学博士,2013年清华大学工程力学系学士,研究方向为多孔弹性介质的力学行为;高原:清华大学工学博士,从事非线性有限元软件开发、机械产品结构设计等方面的研究。王涛:北京理工大学副研究员、博士生导师,北京市科协青年托举人才,主要研究方向为计算固体力学、爆炸冲击毁伤与防护;高岳:2018年清华大学固体力学博士,2013年清华大学工程力学系学士,研究方向为多孔弹性介质的力学行为;高原:清华大学工学博士,从事非线性有限元软件开发、机械产品结构设计等方面的研究。"

前言 当我们漫步在基于数值仿真的科学与工程的时空中,纵览古今、瞬抚四海,每一位读者都会感慨万千,向推动科学与工程进步、造福人类的科学家和工程师致以深深的敬意。在众多数值仿真方法中,有限单元法无疑是一颗璀璨的宝石,它是力学家在20世纪对人类文明的伟大科学贡献之一。在这个领域,大师云集,名人荟萃,从 Clough R.W.、Argyris J.H.、Zienkiewicz O.C.等人的奠基性工作,到 Simo J.C.、Hughes T.J.R.、Belytschko T.、Bathe K.J.、Hibbitt D.等人继往开来的延拓,历经80余年的历程,有限元已经发展 为学术研究和工程设计不可替代的仿真工具。 若把有限元比作璀璨的宝石,非线性有限元则是最耀眼的明珠。材料、几何和接触非线性构成了具有挑战性的力学核心问题,非线性有限元正是给出其数值解答的重要工具。历经30余年的科学研究、工程实践和课程教学,本书作者致力于提供固体力学理论分析和有限元计算方法的全面描述,贡献一部与时俱进的非线性有限元著作。本书的定位是读者通过学习,能够理解理论公式、掌握计算方法和编写应用程序。 第1章回顾了非线性有限元发展历程,特别是有限元工程分析软件( computer aided engineering,CAE)的诞生与发展,以及标记、网格和偏微分方程的分类。第2章介绍了非线性连续介质力学 的基础知识,讲述了运动与变形的关系,应变和应力的度量,以及小应变大转动的应力张量客观率,以此作为 后续章节的基础。 第3章和第4章分别介绍了完全的和更新的拉格...

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第1章绪论

1.1基于仿真的工程与科学

1.2非线性力学问题

1.2.1力学问题的非线性特征

1.2.2材料非线性

1.2.3几何非线性

1.2.4接触非线性

1.3有限元的发展和论著

1.4有限元软件的发展

1.4.1隐式求解程序

1.4.2显式求解程序

1.4.3国产有限元软件现状

1.4.4计算机硬件超速发展

1.5网格描述

1.6标记方法

1.6.1指标标记

1.6.2张量标记

1.6.3矩阵标记

1.7偏微分方程的分类

1.8有限元分析中的问题与挑战

1.9练习

第2章非线性连续介质力学基础

2.1引言

2.2变形和运动

2.2.1初始构形和当前构形

2.2.2运动描述

2.2.3刚体转动

2.2.4当前构形与参考构形的联系

2.2.5极分解定理

2.2.6运动条件

2.3应变和应变率度量

2.3.1格林应变张量

2.3.2变形率和转动率

2.3.3变形率张量与格林应变率的前推后拉关系

2.3.4角速度张量与转动率张量的关系

2.4应力度量

2.4.1应力定义

2.4.2旋转应力和变形率

2.4.3应力之间的转换

2.5客观应力率

2.5.1本构关系中的客观应力率

2.5.2三种客观应力率

2.5.3客观应力率中的材料常数

2.5.4关于客观应力率的讨论

2.6守恒方程

2.6.1守恒定律

2.6.2质量守恒

2.6.3动量守恒

2.6.4能量守恒

2.7练习

第3章完全的拉格朗日有限元格式

3.1引言

3.2控制方程

3.2.1构形和应力应变度... 查看详情

本书是清华大学航院庄茁老师团队多年的研究成果,汇集了非线性有限元分析中常见的概念、方法、示例和分析,既可供高年级本科生、教师学习和授课,又可作为相关专业从业人员的参考书籍,具有教材和专著的双重属性。

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