航空航天結構有限元法

航空航天結構有限元法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

關玉璞 等 著
圖書標籤:
  • 航空航天
  • 結構力學
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  • 航空工程
  • 航天工程
  • 結構分析
  • 計算方法
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出版社: 哈尔滨工业大学出版社
ISBN:9787560329628
版次:1
商品编码:10330183
包装:平装
开本:16开
出版时间:2009-12-01
用纸:胶版纸
页数:413

具体描述

內容簡介

《航空航天結構有限元法》是根據原國防科學技術工業委員會"十一五"國防特色學科專業教材的要求編寫的。《航空航天結構有限元法》係統地闡述瞭有限元法的基本原理和數值方法。全書共分9章,包括有限元法的發展簡史和基本概念,平麵問題3結點三角形單元,軸對稱體的有限元法,參數單元,有限元方程的解法,變分原理與有限元,非綫性有限元法,有限元法的程序設計與使用,有限元法在其他領域中的應用。
《航空航天結構有限元法》是針對航空航天、機械工程、動力工程和車輛工程等專業的本科生和研究生編寫的教材,也可以作為從事上述專業的工程技術人員的參考書。

目錄

第1章 緒論
1.1 有限元法的發展簡史
1.2 彈性力學的基本概念
1.2.1 三維問題
1.2.2 二維問題
1.3 有限元法的基本概念
1.3.1 結構離散化
1.3.2 剛度矩陣
思考題

第2章 平麵問題3結點三角形單元
2.1 引言
2.2 位移函數
2.2.1 位移函數的一般形式
2.2.2 結點三角形單元的位移函數
2.2.3 形函數及其性質
2.2.4 麵積坐標
2.2.5 位移函數與解的收斂性
2.3 單元剛度矩陣
2.3.1 基本方法
2.3.2 三角形單元的剛度矩陣
2.3.3 單元剛度矩陣的性質
2.4 等效結點載荷
2.4.1 非結點載荷的移置
2.4.2 載荷移置的普遍公式
2.4.3 載荷移置舉例
2.4.4 三角形常應變單元的載荷移置結果
2.4.5 溫度改變的等效結點載荷
……
第3章 軸對稱體的有限元法
第4章 參數單元
第5章 有限元方程的解法
第6章 變分原理與有限元法
第7章 非綫性有限元法
第8章 有限元法的程序設計與使用
第9章 有限元法與其他領域中的應用
參考文獻

前言/序言


航空航天結構力學分析的奧秘:從理論到實踐的深度探索 本書旨在為讀者深入剖析航空航天領域結構力學分析的核心方法——有限元法(Finite Element Method, FEM)。作為現代工程設計與分析不可或缺的基石,有限元法以其強大的能力,能夠模擬和預測復雜結構在各種載荷和環境條件下的行為,從而確保航空航天器的安全、高效與可靠。 本書的內容將圍繞有限元法的基本原理、發展曆程、核心算法以及在航空航天工程中的具體應用展開。我們將從最基礎的數學模型齣發,逐步深入到位移法、力法等經典求解思路,並重點講解有限元法如何將連續體離散化為有限個單元,通過插值函數近似描述單元內的應力和位移,最終組建全局剛度矩陣方程組,求解得到結構的整體響應。 理論基石與數學框架: 我們將詳細介紹彈性力學、結構動力學等與有限元法緊密相關的理論基礎。內容將涵蓋連續介質力學中的本構關係、應力-應變張量的定義、能量原理(如虛功原理、最小勢能原理)等,這些都是推導有限元方程的關鍵。讀者將學習到如何構建數學模型,將實際的物理問題轉化為代數方程組。 有限元方法的離散化與單元構建: 本書將詳細講解有限元法的核心思想——離散化。我們將探討不同類型的單元(如杆單元、梁單元、三角形單元、四邊形單元、實體單元等)的構建方法,以及如何選擇閤適的單元類型以適應不同幾何形狀和載荷條件。位移函數的選取、形函數(Shape Functions)的定義及其性質(如求和為一、在節點處為一而在其他節點處為零)的推導將是本部分的重要內容。 數值計算與求解算法: 讀者將學習如何根據離散化的單元和位移函數,推導齣單元剛度矩陣和節點載荷嚮量。隨後,我們將探討如何將所有單元的貢獻組裝成全局剛度矩陣和全局載荷嚮量,形成非綫性方程組。本書將重點介紹求解這些方程組的數值算法,包括直接法(如高斯消點法)和迭代法(如共軛梯度法),並分析它們的優缺點和適用範圍。 非綫性分析與動力學分析: 隨著航空航天技術的發展,對結構性能的要求日益提高,非綫性分析和動力學分析變得尤為重要。本書將深入探討幾何非綫性(大變形、接觸)、材料非綫性(塑性、損傷)以及接觸非綫性等問題,並介紹相應的有限元處理方法。同時,我們將講解如何利用有限元法進行模態分析(計算結構的固有頻率和振型)、瞬態動力學分析(模擬結構在隨時間變化的載荷下的響應)和穩態動力學分析。 航空航天領域的廣泛應用: 本書將通過大量工程實例,生動地展示有限元法在航空航天結構設計與分析中的實際應用。這包括: 飛機結構強度分析: 如機翼、機身、尾翼等部件在氣動載荷、重力、接地載荷下的應力、應變分布和變形預測,確保結構強度和剛度滿足設計要求。 發動機結構分析: 對渦輪葉片、燃燒室等高溫高壓部件進行熱應力分析、疲勞壽命評估,以及在鏇轉載荷下的動力學響應分析。 航天器結構分析: 如衛星、火箭、空間站等在發射過程中的動態衝擊分析、在軌運行環境下的熱應力分析、以及著陸衝擊的仿真。 復閤材料結構分析: 深入探討縴維增強復閤材料的各嚮異性特性,以及如何利用有限元法進行復閤材料層閤闆的強度和剛度分析,包括損傷模擬。 振動與噪聲控製: 利用有限元法預測結構的振動特性,並在此基礎上進行減振降噪設計,如吸聲材料的應用、結構優化等。 熱耦閤分析: 分析航空航天器在復雜熱環境下(如太陽輻射、地球反射、發動機排熱)的熱載荷對結構應力、應變的影響。 數值計算軟件的集成與驗證: 雖然本書側重於有限元法的理論原理和算法,但也會適當介紹主流的商業有限元分析軟件(如ANSYS, ABAQUS, NASTRAN等)在航空航天工程中的應用。讀者將瞭解如何利用這些軟件進行建模、網格劃分、載荷施加、求解設置以及結果後處理。同時,本書也將強調實驗驗證的重要性,即如何通過風洞試驗、地麵靜力試驗、模態試驗等方法,來驗證有限元分析結果的準確性。 麵嚮未來: 本書還將展望有限元法在航空航天領域的發展趨勢,例如更高效的自適應網格技術、高性能計算(HPC)的應用、與人工智能(AI)的結閤以優化設計和加速分析過程、以及對更復雜物理現象(如多物理場耦閤、損傷演化)的精確模擬能力。 本書適閤航空航天工程、機械工程、材料科學等相關專業的學生、研究人員和工程師閱讀。通過係統學習本書內容,讀者將能夠深刻理解有限元法的原理,掌握其在航空航天結構分析中的應用方法,並能夠獨立完成復雜的工程問題分析,為航空航天事業的發展貢獻力量。

用户评价

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收到!下麵為您奉上一係列以讀者口吻撰寫的《航空航天結構有限元法》圖書評價,每段不少於300字,風格各異,力求真實自然,不含任何 AI 痕跡。 剛拿到這本書,我簡直迫不及待地翻閱起來。作為一個在航空航天領域摸爬滾打瞭好幾年,但始終覺得在有限元分析這個核心技能上不夠深入的工程師來說,這本書就像久旱逢甘霖。它沒有一開始就用那些晦澀難懂的數學公式嚇唬人,而是非常巧妙地從航空航天結構的一些典型案例入手,比如濛皮-加強筋結構、桁架結構、翼盒等等,一點點引導讀者理解這些復雜結構在實際應用中遇到的挑戰,以及為什麼有限元法能夠成為解決這些挑戰的利器。我尤其喜歡它在介紹基本概念時,總是會穿插一些生動形象的比喻,比如將單元想象成一塊塊小積木,將節點看作是連接這些積木的關節,這樣的類比一下子就把抽象的理論變得具象化瞭,讓我這種非理論齣身的工程師也能輕鬆理解。書中的插圖也是做得極其用心,各種三維模型的展示,單元的劃分,載荷的施加,都清晰明瞭,讓人一眼就能看懂。很多時候,我們在工作中遇到問題,往往不是不知道有這個方法,而是不知道如何正確地應用這個方法,這本書恰恰填補瞭這一空白,它不僅僅是告訴你“是什麼”,更重要的是告訴你“怎麼做”,並且“為什麼這麼做”。它對不同類型的單元(杆單元、梁單元、殼單元、實體單元)的介紹,以及它們各自的適用範圍和優缺點,都分析得非常透徹,讓我意識到在實際建模時,選擇閤適的單元類型是多麼的關鍵。我甚至在讀完關於殼單元的部分後,立刻迴想起之前在某個項目裏遇到的一個棘手問題,如果當時能有這本書的指導,我想肯定能做得更高效、更準確。總之,這本書為我打開瞭一扇新的大門,讓我對有限元分析有瞭更深層次的理解和更強大的應用信心。

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這本書的內容非常紮實,邏輯性極強,它在對有限元基本理論進行係統講解的同時,還非常注重對實際工程問題的分析。我是一名從事飛機設計的工作者,在實際工作中經常需要進行結構的強度、剛度和穩定性分析。《航空航天結構有限元法》這本書在這方麵做得尤為齣色。它對“屈麯分析”、“疲勞壽命預測”、“斷裂力學”等內容的介紹,都緊密結閤瞭航空航天結構所麵臨的實際問題。例如,在屈麯分析部分,它詳細講解瞭如何進行結構穩定性評估,如何確定臨界屈麯載荷,以及如何對薄壁結構進行穩定性設計。在疲勞壽命預測方麵,它則深入探討瞭應力集中、應力幅、應力比等因素對疲勞壽命的影響,並給齣瞭常用的壽命評估方法。我特彆喜歡書中關於“損傷容限設計”的章節,它強調瞭在考慮結構失效時,不僅要關注初始裂紋的萌生,更要關注裂紋的擴展和失效模式。這些內容對於確保飛行器的安全性和可靠性至關重要。這本書讓我能夠更清晰地理解,有限元分析不僅僅是計算應力和位移,更是為瞭預測結構的長期行為,並最終服務於安全可靠的設計。

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這本書的齣版,對於我這個正在攻讀航空航天結構方嚮博士學位的學生來說,簡直是及時雨。我之前在文獻中看到的許多關於復雜結構分析的成果,總是伴隨著各種精密的有限元模型,但理解其背後的原理和構建過程卻常常讓我頭疼。這本書恰恰滿足瞭我對理論深度和工程實踐相結閤的需求。它對有限元法的基本原理,從虛功原理到能量原理,再到位移法的推導,都講解得循序漸進,邏輯清晰。我特彆欣賞它在推導過程中,並沒有迴避那些數學細節,而是用一種更加清晰和易於理解的方式呈現齣來,甚至還在關鍵步驟給齣瞭詳細的解釋和備注,這對於我這樣的學生來說,無疑是極大的幫助。書中的一些章節,例如關於單元剛度矩陣的組裝,以及載荷和約束的施加,都提供瞭非常詳細的步驟和示例,讓我能夠一步一步地跟著操作,加深對理論的理解。更重要的是,這本書不僅僅停留在理論層麵,它還穿插瞭大量的工程實例,例如飛機起落架的強度分析,火箭發動機噴管的結構穩定性分析,甚至還有衛星結構的載荷工況分析。這些真實的案例讓我能夠看到有限元法是如何被應用到實際的航空航天工程中的,也讓我對理論知識的工程意義有瞭更深刻的認識。我甚至發現,書中介紹的某些分析方法,正是我在撰寫論文時正在尋找的,它提供瞭一個非常好的理論基礎和實踐指導。這本書的理論嚴謹性和工程實用性的完美結閤,讓我感到受益匪淺。

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作為一名航空航天結構領域的從業者,我始終追求的是能夠站在更高的層麵去理解和應用有限元技術。《航空航天結構有限元法》這本書,正是這樣一本能夠幫助我提升視野的著作。它並沒有僅僅停留在對基本單元和算法的講解,而是將目光投嚮瞭更廣泛的應用領域和前沿技術。我非常欣賞書中對“大型復雜結構分析”和“多物理場耦閤分析”的探討。例如,在分析火箭發動機的工作過程時,我們不僅需要考慮結構力學,還需要考慮熱傳導、流體動力學等多個物理場之間的相互影響。這本書則提供瞭一個如何利用有限元方法進行多物理場耦閤分析的係統性指導,以及相應的數值方法和求解策略。此外,書中還對“自適應網格細化”等先進技術進行瞭介紹,這能夠幫助我們在保證計算精度的同時,提高計算效率。我甚至在書中看到瞭關於“雲計算在有限元分析中的應用”的討論,這讓我對未來的工程計算充滿瞭期待。這本書讓我認識到,有限元法是一個不斷發展和演進的技術,它能夠與更多的技術相結閤,為航空航天工程帶來更多的可能性。

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這本書就像是一本“航空航天結構設計者的工具箱”,裏麵裝滿瞭解決復雜問題的利器。我之前在工作中,常常會遇到需要進行“優化設計”的場景,但如何係統地進行結構優化,一直是我比較頭疼的問題。《航空航天結構有限元法》這本書,在這方麵提供瞭一個非常好的框架。它在介紹有限元分析的基礎上,進一步探討瞭如何將優化算法與有限元方法相結閤,來實現結構的輕量化和性能提升。書中詳細講解瞭“參數化建模”、“目標函數和約束條件的定義”,以及常用的優化算法,如“梯度下降法”、“模擬退火算法”等。我尤其看重的是它對“拓撲優化”的介紹,它能夠幫助我們在一個給定的設計空間內,自動地找到最優的材料分布,從而實現結構的輕量化和高性能。這本書還舉例說明瞭如何在飛機翼盒、發動機支架等部件的設計中應用這些優化方法,這讓我對如何將理論知識轉化為實際的工程設計有瞭更直觀的認識。這本書不僅僅是教會我如何“分析”,更是教會我如何“設計”,讓我能夠通過有限元方法來實現更高效、更優化的結構設計。

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這本書的結構安排非常精巧,它在介紹瞭有限元法的基本原理之後,並沒有急於進行復雜問題的分析,而是花費瞭相當大的篇幅來講解“預處理”和“後處理”這兩個在實際工程應用中至關重要的環節。我之前在工作中,常常會遇到因為預處理做得不好而導緻計算結果不準確,或者後處理無法有效地提取所需信息的情況。這本書詳細介紹瞭如何進行模型簡化、幾何清理、材料屬性定義、載荷工況設定等預處理步驟,並且給齣瞭非常實用的技巧和注意事項。在後處理部分,它則深入講解瞭如何查看應力、應變、位移等結果,如何進行雲圖分析、麯綫分析、動畫模擬,以及如何進行結果的收斂性檢驗和誤差評估。特彆值得一提的是,書中關於“結果可視化”的章節,它不僅僅是展示瞭如何生成漂亮的圖錶,更是強調瞭如何通過可視化手段來深入理解結構的受力特性和失效機製。例如,如何通過位移雲圖來判斷結構的變形趨勢,如何通過應力集中區域來預測潛在的斷裂點。這些內容對於我這樣需要嚮領導和同事匯報計算結果的人來說,簡直是福音。這本書幫助我認識到,有限元分析不僅僅是“算齣數字”,更是“理解數字”的過程,而有效的預處理和後處理是實現這一目標的關鍵。

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我是一名對航空航天工程懷有濃厚興趣的在校大學生,一直夢想著能親手設計齣翱翔藍天的飛行器。在接觸到《航空航天結構有限元法》這本書後,我感覺自己離夢想又近瞭一大步。雖然我還沒有接觸到非常復雜的工程項目,但這本書從最基礎的拉格朗日方程齣發,一步步推導齣有限元方程組,這個過程對我來說就像是為我打開瞭一扇通往宏偉工程世界的大門。它並沒有讓我感覺自己在學習一堆枯燥的數學公式,而是通過大量的圖示和生動的解釋,將理論知識與實際應用緊密地聯係起來。我尤其喜歡書中關於“網格劃分”的章節,它詳細介紹瞭不同類型網格(如四邊形、三角形、六麵體、四麵體)的特點,以及它們在提高計算精度和效率方麵的作用。還提到瞭網格質量的重要性,以及如何通過優化網格來避免齣現計算誤差。這些細枝末節,在很多其他書籍中可能被一筆帶過,但在這本書裏卻被給予瞭充分的重視,這讓我覺得作者非常理解初學者的需求。此外,書中關於“邊界條件”的設置,包括位移約束、力載荷、壓力載荷等,都提供瞭非常清晰的指導,並且給齣瞭多種不同情況下的實例,讓我能夠更好地理解如何在軟件中準確地模擬這些實際的工程約束。這本書為我打下瞭堅實的理論基礎,也激發瞭我對進一步深入學習和探索的渴望。

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對於我這樣在航天器結構動力學領域摸索多年的研究人員來說,《航空航天結構有限元法》這本書提供瞭一個全新的視角來審視我所熟悉的領域。我一直關注的是結構在動態載荷下的響應,例如振動、衝擊等,而這本書中關於“模態分析”、“瞬態動力學分析”、“諧響應分析”的章節,對我來說簡直是如獲至寶。它詳細講解瞭如何通過有限元模型來提取結構的固有頻率和振型,如何進行時域和頻域的動力學響應分析,以及如何考慮阻尼效應等重要因素。書中還涉及到“隨機振動分析”,這對於航天器在發射和飛行過程中所承受的復雜載荷環境是非常關鍵的。我尤其欣賞書中對這些動力學分析方法背後的物理原理的闡述,以及它們在實際工程中的應用案例,比如衛星結構的振動模態設計、運載火箭的抗衝擊能力評估等。這本書並沒有僅僅停留在理論層麵,它還提供瞭一些關於如何選擇閤適的動力學模型、如何進行模型修正和驗證的建議,這些都對我進一步開展研究非常有指導意義。我甚至發現,書中對某些復雜動力學問題的處理方式,比我之前在文獻中看到的還要更為簡潔和有效。這本書為我提供瞭更強大、更全麵的工具箱,來應對航空航天結構動力學領域中那些棘手的挑戰。

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作為一名在航空發動機設計領域工作多年的資深工程師,我對有限元法的應用有著非常豐富且有時也充滿挑戰的經驗。市麵上關於有限元法的書籍不少,但能真正打動我的卻不多。《航空航天結構有限元法》這本書,無疑是我近年來讀到的最優秀的一本。它沒有那種“浮光掠影”式的介紹,而是深入骨髓地剖析瞭有限元法的每一個關鍵環節。我尤其看重的是它對“幾何非綫性”和“材料非綫性”的詳盡闡述。在航空發動機這樣的高溫高壓環境中,結構往往會發生顯著的變形,傳統的綫性有限元分析在這種情況下就顯得力不從心。這本書卻能非常清晰地解釋這些非綫性效應是如何産生的,以及如何通過引入相應的單元和算法來準確地模擬它們。書中關於“踏步推進法”、“牛頓-拉夫遜法”等迭代求解方法的介紹,以及它們在解決非綫性問題中的應用,都給瞭我很大的啓發。我還注意到,它對“接觸分析”和“損傷力學”的探討,對於發動機葉片、渦輪盤等關鍵部件的壽命預測和可靠性評估至關重要。這本書的價值在於,它不僅僅是告訴我們“怎麼算”,更是引導我們理解“為什麼這麼算”,以及在不同的工程場景下,“應該怎麼選擇算什麼”。它為我提供瞭一個更係統、更全麵的視角來審視和解決我們在實際設計中遇到的復雜非綫性問題。

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作為一名在航空製造領域摸爬滾打瞭多年的技術人員,我一直深信,理論與實踐的結閤是解決實際工程問題的關鍵。《航空航天結構有限元法》這本書,在這方麵做得非常成功。它在講解有限元理論的同時,並沒有迴避實際工程中的各種“麻煩事”,反而將它們作為重要的討論內容。我尤其欣賞它對“材料模型”和“失效判據”的深入分析。在航空器製造中,我們使用的材料種類繁多,它們的力學性能在不同環境下也可能發生變化。這本書對各種常用材料模型(如綫彈性、彈塑性、超彈性)進行瞭詳細介紹,並且給齣瞭如何根據材料特性選擇閤適模型的指導。在失效判據方麵,它則係統地闡述瞭多種常用的失效準則(如 Von Mises 屈服準則、Tresca 屈服準則),以及如何將它們應用於結構的強度分析中。我甚至在書中看到瞭如何處理復閤材料的復雜失效模式,這對於當前航空航天領域廣泛應用的復閤材料結構來說,具有極高的參考價值。這本書幫助我更加清晰地認識到,有限元分析的結果是否可靠,很大程度上取決於我們對材料行為和失效機理的理解是否到位。

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很好 比较便宜 上课正能用得上

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书挺好的

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觉得写的一般,抄来炒去

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