本書(shū)以二維問(wèn)題為例,用統(tǒng)一、綜合的觀點(diǎn)討論求解復(fù)雜力學(xué)和工程技術(shù)問(wèn)題各種計(jì)算機(jī)數(shù)值方法的基本概念、特點(diǎn)及其內(nèi)在聯(lián)系。
全書(shū)由四個(gè)部分組成。第一部分比較詳細(xì)地討論離散模型的求解方法、步驟和計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn);第二部分簡(jiǎn)要地討論求解連續(xù)模型的各種傳統(tǒng)近似方法,以及它們之間的相互關(guān)聯(lián)和特點(diǎn);第三部分討論建立有限元法和邊界元法列式的基本思想和步驟,討論推導(dǎo)分片試函數(shù)的統(tǒng)一方法;第四部分討論拋物線型、雙曲線型和橢圓型偏微分方程的各種有限差分格式、特點(diǎn)和適用范圍,分析它們的穩(wěn)定性和精度等基本問(wèn)題。本書(shū)的最后一章簡(jiǎn)要討論分子動(dòng)力學(xué)模擬的基本原理和方法。
本書(shū)適用于力學(xué)專業(yè)本科生教學(xué),可作為機(jī)械、土木、航空航天、材料設(shè)計(jì)、環(huán)境工程和交通運(yùn)輸?shù)壤砉た茖I(yè)的研究生教材,也可作為相關(guān)專業(yè)高等學(xué)校教師和工程技術(shù)人員的參考書(shū)。
《計(jì)算力學(xué)基礎(chǔ)》以二維問(wèn)題為例討論計(jì)算力學(xué)中各種數(shù)值方法(加權(quán)余量法、變分原理、有限元法、有限差分法和邊界元法等)的基本概念、基本特點(diǎn)以及各種方法之間的內(nèi)在聯(lián)系,用統(tǒng)一和綜合的觀點(diǎn)討論各種方法。強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性,著重討論各種方法的基本原理、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。強(qiáng)調(diào)講清基本概念,不強(qiáng)求數(shù)學(xué)上的嚴(yán)密性。本教材的內(nèi)容適用于理科力學(xué)專業(yè)本科高年級(jí)專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué),同時(shí)也適用于理工科力學(xué)專業(yè)和其他相關(guān)專業(yè)的碩士學(xué)位研究生教學(xué),對(duì)其他學(xué)科的科研人員和工程技術(shù)人員也有參考價(jià)值。
總序
前言
第1章 緒論
1.1 自然現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型
1.2 問(wèn)題的提法和分類
1.3 偏微分方程的分類
第2章 自然離散問(wèn)題
2.1 幾個(gè)簡(jiǎn)例
2.2 平面桁架問(wèn)題
2.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、邊界條件、求解離散問(wèn)題的步驟
2.4 平面剛架問(wèn)題
2.5 二維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問(wèn)題
2.6 彈性力學(xué)平面問(wèn)題
第3章 計(jì)算程序結(jié)構(gòu)
3.1 引言
3.2 數(shù)據(jù)輸入
3.3 元件分析和總體方程組裝
3.4 施加邊界條件,方程組求解
3.5 計(jì)算實(shí)例分析
第4章 連續(xù)問(wèn)題近似解法概述
4.1 有限差分法
4.2 加權(quán)余量法
4.3 變分方法
第5章 有限元法的一般概念
5.1 引言
5.2 分片定義試函數(shù)和有限元法
5.3 二維問(wèn)題有限元法的概念
第6章 有限元基本形狀和形函數(shù)
6.1 基本概念
6.2 C0階矩形有限元形函數(shù)
6.3 C0階三角形單元形函數(shù)
6.4 C0階階譜形函數(shù)(Hierachical Function)
6.5 Hermit插值函數(shù)和C1階形函數(shù)
第7章 等參單元和數(shù)值積分
7.1 引言
7.2 等參單元
7.3 等參單元的矩陣計(jì)算
7.4 數(shù)值積分
第8章 非線性問(wèn)題初步
8.1 基本概念
8.2 幾個(gè)簡(jiǎn)單例題
8.3 非線性方程解法
8.4 簡(jiǎn)單桁架的大變形和失穩(wěn)問(wèn)題
第9章 有限元法應(yīng)用實(shí)例
9.1 引言
9.2 線性問(wèn)題實(shí)例
9.3 非線性問(wèn)題實(shí)例
第10章 邊界元法
10.1 勢(shì)場(chǎng)問(wèn)題的邊界元法
10.2 彈性力學(xué)問(wèn)題邊界元法
第11章 有限差分法
11.1 一維拋物線型偏微分方程的有限差分法
11.2 二維拋物線型偏微分方程的有限差分法
11.3 雙曲線型偏微分方程的有限差分法
11.4 橢圓型偏微分方程的有限差分法
第12章 分子動(dòng)力學(xué)方法初步
12.1 引言
12.2 微正則系綜分子動(dòng)力學(xué)方法
12.3 溫度和壓力控制方法
12.4 分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算實(shí)例
主要參考書(shū)目
第1章 緒論
1.1 自然現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型
雖然科學(xué)家、應(yīng)用數(shù)學(xué)家、工程師等考慮問(wèn)題的觀點(diǎn)、角度不同,但他們都是面對(duì)著自然現(xiàn)象或?qū)嶋H工程問(wèn)題。在大多數(shù)情況下,他們都是用數(shù)學(xué)模型來(lái)定義、描述和分析一個(gè)自然現(xiàn)象或工程問(wèn)題。
用物理量來(lái)描述一個(gè)自然現(xiàn)象或工程問(wèn)題的狀態(tài),有些物理量的值是指定的、固定不變的,有些量是未知的、變化的。這些物理量叫做變量或參數(shù)。
完全描述一個(gè)問(wèn)題的最小數(shù)目的一組變量,叫做獨(dú)立變量。其他描述這個(gè)問(wèn)題的變量依賴于這些獨(dú)立變量,叫做因變量。在很多情況下,還會(huì)有些約束條件,它們是指定的,或從物理意義上施加的條件。
對(duì)一個(gè)問(wèn)題,如果不考慮時(shí)間這一變量,其他的物理量統(tǒng)稱為廣義坐標(biāo)。獨(dú)立的廣義坐標(biāo)的最大數(shù)就是這一問(wèn)題的自由度數(shù)。自由度就是在不違背約束條件情況下,能任意獨(dú)立變化的廣義坐標(biāo)。
自然現(xiàn)象或工程問(wèn)題是如此的復(fù)雜,以至我們很難甚至不可能一下子就能從整體上把握、分析一個(gè)問(wèn)題,一種很自然的方法是把整個(gè)系統(tǒng)劃分成若干單獨(dú)的元件(單元、元素)。這些元件比較簡(jiǎn)單,對(duì)其進(jìn)行分析較為容易,然后再把這些元件進(jìn)行