計算力學(xué)基礎(chǔ)

前言

2008年是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)建校五十周年。為了反映五十年來辦學(xué)理念和特色，集中展示教材建設(shè)的成果，學(xué)校決定組織編寫出版代表中國科學(xué)’技術(shù)大學(xué)教學(xué)水平的精品教材系列。在各方的共同努力下，共組織選題281種，經(jīng)過多輪、嚴(yán)格的評審，最后確定50種入選精品教材系列。1958年學(xué)校成立之時，教員大部分都來自中國科學(xué)院的各個研究所。作為各個研究所的科研人員，他們到學(xué)校后保持了教學(xué)的同時又作研究的傳統(tǒng)。同時，根據(jù)“全院辦校，所系結(jié)合”的原則，科學(xué)院各個研究所在科研第一線工作的杰出科學(xué)家也參與學(xué)校的教學(xué)，為本科生授課，將最新的科研成果融入到教學(xué)中。五十年來，外界環(huán)境和內(nèi)在條件都發(fā)生了很大變化，但學(xué)校以教學(xué)為主、教學(xué)與科研相結(jié)合的方針沒有變。正因?yàn)閳?jiān)持了科學(xué)與技術(shù)相結(jié)合、理論與實(shí)踐相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合的方針，并形成了優(yōu)良的傳統(tǒng)，才培養(yǎng)出了一批又一批高質(zhì)量的人才。學(xué)校非常重視基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)的傳統(tǒng)，也是她特別成功的原因之一。當(dāng)今社會，科技發(fā)展突飛猛進(jìn)、科技成果日新月異，沒有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識，很難在科學(xué)技術(shù)研究中作出重大貢獻(xiàn)。建校之初，華羅庚、吳有訓(xùn)、嚴(yán)濟(jì)慈等老一輩科學(xué)家、教育家就身體力行，親自為本科生講授基礎(chǔ)課。他們以淵博的學(xué)識、精湛的講課藝術(shù)、高尚的師德，帶出一批又一批杰出的年輕教員，培養(yǎng)了一屆又一屆優(yōu)秀學(xué)生。這次入選校慶精品教材的絕大部分是本科生基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課的教材，其作者大多直接或間接受到過這些老一輩科學(xué)家、教育家的教誨和影響，因此在教材中也貫穿著這些先輩的教育教學(xué)理念與科學(xué)探索精神。

內(nèi)容概要

本書以二維問題為例，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)問題各種計算機(jī)數(shù)值方法的基本概念、特點(diǎn)及其內(nèi)在聯(lián)系。    全書由四個部分組成。第一部分比較詳細(xì)地討論離散模型的求解方法、步驟和計算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)；第二部分簡要地討論求解連續(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題。本書的最后一章簡要討論分子動力學(xué)模擬的基本原理和方法。    本書適用于力學(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、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。

作者簡介

王秀喜，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：計算力學(xué)的原理和工程應(yīng)用（石油工程，土木工程，結(jié)構(gòu)工程，化工設(shè)備等）納米材料及結(jié)構(gòu)力學(xué)行為和設(shè)計的數(shù)值模擬近期主要論文：Onstresscalculationsinatomisticsimulations.ModellingandSimulationinMaterialsScienceandEngineering,2006.14(3):p.423-431.Anatomisticsimulationmethodcombiningmoleculardynamicswithfiniteelementtechnique.ChaosSolitons&Fractals,2006.30(4):p.791-796.Modelingandsimulationofhydraulicfracturingpropagationinpermeablereservoirs.KeyEngineeringMaterials,2006.324-325:p.383-386.Simulationoftheelasticresponseandthebucklingmodesofsingle-walledcarbonnanotubes.ComputationalMaterialsScience,2005.32(2):p.141-146.Asemi-analyticalalgorithmfortheevaluationofthenearlysingularintegralsinthree-dimensionalboundaryelementmethods.ComputerMethodsinAppliedMechanicsandEngineering,2005.194(9-11):p.1057-1074.Atomisticsimulationofthetorsiondeformationofcarbonnanotubes.ModellingandSimulationinMaterialsScienceandEngineering,2004.12(6):p.1099-1107

書籍目錄

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  自然離散問題  2.1  幾個簡例  2.2  平面桁架問題  2.3  坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、邊界條件、求解離散問題的步驟  2.4  平面剛架問題  2.5  二維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題  2.6  彈性力學(xué)平面問題第3章  計算程序結(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  計算實(shí)例分析第4章  連續(xù)問題近似解法概述  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  等參單元的矩陣計算  7.4  數(shù)值積分第8章  非線性問題初步  8.1  基本概念  8.2  幾個簡單例題  8.3  非線性方程解法  8.4  簡單桁架的大變形和失穩(wěn)問題第9章  有限元法應(yīng)用實(shí)例  9.1  引言  9.2  線性問題實(shí)例  9.3  非線性問題實(shí)例第10章  邊界元法  10.1  勢場問題的邊界元法  10.2  彈性力學(xué)問題邊界元法第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  分子動力學(xué)方法初步  12.1  引言  12.2  微正則系綜分子動力學(xué)方法  12.3  溫度和壓力控制方法  12.4  分子動力學(xué)計算實(shí)例主要參考書目

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《計算力學(xué)基礎(chǔ)》以二維問題為例討論計算力學(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)本科高年級專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)，同時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)，對其他學(xué)科的科研人員和工程技術(shù)人員也有參考價值。

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