求推薦幾本好的力學及有限元書籍?

先介紹下背景,本人就一普通本科畢業生,進入了一家裝備製造業的研究院,現在做的主要是結構方面的有限元分析,之前可以說毫無經驗,現在用了半年軟體後,感覺理論知識的補充十分重要,於是找了本有限元理論原理的書看了下,然後就悲劇了,很難看懂,嚴重缺乏力學和高數的知識(大學沒好好學,忘的差不多),所以求高手們幫忙推薦力學自學的書籍,還有我先溫習(差不多是重新學)力學和數學知識,再看有限元理論,我的順序對嗎?


關注這個問題很久了,貼個長文過來權作回應吧,如下:

扒一扒有限元的那些書

首先是本文的閱讀指南,高能預警,溫馨提示:筆者治學風工程,故尤善吹X,特喜裝B於無形,如果閱讀過程中有不適癥狀,請及時關閉文檔。歡迎分享,歡迎合規轉載,謝絕冒昧轉載(這樣做僅是為了顯得逼格高一些)。

最近總有師妹問我關於數值模擬、有限元、軟體等方面的事情(別問我為什麼只有師妹,那不是重點!!),叫我幫著推薦一些相關的入門書單,今天借著酒興一起說一下吧。

目前的數值計算方法主要包括:FEM(有限單元法)、DEM(離散元)、FVM(有限體積法)、X-FEM(擴展有限元)、FDM(有限差分法)、LBM(玻爾茲曼格子法)、SPH(光滑粒子流體動力學)等等,不一而足,各自有各自最適用的範圍,他們好比少林七十二絕技,哪怕僅僅掌握好了一門也可以立足武林,不對,是立足工業界,掌握好了幾門則可以威震江湖。

當然,魯迅先生也曾說過「一部《紅樓夢》,經學家看見《易》,道學家看見淫,才子看見纏綿,革命家看見排滿,流言家看見宮闈秘事」(翻譯成人話就是,仁者見仁,智者見智,這裡這樣說只是為了顯逼格),不同的人對此問題肯定有不同的看法,以下僅為一家之言,無意冒犯,討厭噴子,歡迎交流。

固體力學裡面,用的最多的還是有限單元法,筆者就厚著臉皮來扒一扒看過了還有印象的有限元入門書。哦,有一點忘說了,如果讀者想看下面的這些書,看之前,還是希望讀者可以懂一點材料力學,了解一點彈性力學,複習一下線性代數,重溫一下張量表示,下面我們開扒。

首先是朱伯芳老先生的《有限單元法原理與應用》,敲黑板!!!劃重點!!重點在這裡!這本書給了筆者很大的心靈啟迪,此書成書於十年浩劫期間(至少貴黨是這麼稱呼那段歷史的),可參考的資料很少,很多東西都是從最基本道理,最原始的公式推出來的,故讀起來深入淺出,回味無窮,將高深的道理闡述的生動細緻、環環入扣,引領筆者初窺了有限元的門徑。

如果你初次接觸有限元,那麼Logan大大的那本《A first course in finite element method》也是不二之選,淺顯易懂,看起來很有成就感。注意,有一本名字很相似的書《A first course in finite elements》(黃色封皮),同Logan的書名僅一字之差,是Jacob Fish和Ted Belytschko寫的,也是很好的入門教材。如果你要問我它為什麼好,嘿嘿,你看看作者的名字啊—Jacob—,就是為了計算力學而生的好吧,如果你不知道Jacob矩陣,就當我啥也沒說,但我也不會原諒你的淺薄的。

MIT大牛Bathe教授的傳世之作《Finite Element Procedures》則是值得傳頌的經典教材,輔以Bathe教授的公開課視頻,再拿江小白泡點麥片,聽著大牛吹著牛,看著教材學著知識,拿著白酒裝著B,還能有比這更爽的事情嗎?書中有很多的例題,讀起來也不至於很枯燥。

如果一定要讓我用一句話來形容一下Bathe教授的生平的話,我想那就是「生活要遠比小說來的精彩」,在金礦和築路隊工作,在南非讀書,到美國攻讀博士,到MIT當教授,寫了SAP軟體,並將其開源(今天有個軟體叫SAP2000吧,別問我為什麼和Bathe寫的軟體名字那麼像,這裡面有一串指責抄襲與撕逼的羅生門故事,有機會再扒),創建了TADINARD公司,開發了ADINA軟體,並以其變態的收斂性而聞名。筆者曾用Workbench平台做流固耦合,流體模型和固體模型間數據傳輸的那個效率啊,氣得我吐出三升老血,因為Workbench平台在流、固模型的數據傳輸過程中,只支持單核。後我用了ADINA,才發現世間竟有此神器,助我降妖除魔。好了扯遠了。。。。。。總之就是這個老頭很牛B,很牛逼。

提到了有限元,Zienkiewicz教授的《The Finite Element Method for Solid and Structural Mechanics》是不得不說的,該書可以說是FEM中的聖經,原因有二,一是因為其作者在該領域的鼻祖地位(Zienkiewicz是有限單元法的三位創始人之一),二是因為其涵蓋範圍非常之廣無所不包。但至於說到可讀性嘛……我就甩個呵呵的表情吧,畢竟是聖經,原諒我只是個凡人。辛克維奇,這個名字聽起來像蘇聯人,實際上他是波蘭人,二戰時德國攻陷的第一國家是哪裡還記得嗎,Zienkiewicz教授一家在二戰開始的時候就輾轉流落到了英國,後來也一直生活、工作在英國。值得一提的是,Zienkiewicz教授的關門弟子就是我濟的地下系系主任黃茂松教授。Zienkiewicz教授曾獲得過鐵摩辛柯獎(學過材料力學的,沒有不知道鐵摩辛柯的吧?!),我濟的庄曉瑩教授則曾獲得過Zienkiewicz獎,宣父猶能畏後生,不知他日是否會有以庄曉瑩老師命名的獎項,又不知哪位後生有幸可以榮獲殊榮。

在非線性有限元方面,筆者推崇的書有兩本:

Simo和Hughes的"Computational Inelasticity",經典的材料本構在本書中都有包含,如果想要編程實現其中一些的話,本書是不二之選,只要照著此書的步驟很容易實現。

Ted Belytschko 的《Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures》,此書封面就是一個非線性有限元中的經典問題(殼體碰撞後的大變形)。此書有中文譯本,是清華的庄茁老師翻譯的,首先承認一點,如果是我來翻譯的話,那麼一定翻譯的沒有庄老師的這版好,但是我也不想恭維他這版譯本翻譯的有多好。學好外語很重要,直接看原版(雖然貴了點)!!

貝公在非線性有限元,無網格法、擴展有限元等領域造詣頗深、著作等身,而且是第一個提出了「無網格法」這一名字的人(注意,只是最早命名了無網格法,而不是最早提出了無網格法,筆者有的時候還是很嚴肅的,哈哈!!)。 Belytschko有一位學生叫J.S. Chen,在當今計算力學界也是赫赫有名,J.S. Chen有位學生就是我濟的任曉丹老師,而筆者我…………則去聽過任老師的一堂課,所以各位看官也別指望我說的有多好,畢竟我連再傳弟子都算不上,但我善於吹啊!

最後扒一扒王勖成老師的《有限單元法》吧,說實話,我一直搞不懂為什麼很多高校推崇這本書,這本書除了厚度可以當枕頭(看累了直接墊著睡)之外,我沒覺得有甚出奇之處(無論是內容還是邏輯)。此書中的第一個公式(如果我沒記錯的話,當然我也不想去再按照學術寫作的套路去仔細查詢)TMD居然是一個熱傳導的公式,筆者當時還只是個不諳世事的小生,對於一個只接觸過力學的人來說,這個公式給我帶來了顛覆性的打擊,深刻懷疑過自己的智商,真的看不懂啊!雖然後來發現這些公式在形式上其實是一樣的,但此書也給我留下了莫大的心理陰影,後幾經反覆接觸了一些TS的老師,對TS某些老師的印象總體來說就是太嚴(zhuang)謹(X)了,真心覺得還是我濟來的實在。最可氣的是,當年我還一口氣買了兩本此書,想著一本在辦公室研讀,一本在宿舍回味,現在想想真的想抽自己,不是心疼錢,主要是用它墊著睡覺容易落枕。

一口氣寫了這麼多,都是固體力學的東西,還沒來得及談及我目前正在做的流體力學的東西,就要草草收場,改日再扒流體的那些事吧!至於改到那日,就再說吧,畢竟筆者很懶很懶。

最近我一直在思考一個問題:資本推手對實業的意義何在,是共贏般扶持企業成長抑或是吸血剝皮?ATT上市後為迎合華爾街而垮了,順豐沒抵住資本市場的誘惑上市了,老乾媽堅決不上市也不知還能堅持多久。但我敢肯定的是,堅定不移走實業興國,技術為本這一路線的一定包含小同人工作室。

其實,小煤球兒我並不介意大家打賞的太多哈!!!

歡迎大家關注微信,小同人工作室

http://weixin.qq.com/r/1EQlPVzEKQFWrRhe9xHG (二維碼自動識別)


最近看到一篇博客,介紹了工程設計人員和程序開發人員學習有限元所需要掌握的知識,也給出了豐富的參考資料,應該會很有幫助。

How Can I learn Finite Element Analysis? The Complete Guide


瀉藥

我看的書並不多,只是寫下自認為還不錯的,畢竟從我的角度出發,不追求邏輯嚴謹,只要求簡潔明了,只能作為參考吧

工具類:只適用於abaqus

排在首位的當然是幫助文檔,如果能夠通讀,完全不需要其他輔助,如果和我一樣菜,請看下邊

石亦平 abaqus有限元分析實例 屬於新手必備

張文元 abaqus動力學有限元分析指南

庄茁 基於abaqus有限元分析和應用

以上三本基本上能掌握軟體的使用了

有限元理論:

王勖成的有限單元法固然經典,但如果你有矩陣恐懼症,還是先看看這本

薛守義 有限單元法

力學:

范欽珊的材料力學是我目前認為最好的一本

徐芝綸的彈性力學顯然必不可少

振動力學可以看看倪振華的,但我發現了一本很接地氣的書,任明章 機械振動的分析與控制以及計算方法

斷裂力學推薦張曉敏的,這種薄而精的書簡直是我的最愛

複合材料力學顯然是沈觀林的

數學類:

有限元用到最多的就是數值計算方法,這個我只看過一本,因此也沒有經驗,不過方法都大同小異,找一本好的出版社的就好

手機黨,比較亂,不好意思

另:文中的老師大都是我非常敬仰的前輩,一些都已經是故人,本該在名諱後加個老師的,學生在這裡道歉了…


我們上課用的課本,個人覺得深入淺出條理很清晰。

Amazon.com: Introduction to Finite Elements in Engineering (4th Edition) (9780132162746): Tirupathi R. Chandrupatla, Ashok D. Belegundu: Books

這本書的第三版有中文翻譯的版本,但章節順序上跟最新的第四版有細微的不同(其實應該不影響學習的)。

工程中的有限元方法 (豆瓣)

(一本書就夠了)


建議直接上有限元理論,數學和力學基礎視需求有針對性地補(可以系統複習一下彈性力學內容)。而且感覺題主的需求更多的在應用不在於有限元理論,前面也有人介紹了一些ABAQUS的資料。

有限元理論入門資料推薦

有限元分析的概念與應用(第四版) (07年西交出版社翻譯的)

有限單元法 王勖成

有限元方法(第1,2卷) Zienkiewcz (最新英文版是第六版,中譯版是第五版)

再有就是 清華大學曾攀老師的課件 有限元分析基礎教程,貌似也出了書。

數學力學教材備幾本在身邊,其他MIT不是還有視頻公開課嘛;

學軟體資料也很好找,書籍、講義、視頻等等。


有限元

Zienkiewcz 第七版能搜到電子版的,Cook的書別看翻譯的,全是坑。


力學教材

先說說力學方面的書籍。我們力學系有四大力學之稱:材料力學、結構力學、彈性力學、塑性力學(按照進階的方式,理論力學是一個基礎,但是學起來還是蠻難的,我想只要你懂得平衡的概念,這門課程可以不用學習,因為它與工程結構關係較小,因此不再此列)。在介紹具體書籍的時候我只單列一本,因為所有的理論都是一樣的,經典教材啃熟一本就行了。

《材料力學》,孫訓方、方孝淑,高等教育出版社。這是一本很好的教材,值得細讀。

《結構力學》,龍馭球、包世華,高等教育出版社。做結構的人結構力學處於聖經般的地位,我們的導師給我們提要求都是說,一看到結構先不要用軟體算你應該大致清楚他的受力情況和變形情況,這就需要結構力學強大的基礎做支撐了。

《彈性力學》,徐芝綸,高等教育出版社。這本教材有點老,寫的有點晦澀,但是徐老先生很多年前寫的一本教材,至今還在用,其經典程度是毋庸置疑的。

《彈塑性力學》,陳明祥,科學出版社。如果覺得上一本彈性力學比較難的朋友,這本彈塑性力學前半部分就是彈性力學,寫的非常棒,可惜比較精簡,而且偏數學理論(不過力學往深里去就變成數學了。)這本書的塑性力學部分寫的是既精簡又全面有透徹,是一本非常理想的教材。

有限元教材

看到上面有人推薦清華大學王勖成教授的《有限單元法》,我感覺這是一本不適合入門的教材,啰里啰唆,講不到點子上,看到了就有點害怕。比較好入門的教材我沒有什麼推薦的,如果又看到比較好的朋友可以推薦給我。

我倒是有一本比較好的進階的有限元教材,就是清華大學庄茁教授的《基於abaqus的有限元分析與應用》。

有限元軟體

大型通用的有限元軟體有:Abaqus、Ansys、NASTRAN、MARC,還有國內的PKPM等等,其中ansys傳入中國比較早,應用比較多,在做線性問題和桿繫結構、板殼結構有非常大的優勢。abaqus較ansys進入中國要晚一些,是九十年代和新世紀由清華大學庄茁教授等人引進中國的,它在做非線性問題時具有明顯的優勢(不過結構方向,國內現在大部分用不到非線性,研究類用比較多。)

有限元軟體書籍

所有的有限元書籍都只講了某一個方面,某一些例題,而且很多書籍都有照抄的嫌疑,看多了以後就有這種感覺:怎麼都是一樣的?看完了之後只會做類似的問題,並不能舉一反三。

這裡我推薦一個老土但是耗時比較大的方法:看Help文檔(有的叫做Manual)。


蔡懷崇《材料力學》→徐芝綸《彈性力學》可以用來補基礎

還有就是你用的如果是Abaqus,庄茁的那個Abaqus應用比較入門級

其實有限元軟體本身自帶的Help挺好用的


有限元語言及其應用/梁國平,周永發 著/科學出版社


《有限元分析及應用》(附光碟) 曾攀 清華大學出版社。現在這版的封面很簡潔,上白下藍——容易辨認 。《面向對象結構分析程序設計》吳曉涵編著和 《有限元法與面向對象編程》俞銘華。

起碼數學基礎好。數學物理方法:這門課主要是從具體的問題中抽象出一個數學模型,再利用數學原理,主要是微積分,建立一個積分方程,然後離散之後就是有限元編程的總方程。

高等數學:這個是每個大學生都必須的,裡面的微積分、矩陣運算等等理論都是在以後的數值推導中特別需要的。

數值計算方法:求解不同的微分方程和偏微分方程需要用不同的數值方法,其精度和計算效率都是不同的。學過這門課,才知道有限元裡面用哪種方法比較符合自己的情況

其他:做力學有限元分析的話,起碼要懂力學吧, 彈性力學結構力學 理論力學 動力學分析等力學知識等;做電磁有限元分析,起碼要懂麥克斯韋方程組吧。。市場上賣的有限元教材一般都是結合力學講的。


上交朱伯芳院士的《有限單元法原理及應用》經典中經典 ! 不太適合初學者,但是想深入全面了解有限元理論的強烈推薦這本書,這本書中對於有限元使用過程中避不開的難題都有很好的理論解釋,本人看了半年了,收穫頗大!!


既然看不懂教材。那麼就不看教材。看一些特別的書

個人推薦 第一本是 有限元實踐原理-寫生指導書。這一本是講hm的 但是不重要吧前面一半講理論的看幾遍 你會發現 原來晦澀難懂的理論也能用如此通俗易懂的方式展現這本沒有出版。只有電子版

第二本 中國人寫的 鍋爐結構有限元分析 化學工業出版社 有一點老 裡面相對第一本 略帶公式。但是寫的十分簡略

主要是用簡單易懂的語言描述各種原理。

第三本看看 西工程大學還是西工大大學出版社的。有限元原理。記不清了。藍色封面 黃色的網格線的。那個是理論加經驗加公式的匯總

第四本看看帝國理工大學的。 清華大學曾攀翻譯的有限元原理 三卷的。看第一卷就行。是有限元領域泰斗級專家寫的。


可以看看馮康的《數值計算方法》,馮康是發明有限元的學者之一,這本書總結了很多數值計算的方法,有一章專門講有限元,言簡意賅,很好入門。這本書是七幾年出的,可能不太好找。


Bathe大神的《Finite element procedure》啊,經典啊


我學的是力學,專業課也包括有限單元法。我學過之後基本只能記住有限元分析基本概念:有限元分析就是把連續體分解為離散的互相聯繫的有限單元,然後在各有限單元連接節點上建立方程聯立求解。

我記得它涉及到的就是大量的數學計算知識加上一些工程力學裡的物理量。 所以像常微分方程偏微分方程數學物理方程都要熟悉。我記得還要用矩陣法求解,所以還要學好線代,好像還有數值分析什麼的。

具體用的軟體,我記得前後處理用的是patran或者hypermesh之類的,求解用nastran,然後abaqus、ansys可以單獨完成前後處理加求解

只記得這些了,畢業後做的工作不是這一塊,這些東西都沒用過,都忘的差不多了


就說說有限元方面吧,感覺有限元學好了,力學的很多問題都可以用有限元求解。

學理論的話,推薦《有限元方法基礎教程》,是伍義生等翻譯的版本。其原版是《A First Course in the Finite Element Method》,Logan寫的。內容比較全,書也比較厚,可以有選擇性的看一些章節。

關於有限元軟體的應用,庄茁的《基於abaqus的有限元分析和應用》是比較好的一般教程,自己按著上面的例子,一個一個做就行。


力學不是應先看材料力學,在看結構力學和彈性力學。

個人覺得孫訓方的材料力學,朱慈勉的結構力學和徐芝綸的彈性力學不錯。


如果是從頭學起,那不管用啥教材都一樣,最重要的是,別問了,先找本書看起來吧。。。


有限元語言及其應用/梁國平,周永發 著/科學出版社

不多見的一本書,但是很好玩。作者自創了有限元語言,我稍微接觸過一點,挺強悍的……


建議看《有限元分析-ansys理論與應用》,Moaveni著。此書將理論與實際問題相結合,實用性強,非常有利於有限元學習入門。


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