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有限元分析与仿真资源大汇总(一)

11月前浏览347

 


主要讲授典型问题(包括线弹性问题、稳态热传导问题、对流扩散问题和梁板壳问题)的有限元格式、程序设计方法和数学理论基础。


 

国外介绍有限元方法的经典入门教程,主要介绍有限元方法的基本理论知识、一般原理、各类实体模型的问题求解和实际工业应用。涵盖了简单的弹簧和杆、梁的弯曲、平面应力/应变、轴对称、等参公式、三维应力、板的弯曲、热传导和流体介质、多孔介质、液压网络、电网络和静电学中的流体流动、热应力、与时间相关的应力和热传导等。配置了100多个给出详细求解过程的实例。这些实例是用普通方法求解的,以便说明概念。每章后面总共给出了多达560多道习题以增强读者对概念的理解。每章后面有便于使用的方程小结、建模附加信息、有限元解与解析解的比较、大量实体模型的例子和问题的计算机程序求解。

 


本卷主要内容包括:基于固体力学和结构力学的非线性有限元分析,传热、场和不可压缩流体流动问题的有限元分析,静态分析中平衡方程组的求解,动力学分析中平衡方程求解,特征问题的求解基础,特征问题的解法,以及有限元法的实现。


 


本书以有限元法分析流程为主线,阐述有限元基本原理;以MATLAB为编程平台,阐述有限元程序设计的思路与实现。本书共分10章,包括绪论、弹性力学基础、平面三角形单元、平面四边形单元与收敛准则、轴对称问题、空间问题、杆系结构、平板弯曲问题、有限元分析中的几个特殊问题、材料非线性问题,着重介绍典型单元的位移函数构造、刚度矩阵、等效节点载荷等有限元关键步骤的表达格式及应用。详细讲述平面三角形单元、四节点等参单元、轴对称三角形单元、桁架结构等四类MATLAB程序功能、程序流程图。


商业软件有限元仿真相关书籍


 


主要包括基础理论介绍、CAE基本使用方法和实例详解等3方面内容。简要介绍了ABAQUS软件的发展历史、功能模块、文件类型、常用使用命令,详细介绍了INP输入文件组成、模拟过程中警告和错误信息提示以及改正方法、部分本构模型与理论方法。针对水力压裂过程中关注的力学问题进行了详细的实例介绍,包括模型建立、网格划分、材料赋值、分析步与边界条件设置以及作业输出设置等方面。本书配有大量插图,读者能够准确了解ABAQUS软件模拟流程和相关功能设置,快速掌握ABAQUS有限元软件模拟方法;可供从事水力压裂模拟研究以及岩土力学领域模拟研究工作的广大读者学习和参考。


 


分为基础篇和应用篇两个部分。基础篇介绍了有限单元法的基本原理、ABAQUS有限元基本知识、道路工程中常用材料模型和UMAT的编写、单元及网格划分技术、inp文件用法;应用篇中运用实例的形式,采用ABAQUS有限元程序分析了道路工程(包括部分岩土工程)中的典型问题:包括沥青路面结构的裂缝问题和动态响应问题、沥青路面结构的车辙问题、软土地基上路面结构的沉降问题、桥台地基的沉降问题和路堤边坡稳定性问题等。


 


是ABAQUS软件应用的实例教材,结合有限元的基本理论和数值计算方法,通过一系列的相关例题和讨论,介绍了ABAQUS软件的主要内容。书中系统地讲解了编写输入数据文件和前处理的要领,对输出文件进行分析和后处理的方法,并系统地讲述了一些应用在土木、材料、机械和铁道工程的实例。为了帮助二次开发,详细地讲解了如何编写材料子程序UMAT和单元子程序UEL。


 


本书介绍了纺织工程专业中常见的有限元分析案例,涵盖织物拉伸性能、顶破性能、弹道冲击、纱线抽拔等方面。书中不仅详细介绍了各种分析方法的原理和步骤,还通过具体案例展示了模拟过程及结果分析。此外,本书还介绍了ABAQUS与其他建模软件的联用分析案例。


 


全书分为两部分,分别是基于 ABAQUS的用户子程序基础、有限元子程序开发进阶。第一部分(第1~8章)介绍了有限元子程序开发的基本过程、Fortran的基本语法和常用到的用户子程序的接口及应用案例;第二部分(第9~14章)介绍了较为复杂的大型有限元子程序开发的方法和子程序开发中的一些高级功能,并且涵盖有目前计算断裂力学、多孔介质材料、冲击动力学的学术研究前沿。


 


《基于Abaqus的复合材料有限元分析》为英文书籍Finite Element Analysis of Composite Materials Using Abaqus的译著。该书主要分析对象为复合材料及结构,从细观到宏观全面涵盖了复合材料力学的基础理论。同时该书将有限元分析方法引入到复合材料及结构的分析中,并且以Abaqus软件为平台开展了大量工程实例分析。


 


本书主要针对不同类型的非线性本构关系及其有限元实现过程进行阐述, 着重讨论时间相关和时间无关两类非线性本构关系、循环本构关系和热力耦合循环本构关系、大变形本构关系、晶体塑性循环本构关系和应变梯度塑性本构关系。通过对非线性本构关系的应用背景、本构方程、非线性方程迭代求解和一致性切线模量推导进行详细介绍, 展示非线性本构关系在结构非线性分析中的具体应用, 为研究固体材料非线性力学响应提供基本的理论体系和数值分析方法。


 


本书系统介绍了应用ABAQUS 6.14进行岩土工程数值分析的步骤和需考虑的关键问题。基础篇主要介绍软件的功能、岩土工程中常用本构关系、接触面理论和用户子程序构成等基本知识。应用篇介绍浅基础的地基承载力、挡土结构的土压力、饱和土的渗流固结、非饱和土的渗流、桩基工作性状、岩土开挖和堆载问题和边坡稳定分析等问题的求解。提高篇介绍用户自定义材料和单元的二次开发、岩土动力问题和离散元分析。


 


本书主要讲解了有限元分析的相关理论与实践应用。全书共11章,从讲解基本的杆单元、梁单元以及刚架的有限元分析理论入手,介绍了应力和应变分析、加权残值法、有限元近似、数值积分法、平面问题、轴对称问题以及板壳问题等主题,并在相关章节加入MATLAB编写的有限元程序以及Abaqus商用有限元分析软件的应用内容,使得读者能够在学习理论、编写程序、使用软件三位一体的训练中,更加深入地理解有限元分析的方法,夯实有限元理论基础。


 


本书通过ABAQUS有限元实例的详细剖析,介绍了ABAQUS在线性静力分析、接触分析、弹塑性分析、热应力分析、多体分析、频率提取分析、瞬时模态动态分析、显式动态分析等领域的分析方法,以及复杂实体建模、分析计算和后处理的技巧。本书内容从实际应用出发,侧重于ABAQUS的实际操作和工程问题的解决,教会读者如何根据问题的特点来选择ABAQUS的相应功能,寻求解决问题的最佳方案。书中还着重讨论了用户常犯的错误和经常碰到的疑难问题,以及ABAQUS的常见错误信息和警言信息,并给出了相应的解决方法。本书主要面向ABAQUS的初级和中级用户,同时也在实际工程分析方面为ABAQUS高级用户提供了有用的参考。


 


本书分为模块介绍和应用实例两部分,将相关理论、工程分析经验与例题相结合,向读者诠释了ABAQUS的基本功能、应用领域及具体操作方法。书中详细介绍了ABAQUS的几何建模,网格划分,分析步、相互作用、载荷与边界条件,分析与后处理及优化等模块的常用功能和使用技巧。在此基础上,较为全面地讲解了ABAQUS最新版本的工程实例,包括材料力学特性方面的分析、接触分析、动力学分析、材料破坏分析、耦合分析及ABAQUS与其他应用软件的联合使用。将基本操作、INP文件的解读和相关理论知识相结合,使读者能较全面地了解并掌握ABAQUS,不公知其然,还能知其所以然。本书深入浅出,既适用于初学者,也适用于具有一定ABAQUS使用经验的读者。随书提供所有案例的数据库文件、INP文件和1GB有声讲解视频,可作为ABAQUS软件的教材、培训用书,也可作为ABAQUS的提高和进阶的参考书,适合于各领域的工程分析师。


 


本书介绍了有限元分析常用的材料本构模型、状态方程、材料动态力学参数的标定方法,给出了上千种常用材料的数值计算材料模型参数,涉及各类金属、陶瓷、玻璃、生物材料、空气、水、冰、地质材料、含能材料、有机聚合物和复合材料等,同时列出了数据来源。本书适合理工科院校的教师、本科高年级学生和研究生作为有限元分析学习辅助教材,也可以作为国防军工、航空航天、汽车碰撞、材料加工、生物医学、电子产品、结构工程、采矿、船舶等行业工程技术人员的工程设计和数值计算参考手册,还可应用于有限元计算软件材料库的开发。


网络资源


清华大学曾攀教授的经典有限元分析及应用


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讲解深入浅出,涵盖了函数近似、有限元网格离散相关、热学、结构力学、基础变分原理等重要的理论。每一个视频时间都不长,后面还有商业软件的上手实操,理论与实际相结合。


中国科学院大学张冬梅《有限元方法》


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中国科学院大学张冬梅教授的日常上课录频,课程内容干货满满,适合想要深入学习有限元的学生学习。更侧重于有限元理论本身。


密歇根大学的物理问题中的有限元方法


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密歇根大学的课程,更加偏向于底层的数学物理,对偏微分方程、时间离散化、函数稳定性、矩阵和向量的弱形式、模态分解等。

来源:STEM与计算机方法
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首次发布时间:2025-11-01
最近编辑:11月前
江野
博士 等春风得意,等时间嘉许。
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数字化(Digitalization)在工程当中的交叉研究

文一: 化学工程教育中的数字化工具:需求和愿望摘要:化学工程教育工作者在使用数字工具解决基本工程问题方面有着悠久而丰富的历史。今天,随着数字化的大趋势,可以用于化学工程教育的工具越来越多。然而,确定哪种工具最适合支持给定化学工程概念的教学可能具有挑战性。为了回答这个问题,向IChemE机构的部门负责人和专注于数字化的IChemE委员会成员分发了一份调查。调查对象将Microsoft Excel(VBA)、商业模拟器和脚本工具评为最适合教授质量和能量平衡、传质和反应工程等核心科目的工具,而受访者则认为3D模型和虚拟/增强现实模型最适合教授工艺设计、安全和可持续性等科目。数学/编程的简单性、易于维护和低初始投资成本被确定为阻碍采用给定数字工具的关键非技术方面。权衡教育和非技术障碍的好处,受访者更喜欢使用Excel和脚本语言等更简单的数字化平台,而不是尽可能使用虚拟/增强现实等更先进的平台。人们发现,要广泛采用更先进的数字化工具,就需要消除上述非技术性障碍以及工具共享性等其他障碍。 图:调查对象的当前角色。 图:受访者对化学工程本科教育数字工具开发中关键非技术因素相关性的看法。 图:受访者对特定受试者使用的适当数字化工具的意见。文二: 工程教育数字化研究与实践摘要:数字化是近年来的发展趋势。它涵盖了商业、社会和研究的所有领域。本文对工程教育研究与实践的论述做出了贡献。该贡献旨在以三种方式产生新的见解:(1)通过分析数字化在研究领域的意义,(2)通过描述数字化方法在教育实践中的实施示例,以及(3)通过介绍涵盖数字化转型和对社会的反弹影响的课程的理论和方法框架。这种方法产生了基于经验的最先进知识,并有助于将工程教育研究转化为实践。 图:聚焦数字化的选定子类别,2014年至2016年Educon会议的贡献。 图:基于理论的“暑期学校4.0:数字化”概念。文三: 建筑环境中建筑供应链和采购的数字化:可持续流程的新兴技术和机遇摘要:随着数字化的快速发展,人们提倡将数字技术应用于供应链和采购流程,以促进建筑环境中的革命性创新。因此,在过去的几十年里,人们对建筑环境中的数字供应链和采购技术(DCSP技术)进行了大量研究,形成了庞大、分散和多样化的知识体系。在这项研究中,通过混合评审方法,对建筑环境中的DSCP技术进行了全面的最新研究,以揭示推进建筑供应链数字化所需的知识领域。科学制图分析和定性讨论用于深入了解建筑供应链数字化的研究活动、挑战和机遇。确定了包括数字建筑、数字集成概念和安全在内的六个主题,区块链智能合约是建筑供应链的最新趋势。此外,还提供了未来的研究机会,包括建筑信息建模(BIM)系统集成、工业4.0和新兴的DSCP技术、网络安全以及与DCSP技术的可持续性关系。本研究通过提供研究探索的全面画面,揭示了研究人员和从业者在数字化和可持续的建筑环境中开发和推进DSCP技术所必需的研究需求,为建筑数字化文献增添了价值。 图:CSCP流程和活动概述。 图:研究方法过程。 图:全球建筑环境中DSCP技术的主要研究领域。 图:调查结果摘要。文四: 常规隧道工程施工阶段的建筑信息建模摘要:建筑信息建模(BIM)已成为建筑、工程和施工(AEC)部门数字化转型的关键技术。行业基础类(IFC)作为一种开放的、与供应商无关的数据模型,在这一转变中发挥着至关重要的作用。尽管BIM取得了最新进展,但隧道工程仍需赶上采用数字技术的其他AEC部门。目前,IFC主要用于获取与最终隧道结构元件直接相关的信息,但很少作为记录隧道开挖和支护的手段。本文通过将国际金融公司的使用扩展到有关过程、劳动力、设备和所用材料的信息,为传统隧道项目的执行阶段提出了一个国际金融公司驱动的过程。通过一个案例研究对所提出的过程进行了评估,该案例研究展示了国际金融公司如何表示传统隧道项目的数据。结果表明,IFC为表达常规隧道工程执行阶段的数据提供了必要的概念。在这一阶段实施国际金融公司驱动的流程大大有助于隧道项目的数字化转型。 图:与传统隧道项目文件编制过程相关的概念的ArchiMate模型。 图:隧道开挖和支护文件的ArchiMate模型。 图:连接到圆的几何表示。文五: 隧道挖掘中的机器学习——能力和挑战摘要:数字化将改变地质数据的收集方式、岩石分类方法、设计分析在隧道开挖领域的应用以及隧道施工和维护过程。近年来,数字技术(建筑信息建模和机器学习(ML))在各种具有挑战性的任务中的成功应用迅速增加。在不断增加的总数据量和更高计算能力的易用性的推动下,ML技术在不同任务中的成功部署急剧增加。ML已被引入许多科学和技术中,并最终进入岩土工程、隧道开挖和工程地质学领域,尽管其发展仍不如其他学科。本文重点介绍了ML方法在一般岩土工程中的潜力,尤其是在隧道工程中。将讨论使用隧道掘进机(TBM)数据进行的岩体特性自动分类、掌子面前方地质预测的更新、3D位移数据的数据驱动解释或全自动隧道检查等应用。 图:隧道数字化的发展时间表。 图:相互专题背景下的人工智能、机器学习和深度学习领域,以及ML的三个子分支——监督、无监督和强化学习——在隧道挖掘中的可能应用。 图:链测长度3500至4000m之间TBM参数的示例截面;几个特征显示出对遇到的断层带的独特反应。 图:通过地震P波模型的纵剖面。来源:STEM与计算机方法

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