計(jì)算力學(xué)基礎(chǔ)

王秀喜，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：計(jì)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(jì)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

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(gè)簡(jiǎn)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(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(jì)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(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(shì)場(chǎng)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(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

主要參考書目 2100433B

該書以二維問題為例，用統(tǒng)一、綜合的觀點(diǎn)討論了求解復(fù)雜力學(xué)和工程技術(shù)問題各種計(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。

《計(jì)算力學(xué)基礎(chǔ)》全書由四個(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題?！队?jì)算力學(xué)基礎(chǔ)》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。

本書內(nèi)容包括：計(jì)算流體力學(xué)的特點(diǎn)和意義，流體力學(xué)基本方程及其分類，發(fā)展型偏微分方程有限差分和有限體積方法的基本概念、重要性質(zhì)和典型算法，貼體網(wǎng)格生成基礎(chǔ)，激波的數(shù)值計(jì)算理論，可壓縮流動(dòng)的典型計(jì)算方法，不可壓縮流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算方法初步。

本書首先介紹了計(jì)算流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，然后通過四個(gè)精心挑選的例子介紹了計(jì)算流體力學(xué)中的重要方法和處理技巧。這些例子都有理論上的解析解，讀者可以將CFD計(jì)算的結(jié)果與解析解進(jìn)行對(duì)比，從而更深入地了解CFD的基本概念、思路、方法、用途和優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，本書的最后一部分介紹了計(jì)算流體力學(xué)中的幾個(gè)前沿問題。本書選擇和編排內(nèi)容的這種方式非常適合沒有接觸或者很少接觸計(jì)算流體力學(xué)的讀者。無論是各專業(yè)的學(xué)生，還是不同領(lǐng)域的科研和工程技術(shù)人員，本書都能夠使讀者從基本概念出發(fā)，一步一步地進(jìn)入到計(jì)算流體力學(xué)的整個(gè)領(lǐng)域，掌握其中的概念、方法和應(yīng)用技巧。

本書是計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方面的入門書。這些例子都有理論上的解析解，讀者可以將CFD計(jì)算的結(jié)果與解析解進(jìn)行對(duì)比，從而更深入地了解CFD的基本概念、思路、方法、用途和優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，本書的最后一部分介紹了計(jì)算流體力學(xué)中的幾個(gè)前沿問題。本書選擇和編排內(nèi)容的這種方式非常適合沒有接觸或者很少接觸計(jì)算流體力學(xué)的讀者。無論是各專業(yè)的學(xué)生，還是不同領(lǐng)域的科研和工程技術(shù)人員，本書都能夠使讀者從基本概念出發(fā)，一步一步地進(jìn)入到計(jì)算流體力學(xué)的整個(gè)領(lǐng)域，掌握其中的概念、方法和應(yīng)用技巧。 本書既可作為力學(xué)專業(yè)高年級(jí)本科生和非力學(xué)專業(yè)研究生教材，也可作為航空航天、動(dòng)力工程、建筑、水利、環(huán)境等專業(yè)科研和工程技術(shù)人員的參考讀物。