有限元分析教学范本FEMLAB与Mathematica
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- 原书名：有限元素分析教学范本篇FEMLAB与Mathematica
- 原出版社： 知城数位科技股份有限公司
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femlab是一种有限元分析的通用软件包，mathematica是一种著名的数学软件。本书选择以mathematica来进行数学验证，再以femlab进行分析。本书首先介绍了计算机辅助工程分析的基本结构、工业界cae应用范例、femlab的菜单结构、有限元法简介，接着介绍了8种典型的形函数，然后按专题分别对桁架、梁、膜、板、壳和三维实体运用三重验证的方法进行有限元分析。
本书理论阐述透彻，采用的教学方法新颖，适合作为力学、机械、土木、水利等专业本科生和研究生的教材，也可作为上述专业的工程技术人员和教师的参考书。
[b][font color="#ff6600"]本书特色：[/font][/b]
在传统的有限元分析教学过程中，大多使用软件包解决一般工程问题。这种教学方法容易使学生只懂得软件操作，不了解软件的理论基础。本书试图通过一些有益的尝试，对原有的有限元分析的教学方法进行一些改进。
1．用软件进行数学运算 作者认为在有限元分析的教学上，理论基础与软件操作同样重要。本书试图引导学生借助数学软件，解决数学运算与计算问题。使学生不再过分钻研工程数学的解题技巧，转而将大部分精力集中在对其结构性的理解方面，避免为学习理论而在计算上耗费大量时间。
2．可进行数学验证 以往许多有限元分析课程，为避开数学计算的繁杂，基础理论教完之后，便完全依赖软件包去进行验证。这样，学生便无法深入体验理论与软件之间的紧密关系。而作者认为，利用有限元分析方法验证理论值时，也可以使用数学软件来进行数学验证。数学软件的几行程序，便可抵得上一般软件的上百行程序，可见其效率之高。
3．软件包同步验证 本书推荐的三重验证教学方法是指，首先利用力学分析计算理论解；然后通过fea的方法。利用数学分析软件进行理论验证与计算：最后利用软件包进行分析。三者相互验证，学生可同时体验力学分析、有限元理论与软件包之间的交互关系。
4．femlab与mathematica相结合 本书综合应用有限元分析的通用软件包femlab与著名的数学软件mathematica，来进行有限元分析，具有非常好的代表性。
[b][font color="#ff6600"]本书特色：[/font][/b]
在传统的有限元分析教学过程中，大多使用软件包解决一般工程问题。这种教学方法容易使学生只懂得软件操作，不了解软件的理论基础。本书试图通过一些有益的尝试，对原有的有限元分析的教学方法进行一些改进。
1．用软件进行数学运算 作者认为在有限元分析的教学上，理论基础与软件操作同样重要。本书试图引导学生借助数学软件，解决数学运算与计算问题。使学生不再过分钻研工程数学的解题技巧，转而将大部分精力集中在对其结构性的理解方面，避免为学习理论而在计算上耗费大量时间。
2．可进行数学验证 以往许多有限元分析课程，为避开数学计算的繁杂，基础理论教完之后，便完全依赖软件包去进行验证。这样，学生便无法深入体验理论与软件之间的紧密关系。而作者认为，利用有限元分析方法验证理论值时，也可以使用数学软件来进行数学验证。数学软件的几行程序，便可抵得上一般软件的上百行程序，可见其效率之高。
3．软件包同步验证 本书推荐的三重验证教学方法是指，首先利用力学分析计算理论解；然后通过fea的方法。利用数学分析软件进行理论验证与计算：最后利用软件包进行分析。三者相互验证，学生可同时体验力学分析、有限元理论与软件包之间的交互关系。
4．femlab与mathematica相结合 本书综合应用有限元分析的通用软件包femlab与著名的数学软件mathematica，来进行有限元分析，具有非常好的代表性。
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第1章 绪论
1．l 计算机辅助工程分析的基本结构
1．1．l 绘制几何图形
1．1．2 元素、截面及材料定义
1．1．3 分格
1．1．4 载荷及约束
1．1．5 分析
1．1．6 结果
1．2 cae工业应用实例
1．2．l 绘制几何图形
1．2．2 材料性质
1．2．3 分格
1．2．4 载荷及约束
1．2．5 计算
1．2．6 结果
1．3 femlab的菜单结构
1．3．l 基本结构
1．3．2 下拉式菜单（应用命令菜单）
1．3．3 工具栏
1．3．4 转换成m－file文件
1．l 计算机辅助工程分析的基本结构
1．1．l 绘制几何图形
1．1．2 元素、截面及材料定义
1．1．3 分格
1．1．4 载荷及约束
1．1．5 分析
1．1．6 结果
1．2 cae工业应用实例
1．2．l 绘制几何图形
1．2．2 材料性质
1．2．3 分格
1．2．4 载荷及约束
1．2．5 计算
1．2．6 结果
1．3 femlab的菜单结构
1．3．l 基本结构
1．3．2 下拉式菜单（应用命令菜单）
1．3．3 工具栏
1．3．4 转换成m－file文件
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有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是工程科学的重要工具，其重要性仅次于数学。以往有限元分析一直是研究所的课程，大多由学生自己写程序。近来由于软件包的兴盛，有限元分析也呈现出多样化的发展趋势。对于工科院校的教学而言，有限元分析的基础理论是共同的内容，而在应用上则逐渐分为程序编写与软件应用两种方式。在工科院校的课程中，以软件包应用为主，多数课程因为受到学生数学计算能力上的限制，无法在理论上深入介绍。以软件包应用的教学优点在于，学生可应用软件包解决一般工程问题，学习时间短、效率高。其缺点是，学生往往只懂得软件操作，不了解软件的基础理论。
本书以理论的介绍为主要目标，期待对于有限元分析的教学做一个变革：
·以软件进行数学运算：作者认为在有限元分析的教学上，理论基础与软件操作一样重要。期待学生借助数学软件，解决数学运算与计算的问题。学生不再受工程数学的解题技巧的限制，将精神集中在结构性的理解，无须为学习理论而在计算上耗费大量时间。
·学理论不等于写程序：以有限元分析印证理论值时，也可以使用数学软件。不一定要在同一门课程，学习理论并编写程序。许多学生由于不善于写程序，而放弃学习理论，甚为可惜。数学软件三五行程序，可抵一般语言程序上百行，可以提高学习效率。
·无须避开数学验证：许多有限元分析课程，为避开数学计算的繁杂，基础理论教完之后，完全仰赖软件包去验证。这样的课程安排，无法让学生深入体验理论到软件之间的紧密关联。
·软件包同步印证：本书推荐一个三重验证的教学方法，首先以力学分析计算理论解：接着通过FEA的方法，借助数学分析软件进行理论验证与计算；最后以软件包执行分析，三者互相验证，同时体验力学分析、有限元理论与软件包之间的交互关联。
本书中选择以Mathematica来进行数学验证，再以FEMLAB进行分析。主要是因为Mathematica的符号式语言可避免一般程序语言的枯燥难懂，因此可集中精神在数学推导与计算上，而无须把大多数的时间花在写程序上；而FEMLAB则具有真正的窗口界面及全分析流程（由绘图、建立网格、设定边界条件、求解到后处理）的图形化界面，这大大地缩短了学习一个工程分析软件所需的时间，把一般认为艰深的、难以上手的专业工程分析软件，变为和Word，Excel一样，人人都可在数小时内便学会基本操作的软件。事实上，FEMLAB除了简单易学外，
还具有在本书中所未提及的多重物理量耦合功能、其他领域(如电场、磁场、扩散、化学反应）的分析能力、以及经过MATLAB所产生的参数分析能力、优化分析能力、虚拟实验功能与强大扩展能力等。
本书首先介绍了计算机辅助工程分析的基本架构和有限元分析方法，接着阐述了有限元分析的8种典型的形函数，然后分专题对桁架、梁、膜、板、壳等结构及三维实体等运用三重验证的方法进行有限元分析。
本书理论阐述透彻，采用的教学方法新颖，适合作为力学、机械、土木、水利等专业本科生和研究生的教材，也可作为上述专业的工程技术人员和教师的参考书。
本书以理论的介绍为主要目标，期待对于有限元分析的教学做一个变革：
·以软件进行数学运算：作者认为在有限元分析的教学上，理论基础与软件操作一样重要。期待学生借助数学软件，解决数学运算与计算的问题。学生不再受工程数学的解题技巧的限制，将精神集中在结构性的理解，无须为学习理论而在计算上耗费大量时间。
·学理论不等于写程序：以有限元分析印证理论值时，也可以使用数学软件。不一定要在同一门课程，学习理论并编写程序。许多学生由于不善于写程序，而放弃学习理论，甚为可惜。数学软件三五行程序，可抵一般语言程序上百行，可以提高学习效率。
·无须避开数学验证：许多有限元分析课程，为避开数学计算的繁杂，基础理论教完之后，完全仰赖软件包去验证。这样的课程安排，无法让学生深入体验理论到软件之间的紧密关联。
·软件包同步印证：本书推荐一个三重验证的教学方法，首先以力学分析计算理论解：接着通过FEA的方法，借助数学分析软件进行理论验证与计算；最后以软件包执行分析，三者互相验证，同时体验力学分析、有限元理论与软件包之间的交互关联。
本书中选择以Mathematica来进行数学验证，再以FEMLAB进行分析。主要是因为Mathematica的符号式语言可避免一般程序语言的枯燥难懂，因此可集中精神在数学推导与计算上，而无须把大多数的时间花在写程序上；而FEMLAB则具有真正的窗口界面及全分析流程（由绘图、建立网格、设定边界条件、求解到后处理）的图形化界面，这大大地缩短了学习一个工程分析软件所需的时间，把一般认为艰深的、难以上手的专业工程分析软件，变为和Word，Excel一样，人人都可在数小时内便学会基本操作的软件。事实上，FEMLAB除了简单易学外，
还具有在本书中所未提及的多重物理量耦合功能、其他领域(如电场、磁场、扩散、化学反应）的分析能力、以及经过MATLAB所产生的参数分析能力、优化分析能力、虚拟实验功能与强大扩展能力等。
本书首先介绍了计算机辅助工程分析的基本架构和有限元分析方法，接着阐述了有限元分析的8种典型的形函数，然后分专题对桁架、梁、膜、板、壳等结构及三维实体等运用三重验证的方法进行有限元分析。
本书理论阐述透彻，采用的教学方法新颖，适合作为力学、机械、土木、水利等专业本科生和研究生的教材，也可作为上述专业的工程技术人员和教师的参考书。
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