扒一扒有限元的那些書【轉(zhuǎn)發(fā)】

2017-05-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

作者:旭

來源:公眾號小同人工作室

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于無形,如果閱讀過程中有不適癥狀,請及時關閉文檔。

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引文

最近總有師妹問我關于數(shù)值模擬、有限元、軟件等方面的事情(別問我為什么只有師妹,那不是重點!!),叫我?guī)椭扑]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(shù)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范圍,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(yè)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(jīng)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,這里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。

固體力學里面,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,復習一下線性代數(shù),重溫一下張量表示,下面我們開扒。

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!!重點在這里!這本書給了筆者很大的心靈啟迪,此書成書于十年浩劫期間(至少貴黨是這么稱呼那段歷史的),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致、環(huán)環(huán)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,那么Logan大大的那本《A firstcourse in finite elementmethod》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么好,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。

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MIT大牛Bathe教授的傳世之作《Finite Element Procedures》則是值得傳頌的經(jīng)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,讀起來也不至于很枯燥。

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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”,在金礦和筑路隊工作,在南非讀書,到美國攻讀博士,到MIT當教授,寫了SAP軟件,并將其開源(今天有個軟件叫SAP2000吧,別問我為什么和Bathe寫的軟件名字那么像,這里面有一串指責抄襲與撕逼的羅生門故事,有機會再扒),創(chuàng)建了TADINAR&D公司,開發(fā)了ADINA軟件,并以其變態(tài)的收斂性而聞名。筆者曾用Workbench平臺做流固耦合,流體模型和固體模型間數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪莻€效率啊,氣得我吐出三升老血,因為Workbench平臺在流、固模型的數(shù)據(jù)傳輸過程中,只支持單核。后我用了ADINA,才發(fā)現(xiàn)世間竟有此神器,助我降妖除魔。好了扯遠了。。。。。?？傊褪沁@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中的圣經(jīng),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(chuàng)始人之一),二是因為其涵蓋范圍非常之廣無所不包。但至于說到可讀性嘛……我就甩個呵呵的表情吧,畢竟是圣經(jīng),原諒我只是個凡人。辛克維奇,這個名字聽起來像蘇聯(lián)人,實際上他是波蘭人,二戰(zhàn)時德國攻陷的第一國家是哪里還記得嗎,Zienkiewicz教授一家在二戰(zhàn)開始的時候就輾轉(zhuǎn)流落到了英國,后來也一直生活、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?!),我濟的莊曉瑩教授則曾獲得過Zienkiewicz獎,宣父猶能畏后生,不知他日是否會有以莊曉瑩老師命名的獎項,又不知哪位后生有幸可以榮獲殊榮。

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在非線性有限元方面,筆者推崇的書有兩本:

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Simo和Hughes的《Computational Inelasticity》,經(jīng)典的材料本構在本書中都有包含,如果想要編程實現(xiàn)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(xiàn)。

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(jīng)典問題(殼體碰撞后的大變形)。此書有中文譯本,是清華的莊茁老師翻譯的,首先承認一點,如果是我來翻譯的話,那么一定翻譯的沒有莊老師的這版好,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(wǎng)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(wǎng)格法”這一名字的人(注意,只是最早命名了無網(wǎng)格法,而不是最早提出了無網(wǎng)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,但我善于吹啊!

最后扒一扒王勖成老師的《有限單元法》吧,說實話,我一直搞不懂為什么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(nèi)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,對于一個只接觸過力學的人來說,這個公式給我?guī)砹祟嵏残缘拇驌?深刻懷疑過自己的智商,真的看不懂啊!雖然后來發(fā)現(xiàn)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,后幾經(jīng)反復接觸了一些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(xiàn)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。