Метод конечных элементов в современных иностранных книгах
Метод конечных элементов уже достаточно давно является одним из основных в практике расчета зданий и сооружений. Бурное развитие вычислительной техники за несколько последних десятилетий существенно расширило возможности применения этого метода и дало базу для составления новых методик расчета. В данной статье авторы предлагают подборку и краткую характеристику наиболее значимых и интересных зарубежных изданий, посвященных методу конечных элементов (МКЭ), вышедших в свет в начале этого столетия.
Ключевые слова: зарубежная литература, Метод конечных элементов, МКЭ, обзор
Метод конечных элементов в различных своих вариациях широко применяется во многих областях знаний. Ниже представлена подборка материалов, которые могут быть интересны студентам и выпускникам строительных ВУЗов, а так же практикующим инженерам-проектировщикам.
Книга J. N. Reddy "AnIntroductionto Nonlinear Finite Element Analysis" [1] может быть использована в качестве начального руководства по анализу нелинейных конечных элементов. Она включает в себя подробные формулировки основных понятий, компьютерное выполнение изложенных алгоритмов, примеры и упражнения. Следует выделить обучающий, ориентированный на пользователя стиль и систематизированное, пошаговое введение в предмет.
Книга P. I. Kattan и G. Z. Voyiadjis "Damage Mechanics With Finite Elements. Practical Application With Computer Tools" [2] описывает исследования в механике разрушений с применением конечных элементов. Акцент сделан на программирование метода конечных элементов для применения в этой области знаний. Книга содержит исследования по разложению на части пустот и трещин применительно к механике разрушений. Обучающая версия программы метода конечных элементов содержится на CD-ROM, прилагаемом к книге. Это руководство направлено на выпускников ВУЗов и исследователей в строительстве, аэрокосмическом машиностроении и изучении материалов.
В книге "Finite Element Designof Concrete Structures" [3] G. A. Rombach предлагает пересмотреть слепую веру в компьютерные вычисления. Автор считает, что в связи с наплывом информации в них упускаются важные детали. Ошибки в числовых моделях в чрезвычайных обстоятельствах могут приводить к строительным провалам, как показало обрушение так называемой платформы Слейпнера. Книга представляет практические проблемы конкретных сооружений и решение их основных моментов, в которых сложные числовые вычисления не следует использовать для компенсации отсутствия практических знаний о структурном поведении строения. Такая подача материала будет интересна и для практикующих инженеров-строителей, и для студентов, которые используют программное обеспечение для проектирования конкретного сооружения.
В книге G. R. Liu и S. S. Quek "FiniteElementMethod: A PracticalCourse" [4] представлена методика для проектирования и анализа инженерных систем, включая микроструктурные системы, в которых может быть применен метод конечных элементов. Изучение основ используется для демонстрации теорий, методов, техники и практических приложений, используются численные диаграммы и таблицы. Примечательно, что в теории и примерах используется коммерческое программное обеспечение ABAQUS, хотя авторы отмечают, что читатель может использовать и другие программные обеспечения, такие как NASTRAN, ANSYS, MARC и т. д. Еще одной особенностью этого издания является то, что авторы сделали доступным для свободного скачивания в интернете полный набор слайдов PowerPoint, представленный в их курсе по МКЭ. Таким образом, цель этой книги - снабдить необходимыми теоретическими и практическими знаниями метода конечных элементов читателей, которые могут использовать коммерческое программное обеспечение для решения линейных проблем в машиностроении и строительстве с упором на строительную механику и термодинамику. Издания подобного рода можно считать удачным симбиозом маркетинговой программы новой вычислительной системы и обучающего курса по расчету и проектированию объектов.
Издательство OxfordUniversityPress (г. Окфорд, Великобритания) долгие годы выпускало учебную литературу промежуточного уровня в области прикладной математики в рамках серии "Oxford Applied Mathematics And Computing Science Series". В настоящее время эта серия возобновлена как "Oxford TextsIn Applied And Engineering Mathematics" и расширена за счет включения ряда текстов, основанных на учебных курсах, которые объясняют математические и вычислительные методы, необходимые для решения фундаментальных и прикладных задач. Одним из изданий в рамках этой серии стал справочник I. Elishakoff и Y. Ren "Finite Element Methodsfor Structures With Large Stochastic Variations". Авторы впервые исследовали применение метода конечных элементов для структур с большим количеством стохастических вариаций. Книга ориентирована на выпускников ВУЗов, лекторов и исследователей в инженерных приложениях и науке, интересующихся методом конечных элементов.
В книге F. Hartmann и C. Katz " StructuralAnalysisWithFiniteElements" [6] представлены теоретические основы и практическое применение метода конечных элементов в структурном анализе на языке, который близок инженерам-строителям. Издание посвящено строительной механике в целом, а не только методу конечных элементов, в нем исследуются и объясняются многие вопросы, связанные с точностью расчетов, различными допущениями и гипотезами. В дополнительном разделе обсуждается метод граничных элементов. Отдельно стоит отметить доступность приведенного в книге в качестве примера программного обеспечения. Книга знакомит с новыми основами для метода конечных элементов, которые дают возможность инженерам-строителям обратиться с ключевыми вопросами, возникающими при компьютерном моделировании сооружения с конечными элементами.
В книге A. Ern и J. L. Guermond "TheoryandPracticeofFiniteElements" [7] представлена математическая теория конечных элементов, начиная с простых вычислений в теории приближений и интерполяции конечных элементов и вплоть до новейших исследовательских тем. Учебник состоит из трех основных разделов. Первая часть развивает теоретические основы метода конечных элементов, тогда как вторая и третья части посвящены различным применениям и практическим выполнениям метода. Написанная для выпускников университета, книга содержит числовые примеры и упражнения и может также быть полезной и для студентов, и для исследователей.
Книга P. Solin "PartialDifferentialEquationsandtheFiniteElementMethod" является очень доступным и систематизированным введением в современную теорию дифференциальных уравнений в частных производных и метода конечных элементов для их эффективного решения. Автор учел растущую сложность и многоуровневую природу современных научных и инженерных проблем. Введение в дифференциальные уравнения в частных производных и метод конечных элементов, содержащееся в главах 1-4, является сутью и основой публикации. Пятая глава книги посвящена современным методам высшего порядка для численного решения обыкновенных дифференциальных уравнений, которые создаются методом линий в полудискретных зависящих от времени дифференциальных уравнениях. В шестой главе обсуждаются дифференциальные уравнения четвертого порядка, описывающие изгиб упругих балок и пластин, и приближение их к решению с помощью полиномов Эрмита и Аргириса высших порядков. Наконец, седьмая глава представляет читателю различные дифференциальные уравнения и описывает их приближения конечными элементами.
Говоря о методе конечных элементов, нельзя не упомянуть одну из основополагающих книг в этой области - O. C. Zienkiewicz и L. R. Taylor "TheFiniteElementMethod (vol. 1, TheBasis)" [9]. Впервые опубликованная в 1967 г., она постоянно дорабатывалась и переиздавалась, оставаясь актуальной для нескольких поколений инженеров. В 2000 году в свет вышло 5-е издание. Написанное блестящим в своей области профессором, это новое издание о методе конечных элементов сохраняет общий стиль прежних книг и авторитетно объединяет последующие события в этой динамично развивающейся области. Книга состоит из трех томов, содержащих базу метода и его применение для развития механики твердого тела и динамики жидкости. Том 1 содержит широкий обзор метода конечных элементов; направленный на студентов последних курсов, выпускников университетов и профессиональных инженеров, он является полным введением в метод. Том 2 и том 3 представляют нелинейную механику твердого тела, строительную механику и динамику жидкости соответственно. Все три части важны для прочтения выпускниками ВУЗов и профессиональными инженерами, работающими в этой области.
Этой авторской команде принадлежит еще одна ключевая для инженеров и исследователей, занимающихся анализом и моделированием структур, от больших строительных проектов до малых инженерных компонентов, книга - "The Finite Element Methodfor Solidand Structural Mechanics" [10]. В ней описано применение метода конечных элементов к механике твердого тела и строительной механике. Рассмотрены особенности решения при малых и больших деформациях в линейном и нелинейном приближениях. Вышедшее в 2013 году уже 7-ое издание этого проекта характеризуется полным обновлением и перестройкой содержания книги, включением новых глав, посвященных использованию репрезентативных объемных элементов, дифференциальной геометрии, фоновой математике и теории линейной оболочки.
Книга Thomas J. R. Hughes "TheFiniteElementMethod" [11] основана на курсе, который автор преподавал в Калифорнийском Технологическом Институте и в Стенфордском Университете более 10 лет.
Вопросы, рассмотренные в главах 1-6, дают возможность справиться с проблемами собственных и начальных значений. Формулировки этих проблем - предмет седьмой главы. Главы 8-10 представляют основные алгоритмические стратегии для решения систем дифференциальных уравнений, соответствующих различным начальным условиям. В одиннадцатой главе представлена компьютерная программа линейного статического и динамического анализов. Программа названа DLEARN и содержит очень полную библиотеку инструментов метода конечных элементов. Дополнительные разделы касаются тем научных исследований, что делает книгу полезной и для аналитических работ в области конечных элементов. Книга предназначена в основном для людей, окончивших университет с ученой степенью, и студентов последнего курса технических специальностей, хотя и не предполагает глубокой математической подготовки. Наличие вводного материала в математическую теорию конечных элементов и важных математических выводов делают ее идеальным начальным учебником для работ по этому предмету. Однако, следует отметить абсолютно математическую подачу материала, что в свою очередь требует определенной подготовки и навыков.
Приведенный в данной статье список, конечно, не является полным, это лишь подборка наиболее значимых и полных книг, посвященных методу конечных элементов. Раздел современной научной литературы стремительно пополняется новыми работами, дополненными и переработанными переизданиями, переводами зарубежных книг. Многие из них доступны для скачивания в интернете. Такой огромный объем информации часто вызывает необходимость структурирования и выборки. Надеемся, что наша статья будет полезна в этом аспекте.
Метод конечный элемент сооружение
Библиографический список
- 1. Reddy J. N. AnIntroductionto Nonlinear Finite Element Analysis. Оксфорд: OxfordUniversityPress, 2004. 488 с. 2. Kattan P. I., Voyiadjis G. Z. Damage Mechanicswith Finite Elements: Practical Applicationwith Computer Tools. Берлин: Springer, 2002. 113 с.
Похожие статьи
-
Любая задача расчета имеет три стороны: статическую (или динамическую), геометрическую и физическую. Статическая (динамическая) сторона задачи...
-
Основное дифференциальное уравнение и методы его решения Процесс передачи теплоты через ограждение, все параметры которого остаются неизменными во...
-
О методах расчета конструктивных элементов сооружений на пересечениях
Этот вопрос поднят потому, что нормативными документами даются коэффициенты, с использованием которых определяется продолжительность работы сооружения....
-
Для обеспечения высоких темпов сооружения НС и КС в этих условиях применяют комплектно-блочный метод строительства. Сущность данного метода заключается в...
-
Эвристические методы - Эвристические методы в архитектурном творчестве
Французский математик Пуанкаре писал: "Творить - это уметь выбирать". Развитие творческого воображения, нахождение нетривиальных путей решения творческих...
-
Для определения эффективности экономической деятельности строительных фирм целесообразно обратиться к оптимизационным моделям. Концептуальной основой для...
-
В настоящее время значительно вырос уровень производства приборов неразрушающего контроля, что объяснятся широкой областью их применения: контроль...
-
Кровельные работы и классификация современных кровельных покрытий - Материалы для рулонных кровель
В технологии строительства под кровлей понимают верхнее водоизоляционное покрытие, которое защищает здания и сооружения от проникновения атмосферных...
-
В статье продемонстрированы методы повышения технико-экономических показателей высотных зданий при строительстве в стесненных условиях. Предложенные и...
-
Современная кровля: новые конструкции и материалы - Инновации в конструкциях крыш, зеленая кровля
Технология создания облегченных строительных конструкций переживает в настоящее время бурное развитие. Шведский производитель Lindab, один из мировых...
-
Об инженерной деятельности - Методы инженерного творчества
В современном обществе техническая деятельность весьма разнообразна, имеет широкий спектр различных реализаций от деятельности по заготовке сырья до...
-
Методы измерения производительности труда - Экономическая эффективность строительства
В зависимости от единицы измерения объема продукции различают три метода измерения производительности труда: натуральный, трудовой и стоимостной (табл....
-
Архитектурные особенности и конструктивные элементы - Здания и инженерные системы гостиниц
Для современных гостиниц характерно применение индустриальных методов строительства. Жилая часть гостиниц решается обычно на основе конструктивных схем и...
-
Метод комплексной оценки инвестиционных проектов в строительстве на основе нечеткой логики
В статье обоснована необходимость разработки метода комплексной оценки инвестиционных проектов в строительстве. Доказана необходимость учета внутренних и...
-
Рассмотрим метод, предложенный Ю. Сомовым в книге "Композиция в технике". Возможно, этот метод и не обозначен как художественно-образный, но автор...
-
Алгоритм решения проблемы - Эвристические методы в архитектурном творчестве
Основная цель использования эвристики в архитектурном творчестве заключается в минимизации затрат времени, средств и сил в процессе решения проблемы....
-
Методы неразрушающего контроля (преимущества и недостатки) Строительство развивается быстрыми темпами, и с каждым днем требования к срокам и качеству...
-
Главнейшей задачей строительства на современном этапе является выполнение строительных работ качественно и в нормативные сроки. Оба эти требования...
-
Расчет оснований производится, исходя из условия: , Где S - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом, SU - предельное значение...
-
Малые архитектурные формы - это сооружения, необходимые для архитектурно-планировочной организации садов и парков, создания комфортного отдыха...
-
Численно-квалифицированный состав бригады применяется в зависимости и в соответствии с составом специализированных звеньев по ЕНиР. При определении общей...
-
Используя ряд многочисленных измерений линейного размера (L) элемента конструкции строящегося здания (таблица 1), выполнить: 1. расчет абсолютной,...
-
МЕТОДЫ ПОДБОРА СОСТАВА АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ - Эксплуатационные свойства асфальтобетона
В России наибольшее распространение получил подбор составов минеральной части асфальтобетонных смесей по предельным кривым зерновых составов. Смесь...
-
Методы организации строительного производства - Проект производства строительных работ
1) Мачтовый метод. Характеризуется большими объемами работ в пределах заводской территории (изготовление элементов, укрупнительная сборка, формирование...
-
Введение - Правила приемки, методы контроля и испытаний оснований и фундаментов
Подземная часть несущих конструкций, входящих в процессе строительства в "нулевой цикл", состоит из фундаментов, стен и перекрытия подполья или подвалов....
-
Грубая погрешность или промах - это случайная погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко...
-
Оптимизация проекта по методу PERT - Строительство производственного помещения
Для анализа проекта по методу PERT необходимо вывести на экран панель инструментов с кнопками для запуска всех необходимых средств. Для этого...
-
Заключение эксперта - это представленные в письменном виде содержание исследования и выводы по вопросам, поставленным перед экспертом лицом, ведущим...
-
Системотехника оптимального проектирования элементов строительных конструкций
Опыт использования системотехники в различных направлениях инженерной деятельности, а также развитие системотехники строительства позволяет определить в...
-
Сетевой график разрабатывается исходя из условия, что технологические этапы выполняются на объектах последовательно, друг за другом, без совмещения...
-
В статье рассматриваются проблемы применения в России новых концептуальных подходов к градостроительному развитию городов и городских агломераций....
-
В зависимости от местоположения и конструктивного решения пол может состоять из следующих конструктивных элементов:-покрытие пола (чистый пол) - верхний...
-
Инъекционные растворы фирмы "Триада Холдинг" успешно решают проблемы протечек в строительстве. Они представляют, собой однокомпонентные полиуретановые...
-
На небольших участках, подготовку почвы допускается производить ручным способом с применением лопат, граблей и вил. При ручной подготовке почвы рабочие,...
-
В настоящее время зарубежной промышленностью керамическая черепица выпускается в широком ассортименте на современных высокопроизводительных заводах,...
-
Перегородками называют вертикальные ненесущие ограждающие конструкции, разделяющие одно помещение от другого[10]. В гражданских зданиях применяют также...
-
Традиционное сельское жилище современного Китая - Эволюция традиционного Китайского жилища
Конструктивные особенности древнего восточноазиатского зодчества сохранились до наших дней. Однокамерная каркасно-столбовая постройка, обычно небольшого...
-
Первый этап. Систематизация сведений, полученных в ходе проведения экспертного осмотра, и данных, которые содержатся в материалах гражданскою дела,...
-
Методы внешнего износа - Оценка технического состояния здания и его конструкций
Внешний (экономический) износ - обесценение объекта, обусловленное негативным по отношению к объекту оценки влиянием внешней среды: рыночной ситуации,...
-
Забойная крепь из армирующих фибергласовых элементов - Строительство тоннелей
За последние 15 лет в Италии была разработана и внедрена новая эффективная технология закрепления неустойчивого грунтового массива перед забоем тоннеля с...
Метод конечных элементов в современных иностранных книгах