Python與有限元--基於Python編程的有限元分析及應用擴展 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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裴堯堯，肖衡林，馬強，李麗華 著

圖書標籤:

• Python
• 有限元
• FEM
• 科學計算
• 數值分析
• 工程分析
• Python編程
• 結構力學
• 計算力學
• 應用開發

齣版社： 中國水利水電齣版社

ISBN：9787517053705

版次：1

商品編碼：12297664

包裝：平裝

開本：16

齣版時間：2017-12-01

用紙：膠版紙

頁數：272

字數：323000

編輯推薦

有限元編程，也可以很簡單

高效、易用、免費、開源

7行實現混閤單元係統剛度矩陣組裝

原創有限元分析框架

簡易快速自定義單元、求解方案及子包（擴展到其他領域）

程序推導單元矩陣

源程序和例題程序文件免費提供

強大的第三方包支持

Numpy——快速矩陣運算

Scipy.sparse——快速稀疏矩陣運算

Matplotlib——繪製精美圖錶(前、後處理)

Meshpy——實現高質量網格劃分

掃描二維碼看視頻講解，讓學習變得更容易

內容簡介

有限元是當今工程分析中應用非常廣泛的數值計算方法。《Python與有限元》以結構分析為主題，介紹瞭基於Python編程的有限元分析開源框架（被作者命名為Feon）的搭建過程和擴展方法。全書分為5章，主要內容包括Python、Numpy（Python著名的矩陣運算庫）和Matplotlib（Python著名的二維繪圖庫）簡介，Feon框架介紹及結構分析報Feon.sa（structural analysis）的搭建過程，Feon中自帶單元的定義和應用，如何自定義單元、求解函數（以計算結構動力學固有頻率和振型為例）、包（以滲透分析為例，定義和包FFa（fluid flow analysis），以及Python進行有限元編程方麵的建議。書中所有的程序均在Python2.7上測通過，並用二維碼引入Python視頻講解。

目錄

第1章 編程基礎——Python、Numpy、Matplotlib簡介

1.1 Python簡介

1.1.1 什麼是Python

1.1.2 Python及其庫安裝

1.1.3 Python入門知識

1.1.4 Python導入模塊

1.2 Numpy簡介

1.3 Matplotlib簡介

第2章 有限元分析的一般過程——搭建Feon框架

2.1 什麼是Feon

2.2 Feon框架介紹

2.3 節點

2.3.1 Feon.base.NodeBase類

2.3.2 Feon.sa.node.Node類

2.4 單元

2.4.1 Feon.base.ElementBase類

2.4.2 Feon.sa.element.StructElement類

2.4.3 Feon.sa.element.SoildElement類

2.5 係統

2.5.1 Feon.base.SystemBase類

2.5.2 Feon.sa.system.System類

2.5.3 節點與單元編號

2.5.4 單元剛度矩陣組裝

2.5.5 施加邊界條件

2.5.6 聯立綫性方程組

2.5.7 求解係統

第3章 Feon.sa中自帶單元類型定義過程及其應用

3.1 彈簧單元

3.1.1 一維彈簧單元

3.1.2 二維彈簧係統

3.1.3 三維彈簧單元

3.2 杆單元

3.2.1 一維杆單元

3.2.2 二維杆單元

3.2.3 三維杆單元

3.3 梁單元

3.3.1 一維梁單元

3.3.2 二維梁單元

3.3.3 三維梁單元

3.4 三角形實體單元

3.5 四麵體實體單元

第4章 快速自定義

4.1 自定義單元

4.1.1 二次杆單元

4.1.2 自由度釋放的梁單元

4.1.3 高斯�怖杖玫率�值積分函數

4.1.4 四邊形實體單元

4.1.5 四邊形Mindlin闆單元

4.1.6 六麵體實體單元

4.2 自定義求解函數

4.3 自定義包——滲流分析

4.3.1 節點

4.3.2 單元

4.3.3 係統

第5章 編程建議

5.1 推導單元矩陣

5.1.1 杆單元

5.1.2 三角形單元

5.2 前處理

5.2.1 自定義生成器

5.2.2 自定義類

5.2.3 應用第三方庫

5.3 後處理

5.3.1 繪製模型示意圖

5.3.2 獲取節點和單元信息

5.4 提速

5.4.1 Python/C 混閤編程

5.4.2 Scipy.sparse的應用

參考文獻

Python與有限元——一本探索計算科學新視角的深度指南 在現代科學與工程領域，數值模擬已成為不可或缺的工具，其核心驅動力在於對復雜物理現象進行精確、高效的描述與預測。其中，有限元方法（Finite Element Method, FEM）憑藉其強大的處理幾何復雜性、邊界條件以及非均勻材料的能力，在結構力學、流體動力學、電磁場分析、熱傳導等眾多學科中扮演著至關重要的角色。同時，Python語言以其簡潔易讀的語法、豐富的第三方庫以及活躍的社區支持，正日益成為科學計算領域的主流選擇，為研究人員和工程師提供瞭前所未有的靈活性和效率。 本書《Python與有限元——基於Python編程的有限元分析及應用擴展》並非僅僅是一本介紹有限元方法的教材，更是一本引領讀者深入理解計算科學精髓、掌握現代化編程工具的實踐指南。它將理論的嚴謹性與實踐的靈活性巧妙結閤，旨在為那些渴望跨越理論與應用鴻溝的研究者、工程師、高年級本科生及研究生提供一條清晰且富有啓發性的學習路徑。 本書的核心價值與特色： 本書最大的亮點在於其“Python驅動”的有限元方法論。我們不迴避有限元方法的數學基礎，但更強調如何將這些抽象的數學概念轉化為可執行、可調試、可擴展的Python代碼。這意味著讀者將有機會親手構建、修改並運行有限元求解器，從而建立起對算法的深刻直觀理解，而非僅僅停留在概念層麵。 理論與實踐的無縫融閤： 本書在闡述有限元方法基本原理時，會同步展示相應的Python實現。例如，在講解離散化、單元剛度矩陣組裝、載荷嚮量構建等關鍵步驟時，會提供清晰的代碼片段，並輔以圖示和詳細的解釋，幫助讀者理解理論是如何映射到實際計算過程中的。這種“邊學邊練”的學習模式，將極大提升學習效率和知識的吸收程度。 Python生態的深度利用： Python的強大之處在於其豐富且高度優化的第三方庫。本書將充分挖掘這些庫的潛力，例如： NumPy：作為數值計算的基礎，NumPy的高效數組操作將是實現矩陣運算、嚮量計算的基石。讀者將學習如何利用NumPy進行高效的內存管理和並行計算。 SciPy：在科學計算方麵，SciPy提供瞭大量的高級函數，如綫性代數求解器、積分、插值等，這些都將為有限元方法的實現提供強大的支持。 Matplotlib/Plotly：數據可視化是理解和呈現計算結果的關鍵。本書將指導讀者如何使用Matplotlib或Plotly創建高質量的二維和三維圖形，用於展示模型網格、應力分布、位移雲圖等，直觀地揭示物理現象。 SymPy：對於一些解析推導和符號計算，SymPy將是一個非常有用的工具，它能夠幫助我們自動推導單元剛度矩陣等，減少手工推導的錯誤，並加深對公式的理解。 VTK/Mayavi：對於更復雜的後處理和三維可視化需求，如三維網格生成、復雜幾何體的渲染等，本書也會觸及相關的解決方案。 麵嚮對象的編程範式： 本書將采用麵嚮對象的編程思想來構建有限元求解器。這意味著讀者將學習如何將有限元模型中的各個組件，如單元、節點、材料屬性、邊界條件等，封裝成獨立的類。這種設計不僅使得代碼結構更加清晰、模塊化，易於維護和擴展，也能夠很好地映射到實際工程問題的對象化描述。讀者將學會如何設計可重用、可組閤的有限元求解器組件。 從基礎到進階的循序漸進： 本書的結構設計旨在滿足不同層次讀者的需求。 基礎部分將從最簡單的二維問題入手，如一維杆件的軸嚮應力分析、二維梁的彎麯問題，逐步建立起讀者的基本概念和編程框架。 進階部分將進一步探討更復雜的問題，例如二維彈性力學、熱傳導問題，以及如何處理更復雜的幾何形狀和邊界條件。 應用擴展部分將引導讀者探索有限元方法在更廣泛領域的應用，並介紹一些高級技術，如自適應網格細化、非綫性問題求解、並行計算策略等。 注重實際應用與工程啓發： 本書內容緊密結閤實際工程應用。我們將通過分析典型的工程算例，如橋梁結構應力分析、航空發動機部件的熱應力分析、電子元件的電磁場分布等，來展示有限元方法在解決實際問題中的威力。同時，本書也將引導讀者思考如何根據具體的工程需求，對現有的有限元模型和求解器進行定製和擴展，從而解決個性化的問題。 啓發式的問題解決與創新思維： 在學習過程中，本書會提齣一係列引導性問題，鼓勵讀者思考算法的優缺點、計算效率的提升途徑以及如何將有限元方法應用於新的領域。這種啓發式的教學方式，旨在培養讀者的批判性思維和創新能力，使其能夠獨立解決更具挑戰性的計算科學問題。 本書將涵蓋的關鍵技術與概念： 有限元方法的核心理論： 變分原理與伽遼金法 基函數與插值多項式 單元剛度矩陣的推導與組裝 載荷嚮量的構建 邊界條件的施加（本質邊界條件與自然邊界條件） 求解綫性方程組的方法 Python編程實踐： NumPy數組操作與綫性代數 SciPy庫在有限元計算中的應用 Matplotlib/Plotly進行結果可視化 麵嚮對象的設計模式在有限元代碼中的體現 文件I/O與數據管理 典型工程問題的Python有限元實現： 一維問題：杆件軸嚮應力、熱傳導 二維問題：平麵應力/應變、梁的彎麯、穩態/瞬態熱傳導 邊界條件的多樣性與處理技巧 進階主題與應用擴展： 網格生成技術概述 高階單元的使用 非綫性問題的數值求解方法（如牛頓-拉夫遜法） 並行計算與分布式計算的初步探討 將有限元方法與機器學習等新興技術結閤的思路 如何利用Python擴展現有商業有限元軟件的功能（如通過API接口） 本書的目標讀者： 本書內容充實，邏輯嚴謹，既適閤初學者建立堅實的有限元基礎，也適閤有一定基礎的研究者和工程師深入挖掘Python在有限元分析中的潛力。 對有限元方法感興趣的在校學生： 無論是機械工程、土木工程、航空航天、材料科學、生物醫學工程還是計算數學專業的學生，都可以通過本書掌握有限元的基本理論與Python實現。 從事數值模擬與工程計算的工程師： 希望利用Python強大的工具鏈提升工作效率，實現更靈活、定製化的仿真分析。 需要進行科學計算的研究人員： 尋求一種高效、靈活的編程方式來實現復雜的數值模擬，並探索新的研究方嚮。 對計算科學和編程技術有熱情的業餘愛好者： 想要深入瞭解科學計算的魅力，並通過實踐掌握一項硬核技能。 結語： 《Python與有限元——基於Python編程的有限元分析及應用擴展》是一本集理論深度、實踐廣度與技術前沿性於一體的力作。它將帶領讀者踏上一段激動人心的計算科學探索之旅，在掌握有限元這一強大分析工具的同時，也能夠熟練運用Python這一現代編程語言，為解決當今復雜的工程與科學挑戰，以及探索未來的無限可能，奠定堅實的基礎。通過本書的學習，您將不僅能夠理解“如何”進行有限元分析，更能深刻領悟“為何”這樣做，從而成為一名更具創造力和解決問題能力的計算科學傢。

評分☆☆☆☆☆

我對《Python與有限元--基於Python編程的有限元分析及應用擴展》這本書的標題感到十分好奇。作為一個對工程模擬和數值計算有著強烈好奇心的人，我一直對有限元方法（FEM）的強大能力有所耳聞，但同時也覺得其理論體係較為復雜，不易入門。我猜測這本書的最大亮點在於它將Python這一現代編程語言引入到有限元分析的學習過程中。我期待書中能提供清晰的流程，從基礎的離散化概念開始，逐步講解如何利用Python代碼實現網格生成、單元剛度矩陣的推導與組裝、整體方程的建立以及最終的求解和後處理。我希望書中能夠包含豐富的代碼示例，並且這些代碼都是可以直接運行並驗證的。更重要的是，我對“應用擴展”這一部分充滿瞭期待，我希望通過這本書，我能夠瞭解到如何將基本的有限元模型推廣到更復雜的工程問題中，例如如何處理非綫性材料、如何進行動態響應分析、或者如何集成其他領域的數值方法。這本書的齣現，似乎為我提供瞭一條更便捷、更具實踐性的路徑，去深入理解和掌握有限元方法。

評分☆☆☆☆☆

我最近注意到一本叫做《Python與有限元--基於Python編程的有限元分析及應用擴展》的書，我對它的潛在價值感到非常好奇。在我的認知裏，有限元方法是解決復雜的偏微分方程問題的強大工具，尤其是在工程領域的應用，例如結構力學、流體力學、熱傳導等。然而，學習有限元往往需要紮實的數學功底和對專業軟件的熟悉，對於非專業齣身的我來說，這構成瞭一定的門檻。這本書名中的“Python編程”部分，引起瞭我的極大興趣。我一直認為，Python以其簡潔易讀的語法和豐富的庫資源，能夠極大地降低科學計算的學習麯綫。我猜測這本書會巧妙地將Python的強大功能與有限元的核心算法相結閤，為讀者提供一種全新的學習體驗。我期待書中能夠詳細闡述如何利用NumPy、SciPy等科學計算庫，高效地實現有限元方程的組裝、求解以及結果的可視化。此外，我對“應用擴展”這一部分尤為感興趣，它暗示著這本書不僅僅局限於基礎理論，而是會帶領讀者探索如何將有限元方法應用於更廣泛的領域，甚至進行二次開發，這對於我這樣希望將所學知識融會貫通的人來說，無疑具有巨大的吸引力。

評分☆☆☆☆☆

最近偶然間翻閱瞭一本名為《Python與有限元--基於Python編程的有限元分析及應用擴展》的書，雖然我並非專業背景齣身，但其書名所傳達的“Python + 有限元”的結閤點，立刻引起瞭我的興趣。我一直認為，學習編程語言的最好方式之一，便是將其應用到某個具體的、具有挑戰性的領域。而有限元方法，作為一種強大的數值計算工具，在工程、物理等眾多領域都有著舉足輕重的地位。這本書的齣現，似乎為我打開瞭一扇新的大門，讓我可以藉由Python這門易於上手的語言，去探索和理解復雜的有限元理論及其在實際問題中的應用。我設想，這本書或許會深入淺齣地講解有限元的基本原理，例如單元的建立、插值函數的選擇、剛度矩陣的組裝等等，並且會詳細闡述如何用Python來實現這些步驟。我很期待看到書中能夠提供清晰的代碼示例，能夠一步步地引導讀者完成從理論到實踐的轉換。甚至，我隱約覺得，這本書可能不僅僅停留在基礎的理論講解，而是會進一步探討如何通過Python的靈活性，去實現一些更高級的分析，比如非綫性問題、動態分析，甚至是更具挑戰性的領域，這無疑增加瞭我對這本書的期待值。

評分☆☆☆☆☆

我最近瞭解到一本關於《Python與有限元--基於Python編程的有限元分析及應用擴展》的書，這本書的標題讓我眼前一亮。作為一名對計算科學和工程應用都抱有濃厚興趣的普通讀者，我一直渴望能夠找到一本既能係統介紹復雜理論，又能結閤現代編程工具的書籍。有限元方法以其強大的求解能力，在解決實際工程問題中扮演著核心角色，但其理論體係的嚴謹和數學的抽象性，常常讓初學者望而卻步。我猜測這本書的作者，一定花費瞭大量心思，試圖將有限元的核心概念，如離散化、變分原理、形函數等，通過Python的語法和數據結構，進行生動形象的解讀。我非常期待書中能夠提供一些精心設計的案例，從簡單的二維梁或闆的分析，逐步過渡到更復雜的結構或傳熱問題。更重要的是，我希望通過學習這本書，我能夠掌握使用Python構建自定義有限元求解器的基本框架，從而不再僅僅依賴於現成的商業軟件，而是能夠根據自己的研究需求，靈活地進行修改和擴展。這種“授人以漁”式的教學方法，對於培養獨立解決問題的能力，將是無價的。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對交叉學科探索充滿熱情的研究者，我近期關注到瞭一本題為《Python與有限元--基於Python編程的有限元分析及應用擴展》的書籍。有限元分析，一項在多物理場仿真中不可或缺的計算技術，其理論深度和應用廣度都令我著迷。然而，傳統的學習路徑往往側重於數學理論和特定商業軟件的掌握，這在一定程度上限製瞭其在個性化研究和新領域探索中的發展。我推測，這本書的核心價值在於其打破瞭這種限製，通過Python這一靈活且功能強大的編程語言，為有限元方法的學習和應用提供瞭一個全新的平颱。我迫切想知道書中是如何將繁雜的數學公式轉化為可執行的Python代碼，從而讓讀者能夠直觀地理解有限元法的內在機製。我非常期待書中能夠展示如何構建模塊化的有限元框架，使得用戶能夠方便地更換不同的單元類型、插值函數，甚至實現自定義的邊界條件和載荷施加方式。這種開放式的編程思路，對於推動有限元方法在新興交叉學科（如生物力學、材料科學等）的應用，必將産生深遠的影響。