李映輝，工學(xué)博士，西南交通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。長期講授“計(jì)算力學(xué)”、“有限元方法”和“數(shù)值分析”。歷任中國復(fù)合材料學(xué)會(huì)和中國振動(dòng)工程學(xué)會(huì)理事，四川省振動(dòng)工程學(xué)會(huì)副理事長等。從事結(jié)構(gòu)振動(dòng)與控制、工程結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真、工程結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力學(xué)等研究，發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇，他引5000余次。主持國家自然科學(xué)基金、省部級和橫向合作項(xiàng)目40余項(xiàng)。培養(yǎng)博士和碩士研究生70余人。

常學(xué)平，工學(xué)博士，西南石油大學(xué)副教授。長期講授“計(jì)算力學(xué)”等課程。中國力學(xué)學(xué)會(huì)全國徐芝綸力學(xué)優(yōu)秀教師，全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師。主要從事計(jì)算力學(xué)、油氣裝備結(jié)構(gòu)振動(dòng)與控制、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析等方面研究。主持國家自然科學(xué)基金、省部級及國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金10余項(xiàng)，獲得中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，獲授權(quán)發(fā)明專利12項(xiàng)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，SCI他引1000余次。

李翔宇，雙博士學(xué)位，德國“洪堡學(xué)者”，西南交通大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。長期講授“彈性力學(xué)”、“數(shù)學(xué)物理方法”和“有限元”等課程。主要從事智能材料結(jié)構(gòu)力學(xué)方面的研究。擔(dān)任國際期刊

MRC

MAMS

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AFM

JMPS

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隨著大型建造業(yè)、高風(fēng)險(xiǎn)及大型工程的迅速發(fā)展，如大型飛機(jī)艦船、高架路橋、跨海大橋和超高建筑等高風(fēng)險(xiǎn)工程項(xiàng)目，對其進(jìn)行可行性預(yù)研、可靠性分析及總體可信度論證或評估等工作顯得越來越重要。 作為一種數(shù)值分析工具，有限元方法對促進(jìn)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工程實(shí)際應(yīng)用已發(fā)揮并將繼續(xù)發(fā)揮其重要作用。特別是在固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域，有限元方法取得了巨大的進(jìn)展，利用它人們已成功解決了一大批具有重大意義的科學(xué)和工程問題。 近幾年，對產(chǎn)品的材料與結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析與計(jì)算機(jī)輔助研究已經(jīng)成為提高研究效率、降低研發(fā)成本、提升產(chǎn)品性能及降低風(fēng)險(xiǎn)的有效手段之一。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，在我國機(jī)械制造業(yè)中，采用有限元法開發(fā)和設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品已超過 70% 。在機(jī)械工程、車輛工程、土木工程、航空航天、材料加工等領(lǐng)域從事工程設(shè)計(jì)與優(yōu)化、材料宏微觀模擬與分析的論文中，有 90% 以上采用有限元法作為分析工具?？梢钥闯?，有限元分析已經(jīng)成為科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、教學(xué)中廣泛使用的重要工具。

有限元法的實(shí)現(xiàn)過程主要是指有限元模型的建立與求解過程，主要包括五個(gè)步驟：對象離散化→單元分析→總體方程構(gòu)造（單元方程綜合或建模）→方程求解及結(jié)果輸出?，F(xiàn)代有限元法是工程分析中處理偏微分方程邊值問題最有效的數(shù)值方法之一，對于工程中的許多場變量的定解問題，通過有限元法可以得到滿足工程要求的近似解。此外，有限元法的推廣應(yīng)用在很大程度上依賴于計(jì)算機(jī)及其軟件技術(shù)的先進(jìn)程度。目前，國際上通用的有限元分析軟件有ANSYS、ABAQUS、MSC/NASTRAN、MSC/MARC、ADINA、ALGOR、PRO/MECHANICA，還有一些專門的有限元分析軟件，如LS-DYNA、DEFORM、PAM-STAMP、AUTOFORM、SUPER-FORGE等。

目前，有限元分析已從過去只有少數(shù)專業(yè)人員掌握的理論和方法，變成本科生、研究生、科技工作者、工程技術(shù)設(shè)計(jì)人員廣泛使用的通用分析工具，其中一個(gè)重要的原因就是有限元分析商業(yè)軟件的普及。但擁有了先進(jìn)或完全自動(dòng)化的有限元分析軟件，并不意味著就能夠得到正確的分析結(jié)果或掌握了有限元分析方法。《工程有限元方法》針對這一發(fā)展現(xiàn)狀，力求提供反映時(shí)代特色的實(shí)用教程，強(qiáng)調(diào)有限元方法的工程理解和融會(huì)貫通，既給出有限元方法基本原理的清晰推導(dǎo)，又提供豐富的例題和習(xí)題。作者整理自己多年講授有限元方法形成的教學(xué)講義及經(jīng)典案例，為工科院校力學(xué)、機(jī)械、土木、航空航天等專業(yè)本科生及研究生學(xué)習(xí)有限元課程提供一本教材，同時(shí)也為上述專業(yè)的工程技術(shù)人員和教師提供一本參考讀物。本書取材原則是僅包括課程所講內(nèi)容，不包括專題，據(jù)作者十余年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)評估，講完本書全部內(nèi)容需要48～64 學(xué)時(shí)。

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《工程有限元方法》

李映輝, 常學(xué)平, 李翔宇編著

北京 : 科學(xué)出版社, 2025. 3

ISBN 978-7-03-080579-9

責(zé)任編輯：華宗琪

在介紹基本原理和方法的基礎(chǔ)上，本書給出了具有工程性質(zhì)或啟發(fā)性的算例，希望啟迪讀者盡快掌握有限元方法。第1章緒論，簡要介紹有限元方法的發(fā)展過程及歷史。第2章介紹工程有限元方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，主要內(nèi)容包括泛函與變分概念、泛函極值及微分方程邊值問題近似解法。第3章介紹彈性力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)。第4章介紹桿件結(jié)構(gòu)有限元法，包括桿單元、扭轉(zhuǎn)單元和梁單元。第5章介紹連續(xù)體問題有限元法，詳細(xì)介紹了單元插值基函數(shù)構(gòu)造、單元應(yīng)變矩陣、單元應(yīng)力矩陣、單元?jiǎng)偠染仃嚭偷刃ЫY(jié)點(diǎn)載荷推導(dǎo)等。第6章為單元插值函數(shù)，主要介紹在自然（局部）坐標(biāo)系下，標(biāo)準(zhǔn)單元插值基函數(shù)的構(gòu)造方法。第7章為等參單元與數(shù)值積分，詳細(xì)給出三維等參單元、二維等參單元和軸對稱等參單元?jiǎng)偠染仃嚭偷刃ЫY(jié)點(diǎn)載荷詳細(xì)的計(jì)算方案等。第8章為有限元應(yīng)力解的改進(jìn)，討論有限元模型建立中需要考慮的若干問題及應(yīng)力結(jié)果改進(jìn)的一些方法。第9章為板殼結(jié)構(gòu)有限元法。第10章為動(dòng)力學(xué)問題有限元法，介紹結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的有限元建立方法、單元質(zhì)量矩陣和單元阻尼矩陣等。第11章為熱傳導(dǎo)和熱應(yīng)力有限元法，介紹結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度場、瞬態(tài)溫度場和由溫度變化引起的應(yīng)力場的有限元法等。

全書由李映輝和常學(xué)平執(zhí)筆，李翔宇統(tǒng)籌安排。在本書的編寫過程中，得到了西南交通大學(xué)翟婉明院士的大力支持，邵永波教授審閱了文稿，他們都對本書的編寫提出了十分寶貴的意見。另外，西南交通大學(xué)力學(xué)與航空航天學(xué)院力學(xué)相關(guān)教師和西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院力學(xué)教研室的老師也對本書的編寫提供了非常寶貴的資料和建議。

本文摘編自《工程有限元方法》（李映輝, 常學(xué)平, 李翔宇編著. 北京 : 科學(xué)出版社, 2025. 3）一書“前言”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

ISBN 978-7-03-080579-9

責(zé)任編輯：華宗琪

本書系統(tǒng)介紹了有限元方法的基本理論和基本方法，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)有限元方法的工程概念、數(shù)學(xué)力學(xué)基礎(chǔ)、建模方法及實(shí)際應(yīng)用，既給出了有限元方法基本原理的清晰推導(dǎo)，又提供了較多的例題和豐富的習(xí)題，主要內(nèi)容包括工程有限元方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、彈性力學(xué)與傳熱學(xué)基礎(chǔ)、桿件結(jié)構(gòu)有限元法、連續(xù)體問題有限元法、單元插值基函數(shù)、等參單元與數(shù)值積分、有限元應(yīng)力解的改進(jìn)、板殼結(jié)構(gòu)有限元法、動(dòng)力學(xué)問題有限元法、熱傳導(dǎo)和熱應(yīng)力有限元法。除第1 章外，其余每章均配有大量例題和習(xí)題，以強(qiáng)化基本概念、基本方法和基本理論，加深讀者對內(nèi)容的理解和運(yùn)用。

本書適用于力學(xué)、機(jī)械、土木、航空航天等專業(yè)的本科生、研究生、工程技術(shù)人員、科研工作者。

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