دانلود کتاب Koutromanos I., Fundamentals of Finite Element Analysis – Linear Finite Element Analysis, 2018

An introductory textbook covering the fundamentals of linear finite element analysis (FEA)

This book constitutes the first volume in a two-volume set that introduces readers to the theoretical foundations and the implementation of the finite element method (FEM). The first volume focuses on the use of the method for linear problems. A general procedure is presented for the finite element analysis (FEA) of a physical problem, where the goal is to specify the values of a field function. First, the strong form of the problem (governing differential equations and boundary conditions) is formulated. Subsequently, a weak form of the governing equations is established. Finally, a finite element approximation is introduced, transforming the weak form into a system of equations where the only unknowns are nodal values of the field function. The procedure is applied to one-dimensional elasticity and heat conduction, multi-dimensional steady-state scalar field problems (heat conduction, chemical diffusion, flow in porous media), multi-dimensional elasticity and structural mechanics (beams/shells), as well as time-dependent (dynamic) scalar field problems, elastodynamics and structural dynamics. Important concepts for finite element computations, such as isoparametric elements for multi-dimensional analysis and Gaussian quadrature for numerical evaluation of integrals, are presented and explained. Practical aspects of FEA and advanced topics, such as reduced integration procedures, mixed finite elements and verification and validation of the FEM are also discussed.

• Provides detailed derivations of finite element equations for a variety of problems.
• Incorporates quantitative examples on one-dimensional and multi-dimensional FEA.
• Provides an overview of multi-dimensional linear elasticity (definition of stress and strain tensors, coordinate transformation rules, stress-strain relation and material symmetry) before presenting the pertinent FEA procedures.
• Discusses practical and advanced aspects of FEA, such as treatment of constraints, locking, reduced integration, hourglass control, and multi-field (mixed) formulations.
• Includes chapters on transient (step-by-step) solution schemes for time-dependent scalar field problems and elastodynamics/structural dynamics.
• Contains a chapter dedicated to verification and validation for the FEM and another chapter dedicated to solution of linear systems of equations and to introductory notions of parallel computing.
• Includes appendices with a review of matrix algebra and overview of matrix analysis of discrete systems.

• Accompanied by a website hosting an open-source finite element program for linear elasticity and heat conduction, together with a user tutorial.

Fundamentals of Finite Element Analysis: Linear Finite Element Analysis is an ideal text for undergraduate and graduate students in civil, aerospace and mechanical engineering, finite element software vendors, as well as practicing engineers and anybody with an interest in linear finite element analysis.

یک کتاب مقدماتی که مبانی تجزیه و تحلیل عناصر خطی خطی را پوشش می دهد (FEA)

این کتاب اولین جلد در مجموعه دو جلدی است که خوانندگان را به مبانی نظری و اجرای روش المان محدود (FEM) معرفی می کند. جلد اول تمرکز بر استفاده از روش برای مشکلات خطی است. یک روش کلی برای تجزیه و تحلیل عناصر محدود (FEA) یک مشکل فیزیکی ارائه شده است، که هدف آن مشخص کردن مقادیر یک تابع میدان است. اول، فرم قوی مشکل (رعایت معادلات دیفرانسیل و شرایط مرزی) فرموله شده است. در ادامه، یک فرم ضعیف معادلات حاکم ایجاد می شود. در نهایت، تقریب عنصر محدودی معرفی شده است، تبدیل فرم ضعیف به یک سیستم معادلات که در آن تنها ناشناخته ها، مقادیر جزء تابع میدان هستند. این روش برای الاستیسیته ی یک بعدی و هدایت گرما، مسائل اسکلرال چند حالته حالت پایدار (هدایت گرما، انتشار شیمیایی، جریان در رسانه متخلخل)، الاستیسیته چند بعدی و مکانیک ساختاری (پرتوها / پوسته ها) نیز کاربرد دارد به عنوان مشکلات وابسته به زمان وابسته (پویا) اسکالر میدان، elastodynamics و دینامیک ساختاری. مفاهیم مهم برای محاسبه عناصر محدود، مانند عناصر ایزو پارامتریک برای تجزیه و تحلیل چند بعدی و کوادراتوری گاوسی برای ارزیابی عددی انتگرال، ارائه شده و توضیح داده شده است. جنبه های عملی FEA و موضوعات پیشرفته مانند روش های ادغام کاهش یافته، عناصر محدود محدود و تأیید و تایید FEM نیز مورد بحث قرار گرفته است.

ارائه مشتقات مفصل از معادلات عنصر محدود برای انواع مشکلات.
نمونه های کمی را در FEA یک بعدی و چند بعدی به کار می برند.
قبل از ارائه روشهای مربوط به FEA، یک مرور کلی از اشکال خطی چند بعدی (تعریف تنش و تنش کششی، قوانین تحول مختصات، رابطه تنش-تنش و تقارن ماده) ارائه می شود.
بحث در مورد جنبه های عملی و پیشرفته FEA، مانند درمان محدودیت ها، قفل کردن، کاهش یکپارچگی، کنترل ساعت شنی و چند فرمول (ترکیب).
شامل مقالات در مورد راه حل های موقت (گام به گام) برای مشکلات زمینه اسکالر وابسته به زمان و دینامیک elastodynamics / structural.
شامل یک بخش اختصاص داده شده برای تایید و اعتباربخشی برای FEM و یک فصل دیگر برای حل سیستم های خطی معادلات و مفاهیم مقدماتی محاسبات موازی اختصاص یافته است.
شامل ضمیمه ها با بررسی جبر ماتریس و مروری بر تحلیل ماتریسی سیستم های گسسته است.
همراه با یک وب سایت یک برنامه عنصر محدود متن باز برای الاستیک خطی و هدایت حرارتی همراه با آموزش کاربر فراهم می کند.
اصول تجزیه و تحلیل عناصر محدود: تجزیه و تحلیل عناصر محدود خطی یک متن ایده آل برای دانشجویان دوره کارشناسی و فارغ التحصیل در مهندسی عمران، هوا فضا و مهندسی مکانیک، فروشندگان نرم افزار عناصر محدود، و همچنین مهندسان تمرین و هر کسی که علاقه مند به تجزیه و تحلیل عناصر خطی محدود است.