本书以作者开发的杆件结构内力分析程序、连续体结构应力分析程序、构件内温度场分析程序为例，详细介绍有限元软件设计与开发涉及的理论基础和编程技术，主要包括力学及传热学基本原理、有限单元法基本理论、计算机图形学基本原理、有限元计算程序设计与开发、前后处理程序设计与开发等内容，目的是使读者了解有限元软件设计及开发的有关概念、理论、原理、方法、技巧，提高软件开发的能力，为开发和应用有限元软件奠定基础。本书的特点是内容相对完整，涵盖了有限元软件前处理、数值计算、后处理的全部内容，并给出了用Visual Basic 6.0编写的程序源代码。
本书可供土木工程、水利工程、机械工程等相关领域的科技人员及高等院校的高年级本科生、研究生、教师参考。
第1章 绪论
1-1 有限单元法的产生及发展
1-1-1 概述
1-1-2 有限单元法的前期积累
1-1-3 有限单元法的思想火花
1-1-4 有限单元法的正式诞生
1-1-5 有限单元法的蓬勃发展
1-2 通用有限元软件的产生及发展
1-2-1 IBM 704计算机的推出
1-2-2 高级语言的问世
1-2-3 通用有限元软件的诞生
1-2-4 有限元软件产业的繁荣
1-3 中国的有限单元法及有限元软件
1-3-1 早期的艰难探索
1-3-2 改革开放后的进展
1-4 有限元软件开发的重要论著
参考文献
第2章 杆件结构有限单元法理论
2-1 基本概念及基本符号
2-1-1 有限单元法中的一些基本概念
2-1-2 单元杆端内力和杆端位移的表示方法
2-1-3 坐标变换矩阵
2-2 单元分析
2-2-1 单元分析之Ⅰ——局部坐标系中的单元刚度矩阵
2-2-2 单元分析之Ⅱ——整体坐标系中的单元刚度矩阵
2-2-3 单元分析之Ⅲ——单元荷载的等效节点荷载向量
2-3 整体分析
2-3-1 整体分析之Ⅰ——结构的整体刚度矩阵
2-3-2 整体分析之Ⅱ——结构的综合节点荷载向量
2-3-3 整体分析之Ⅲ——结构刚度方程的求解
2-4 单元再分析
2-4-1 单元再分析之Ⅰ——单元的最终杆端内力
2-4-2 单元再分析之Ⅱ——单元的内力变化方程
2-4-3 单元再分析之Ⅲ——单元的变形曲线方程
2-5 三维杆单元
2-5-1 三维杆单元的杆端内力向量和杆端位移向量
2-5-2 三维杆单元的坐标变换矩阵
2-5-3 三维杆单元局部坐标系中的单刚
2-5-4 三维杆单元整体坐标系中的单刚
2-6 三维梁单元
2-6-1 三维梁单元的杆端内力向量和杆端位移向量
2-6-2 三维梁单元的坐标变换矩阵
2-6-3 三维梁单元的第三个节点
2-6-4 三维梁单元局部坐标系中的单刚
2-6-5 三维梁单元整体坐标系中的单刚
2-7 杆件结构有限单元法计算步骤总结
参考文献
第3章 杆件结构内力分析程序
3-1 FRAME2D简介
3-1-1 程序总体结构及界面
3-1-2 有限元模型数据
3-2 FRAME2D的计算模块入口程序
3-3 读入有限元模型数据子程序
3-3-1 存储模型数据的重要全程变量和数组
3-3-2 读入有限元模型数据文件的子程序
3-4 计算前预处理子程序
3-5 编写节点总码子程序
3-6 确定总刚主对角线上元素地址子程序
3-7 数值计算模块总控子程序
3-8 计算总刚子程序
3-9 形成节点荷载向量子程序
3-10 求解线性方程组子程序
3-11 利用节点位移求单元杆端内力
3-12 单元调度程序
3-13 两节点杆单元模块
3-13-1 杆单元主控程序
3-13-2 杆单元的计算单刚子程序
3-13-3 强制节点位移在杆单元中引起的等效节点荷载
3-13-4 杆单元上单元荷载产生的等效节点荷载
3-13-5 计算杆单元局部坐标系中杆端内力子程序
3-14 两节点梁单元模块
3-14-1 梁单元的主控程序
3-14-2 梁单元的计算单刚子程序
3-14-3 强制节点位移在梁单元中引起的等效节点荷载
3-14-4 计算梁单元上单元荷载的等效节点荷载子程序
3-14-5 计算梁单元杆端内力子程序
3-15 算例
3-15-1 算例1
3-15-2 算例2
参考文献
第4章 连续体结构有限单元法理论
4-1 二维弹性力学问题有限元分析基础
4-1-1 二维问题的一些基本概念
4-1-2 二维问题的一些基本方程
4-1-3 二维连续体的势能及有关定理
4-1-4 平面单元积分形式的单刚
4-1-5 平面单元的等效节点荷载
4-1-6 二维连续体的整体刚度方程
4-2 三节点三角形单元
4-2-1 三节点三角形单元节点力向量和节点位移向量
4-2-2 三节点三角形单元的形函数
4-2-3 面积坐标
4-2-4 三节点三角形单元的应变矩阵
4-2-5 三节点三角形单元的应力矩阵
4-2-6 三节点三角形单元单刚的显式表达式
4-2-7 三节点三角形单元的等效节点荷载
4-2-8 局部节点应力平滑技术
4-2-9 单元内的应力分布
4-2-10 应力等值线算法
4-3 四节点四边形单元
4-3-1 四节点四边形等参单元的形函数
4-3-2 等参单元的一些基本变换
4-3-3 四节点四边形等参单元的单刚
4-3-4 高斯积分
4-3-5 四节点四边形等参单元的等效节点荷载
4-3-6 单元应力及最佳应力点
4-4 三维弹性力学问题有限元分析基础
4-5 四节点四面体单元
4-5-1 基于直角坐标系的四节点四面体单元形函数
4-5-2 四节点四面体单元的一些基本变换
4-5-3 四节点四面体单元的应变矩阵
4-5-4 四节点四面体单元的应力矩阵
4-5-5 四节点四面体单元的显式单刚
4-5-6 四节点四面体单元的等效节点荷载
4-6 八节点六面体单元
4-6-1 八节点六面体单元的形函数
4-6-2 八节点六面体单元的应变矩阵
4-6-3 八节点六面体单元的雅可比矩阵
4-6-4 八节点六面体单元的单刚
4-7 全域应力平滑技术
参考文献
第5章 连续体结构应力分析程序
5-1 SOLID2D的计算模块入口程序
5-2 SOLID2D的计算模块主控程序
5-3 SOLID2D的计算总刚子程序
5-4 SOLID2D的单元调度程序
5-5 三节点三角形单元模块
5-5-1 三节点三角形单元主控模块
5-5-2 计算三节点三角形单元单刚子程序
5-5-3 计算三节点三角形单元应力子程序
5-5-4 计算三节点三角形单元光滑矩阵和光滑向量子程序
5-6 四节点四边形单元模块
5-6-1 四节点四边形单元主控模块
5-6-2 计算四节点四边形单元单刚子程序
5-6-3 计算四节点四边形单元高斯点处应力子程序
5-6-4 计算四节点四边形单元光滑矩阵和光滑向量子程序
5-7 计算六节点三角形单元单刚子程序
5-8 计算十节点三角形单元单刚子程序
5-9 计算八节点四边形单元单刚子程序
5-10 SOLID3D程序
5-10-1 SOLID3D简介
5-10-2 计算八节点六面体单元单刚子程序
5-10-3 计算八节点六面体单元应力子程序
5-11 算例
5-11-1 算例1
5-11-2 算例2
5-11-3 算例3
参考文献
第6章 温度场问题有限单元法理论
6-1 传热学基本理论
6-1-1 傅里叶定律
6-1-2 二维问题导热微分方程
6-1-3 三维问题导热微分方程
6-1-4 初始条件和边界条件
6-2 二维温度场有限元分析理论
6-2-1 二维温度场的泛函
6-2-2 二维温度场问题有限元方程的推导
6-3 三节点三角形热单元
6-3-1 平面求解区域的离散
6-3-2 三节点三角形热单元的形函数
6-3-3 三节点三角形热单元的导热刚度矩阵
6-3-4 三节点三角形热单元的蓄热刚度矩阵
6-3-5 三节点三角形热单元的边界贡献矩阵
6-3-6 三节点三角形热单元的温度荷载向量
6-4 四节点四边形热单元
6-4-1 四节点四边形热单元的形函数
6-4-2 四节点四边形热单元的导热单刚
6-4-3 四节点四边形热单元的蓄热单刚
6-4-4 四节点四边形热单元的边界贡献矩阵
6-4-5 四节点四边形热单元的温度荷载向量
6-5 六节点三角形热单元
6-5-1 六节点三角形热单元的形函数
6-5-2 六节点三角形热单元的导热单刚
6-5-3 六节点三角形热单元的蓄热单刚
6-5-4 六节点三角形热单元的边界贡献矩阵
6-5-5 六节点三角形热单元的温度荷载向量
6-6 二维热阻单元
6-6-1 二维热阻单元导热单刚的积分公式
6-6-2 四节点矩形热阻单元导热单刚的显式
6-6-3 六节点矩形热阻单元导热单刚的显式
6-7 三维温度场有限元分析理论
6-7-1 三维温度场的泛函
6-7-2 三维温度场问题有限元方程的推导
6-8 八节点六面体热单元
6-8-1 八节点六面体热单元的形函数及其对自然坐标的导数
6-8-2 八节点六面体热单元的雅可比矩阵及B矩阵
6-8-3 三维曲面面积微元的变换公式
6-8-4 八节点六面体热单元的导热单刚
6-8-5 八节点六面体热单元的蓄热单刚
6-8-6 八节点六面体热单元的边界贡献矩阵
6-8-7 八节点六面体热单元的温度荷载
6-9 三维热阻单元
6-9-1 三维热阻单元导热单刚的积分公式
6-9-2 特殊三维热阻单元导热单刚的显式
参考文献
第7章 温度场分析程序
7-1 二维温度场分析程序TEMP2D
7-1-1 TEMP2D简介
7-1-2 TEMP2D的模型数据
7-2 TEMP2D的计算模块入口程序
7-3 向后差分法数值计算模块总控子程序
7-3-1 向后差分算法
7-3-2 向后差分算法的总控子程序
7-4 计算导热总刚子程序
7-5 计算蓄热总刚子程序
7-6 形成总体温度荷载向量子程序
7-7 三节点三角形热单元模块
7-7-1 三节点三角形热单元主控子程序
7-7-2 三节点三角形热单元计算导热单刚子程序
7-7-3 三节点三角形热单元计算蓄热单刚子程序
7-7-4 三节点三角形热单元计算荷载向量子程序
7-8 四节点四边形热单元模块
7-8-1 四节点四边形热单元计算导热单刚子程序
7-8-2 四节点四边形热单元计算蓄热单刚子程序
7-9 四节点矩形热阻单元模块
7-10 三维温度场分析程序TEMP3D
7-10-1 计算八节点六面体热单元导热单刚子程序
7-10-2 计算八节点六面体热单元蓄热单刚子程序
7-10-3 计算八节点六面体热单元温度荷载向量子程序
7-11 算例
7-11-1 算例1
7-11-2 算例2
7-11-3 算例3
参考文献
第8章 前处理技术
8-1 二维网格自动剖分的映射方法
8-2 二维网格自动剖分子程序
8-3 确定绘图区坐标系统
8-3-1 确定整体坐标系的方法
8-3-2 建立整体坐标系的子程序
8-4 二维网格的显示、填充、放缩及移动
8-4-1 二维有限元网格的显示
8-4-2 二维有限元网格的填充
8-4-3 二维有限元网格的放缩及移动
8-5 交互编辑材料号和边界号
8-5-1 编辑单元材料号
8-5-2 编辑温度场问题的边界号
8-5-3 编辑力学问题的边界号
8-5-4 绘制矩形选择框子程序
8-6 交互编辑荷载
8-6-1 编辑节点荷载
8-6-2 编辑单元荷载
8-7 三维网格的坐标变换
8-8 三维网格的消隐计算
8-8-1 一些基本概念
8-8-2 自遮挡隐藏面的确定
8-8-3 最终可见线段的确定
8-9 深度优先级排序表的确定
参考文献
第9章 后处理技术
9-1 画云图方法概述
9-2 颜色与场量的关系
9-2-1 颜色模型
9-2-2 颜色与场量的函数关系
9-3 扫描母元法原理
9-3-1 扫描母元法理论基础
9-3-2 牛顿拉夫逊法求自然坐标的过程
9-3-3 画单元云图的过程
9-4 画数据场云图的主要源程序
9-5 用扫描母元法画三角形单元云图
9-5-1 画三角形单元云图的原理
9-5-2 画三角形单元云图的过程
9-6 三维数据场可见表面上云图
9-7 六面体单元任意剖面上云图
9-7-1 六面体等参单元插值公式
9-7-2 坐标变换及单元包围盒
9-7-3 相关单元的判断及点到平面的距离
9-7-4 确定像素的自然坐标(r,s,t)的方法
9-7-5 画单元任意剖面上云图的步骤
9-7-6 应用实例
参考文献
第10章 有限元理论与软件发展展望
参考文献
