裴尧尧,肖衡林,马强,李丽华
Language: Chinese
NumPy Python SciPy 刚度矩阵 数值模拟 有限元(FEM) 科学计算 网格划分
Publisher: 中国水利水电出版社
Published: Jan 1, 2017
《Python与有限元》由裴尧尧、肖衡林等人合著，是一本专注于将Python编程语言应用于有限元方法（FEM）实现的实践性技术书籍。这本书的独特之处在于，它并非一本纯粹的有限元理论教材，也不是某个商业有限元软件（如ANSYS、ABAQUS）的使用手册，而是一座连接有限元理论与编程实践的桥梁。
本书的核心目标是帮助读者“打开有限元程序的黑箱”，理解商业软件背后的算法原理，并具备从零开始编写自己的有限元求解器的能力。它特别适合那些已经具备一定有限元理论基础，并希望通过编程加深理解、进行二次开发或从事相关科学研究的工程师、科研人员及在校学生。
本书的内容通常遵循以下学习路径：
Python基础： 首先介绍或回顾在科学计算中必不可少的Python库，主要是 NumPy（用于高效的数组和矩阵运算）、SciPy（提供更广泛的科学计算工具）以及 Matplotlib（用于数据和结果的可视化）。
有限元理论回顾： 简要回顾有限元分析的基本流程和核心概念，例如单元离散、形函数、单元刚度矩阵、总体刚度矩阵的组装、边界条件施加以及求解等，为后续的编程实现奠定理论基础。
核心编程实现： 这是全书的精髓所在。书中会以具体的物理问题（如杆系结构、平面应力/应变问题、热传导问题等）为例，一步步引导读者使用Python代码实现有限元分析的全过程：
前处理： 定义几何模型、进行网格划分、节点和单元编号。
计算求解： 编写函数计算单元刚度矩阵，将其组装成总体刚度矩阵，施加荷载与约束，并调用线性方程组求解器得到节点位移等未知量。
后处理： 根据求解结果计算单元的应力、应变，并使用Matplotlib将位移云图、应力云图等结果进行可视化展示。
应用与扩展： 在掌握基本实现后，书籍可能会探讨更复杂的问题，如非线性分析、动态分析的初步实现，或者如何将Python代码与其他工具（如CAD软件、网格划分软件）进行集成。
总之，这本书最大的价值在于其代码的清晰性和实践的可操作性，它让抽象的有限元公式变成了可以运行和调试的程序，极大地加深了读者对有限元方法内在机理的理解。
Description:
《Python与有限元》由裴尧尧、肖衡林等人合著，是一本专注于将Python编程语言应用于有限元方法（FEM）实现的实践性技术书籍。这本书的独特之处在于，它并非一本纯粹的有限元理论教材，也不是某个商业有限元软件（如ANSYS、ABAQUS）的使用手册，而是一座连接有限元理论与编程实践的桥梁。
本书的核心目标是帮助读者“打开有限元程序的黑箱”，理解商业软件背后的算法原理，并具备从零开始编写自己的有限元求解器的能力。它特别适合那些已经具备一定有限元理论基础，并希望通过编程加深理解、进行二次开发或从事相关科学研究的工程师、科研人员及在校学生。
本书的内容通常遵循以下学习路径：
Python基础： 首先介绍或回顾在科学计算中必不可少的Python库，主要是 NumPy（用于高效的数组和矩阵运算）、SciPy（提供更广泛的科学计算工具）以及 Matplotlib（用于数据和结果的可视化）。
有限元理论回顾： 简要回顾有限元分析的基本流程和核心概念，例如单元离散、形函数、单元刚度矩阵、总体刚度矩阵的组装、边界条件施加以及求解等，为后续的编程实现奠定理论基础。
核心编程实现： 这是全书的精髓所在。书中会以具体的物理问题（如杆系结构、平面应力/应变问题、热传导问题等）为例，一步步引导读者使用Python代码实现有限元分析的全过程：
前处理： 定义几何模型、进行网格划分、节点和单元编号。
计算求解： 编写函数计算单元刚度矩阵，将其组装成总体刚度矩阵，施加荷载与约束，并调用线性方程组求解器得到节点位移等未知量。
后处理： 根据求解结果计算单元的应力、应变，并使用Matplotlib将位移云图、应力云图等结果进行可视化展示。
应用与扩展： 在掌握基本实现后，书籍可能会探讨更复杂的问题，如非线性分析、动态分析的初步实现，或者如何将Python代码与其他工具（如CAD软件、网格划分软件）进行集成。
总之，这本书最大的价值在于其代码的清晰性和实践的可操作性，它让抽象的有限元公式变成了可以运行和调试的程序，极大地加深了读者对有限元方法内在机理的理解。