譯者序

　　隨著計算機硬件技術的巨大改進，有限元技術在各個工程領域正日益顯示出強大的生命力。有限元技術是一種數(shù)值計算技術，它對不能用解析方法求解的問題，有著獨特的應用能力。但是，掌握有限元技術又不僅僅是一個純粹的理論問題，它要求應用人員有一定的程序設計能力，才能將它們應用于工程領域實踐，否則只能“望洋興嘆”。本書就是在這樣一種背景之下翻譯出版的，使讀者真正具有編制結構清晰可見、閱讀性強的有限元程序。

　　本書的特點之一是提供了相當多的源程序供讀者參考，真正地“站在巨人的肩膀上”。本書提供的各個程序都利用了FORTRAN2003的強大功能，采用模塊化編程技術實現(xiàn)，有利于讀者閱讀。同時，結合具體的工程應用實例，對本書中各個程序的應用原理、變量含義等做了簡明扼要的說明。本書的另一特點是，對每一類問題都提供了不同的求解技術，如高斯直接消元法、迭代法、隱式積分法、顯式積分法、混合顯式/隱式積分法、共軛梯度法等。通常情況下，有限元分析對計算機的存儲要求和運行速度要求都是很高的，尤其是對大型問題而言。因此，本書除了提供通常采用的單元組裝技術之外，還提供了有關“逐個單元”法或“自由網格”法等求解技術，它們不需要存儲大型的總剛度矩陣。

　　此外，本書的這一版本中，還特別關注與其他開放軟件的接口，例如，ParaView用于計算結果的可視化，ABAQUS用戶子程序用于一些材料本構模型，ARPACK用于大型特征值分析，METIS用于網格劃分等。本書涉及的知識面相對較廣，但主要圍繞三個方面的問題展開有限元程序設計，即固體力學問題、流體力學(包括熱力學)問題、固體與流體的耦合問題(如土力學中的問題)，涉及的方程主要有靜力平衡方程、傳導方程和特征值方程。本書中，第2章和第3章是以后各章的基礎；第4章至第6章是針對彈、塑性問題的靜力分析，應用的主要是靜力平衡方程；第7章至第9章主要是針對流體問題，或者流體與固體的耦合問題，應用的主要是傳導方程；第10章至第11章是彈、塑性實體的動力響應分析，應用的主要是特征值方程；第12章是有限元分析的并行處理。當然，其有限元分析過程都是類似的，這有利于讀者針對不同問題擴展現(xiàn)有程序。

　　本書作為一本教材，主要針對學習有限元編程技術的本科生和研究生。另外，對相關領域內從事有關有限元程序設計及應用的工程技術人員也有指導作用。

　　翻譯國外的教材是一個再創(chuàng)作過程，本書的翻譯過程得到了很多人的幫助和參與，沒有他們?yōu)榇烁冻龅男羷�，就不會在如此短的時間內順利地翻譯這本書，在此衷心感謝為本書翻譯付出努力的每一個人！除了本人之外，慈鐵軍副教授、范偉麗副教授、葉鋒副教授和楊文剛博士等也參與了本書的翻譯工作。另外，韓春雨、曹應平、白云燦、鄭朝陽、張軍磊、李賽賽、李先超和張晨陽等研究生也參與了本書翻譯的相關工作，在此對他們的工作表示衷心感謝。全書由張新春副教授統(tǒng)一校核。

　　由于譯者自身的知識局限性和精力有限，譯文難免有錯漏之處，謹向原書作者和讀者表示歉意，并歡迎讀者批評指正。

　　華北電力大學機械工程系

　　張新春

　　2016年10月于保定

　　第五版前言

　　這個版本保持了先前版本成功的主題，即模塊化程序設計風格，該風格簡潔，易于讀取計算機程序，通過求解偏微分方程而解決廣泛的工程和科學問題。

　　盡管在計算機硬件上有了巨大的改進，但編程風格本質上是相同的。本書既適合首次接觸有限元方法的初學者閱讀，也可供使用最新一代并行超級計算機求解大型工程問題的專家參考。

　　在這一版本中，特別關注的是與其他開放軟件的接口，例如，ParaView用于結果的可視化，ABAQUS用戶子程序用于一些材料本構模型，ARPACK用于大型特征值分析，METIS用于網格劃分。

　　考慮到計算機硬件的快速發(fā)展，第1章已經重新改寫，例如，GPU的可用性和云計算環(huán)境。在第2章到第11章中，增加了大量附件用于提高分析選項。例如，新回歸算法用于彈、塑性分析，更多的一般邊界條件規(guī)范和動態(tài)分析的復雜響應選項。

　　第12章已經更新，說明有限元分析在并行計算環(huán)境中快速發(fā)展的可能性。在第四版中，并行“進程”的最大數(shù)目是64，而在本版本中，這個數(shù)目已經增加到64000。本書還講述了加速計算GPU的使用。

　　致謝

　　非常感謝許多個人和機構對本書所做的貢獻。感謝澳大利亞研究理事會對紐卡斯爾(NSW)大學巖土科學與工程研究中心(CGSE)的大力支持，尤其是黃勁松(JinsongHuang)對第6章、第8章和第9章中幾個新的和改進的程序開發(fā)與驗證所做的貢獻。路易斯(曼徹斯特大學)是ParaFEM的主要開發(fā)者之一，提供了第1章、第5章、第6章和第12章中ParaView使用的練習題，并建立了社團網站http://parafem.org.uk。

　　有許多人對第12章做出了貢獻。LlionEvans，PaulMummery，PhilipManning，GrahamHall和DimitrisChristias(曼徹斯特大學)提供了科學案例研究。FlorentLebeau和FrancoisBodin(CAPS公司)評估了GPU的使用，PhilippeYoung(Simpleware有限公司)提供了基于圖像模型的大力支持。

　　第12章中的程序標記利用超級計算機來完成，這些超級計算機屬于英國國家高性能計算服務“HECToR”(e107，e254)和英國區(qū)域服務“N8HPC”(EP/K000225/1)。歐盟FP7項目“Venus-C”和(西班牙)巴塞羅那超級計算中心提供了使用微軟Azure的通道、資源和培訓。

　　在本書的準備過程中，我們也要感謝我們的家庭成員對本書的大力支持，包括ValerieGriffiths，LauraSanchez和NathanMargetts。