这是一本关于 有限元编程 及 Python编程 的书籍，也是www.jdcui.com的第4本著作，欢迎感兴趣的小伙伴关注。
《有限单元法 Python编程》出版啦！！这是一本介绍Python进行有限元编程的书籍。书本由我和团队成员沈雪龙、吴金诚、赵颖一起编写。这是继《PERFORM-3D原理与实例》、《有限单元法——编程与软件应用》、《结构地震反应分析——编程与软件应用》后，我们团队编写的第四本著作，对这本书感兴趣的朋友可以关注。The new book “Finite Element Method Python Programming” is published! This is a book that introduces Python for finite element programming. The book was co written by myself, team members Shen Xuelong, Wu Jincheng, and Zhao Ying. This is the fourth book written by our team, following “PERFORM-3D Principles and Examples”, “Finite Element Method – Programming and Software Applications”, and “Structural Seismic Response Analysis – Programming and Software Applications”. Friends who are interested in this book can follow.
版权信息 [Copyright Info]
书名：有限单元法 Python编程 （The Finite Element Method Python Programming）
作者 [Author(s)]: 崔济东 (Jidong Cui), 沈雪龙 ( Xuelong Shen ), 吴金诚( JinCheng Wu), 赵颖( Ying Zhao).
出版社 [Press]：中国建筑工业出版社 ( China Architecture & Building Press)
ISBN: 978-7-112-30267-3
Paperback: 222 pages
字数：339000
出版日期：2024/10
作者介绍 [About the Author]
崔济东 (1988.06-) 工学博士，毕业于华南理工大学，土木工程系结构工程专业,高级工程师，现就职于广州容柏生建筑结构设计事务所（RBS），主任工程师，兼任RBS结构振动控制研发中心主任，RBS高等结构分析部程序开发组主管，华南理工大学土木与交通学院硕士研究生校外导师，《建筑结构学报》评审专家。主要从事高层及复杂结构的抗震设计、结构振动控制设计及软件研发等工作，拥有丰富的结构设计经验及软件开发实战经验，对结构动力学、结构抗震理论、非线性有限元技术及计算编程技术具有浓厚兴趣。2017年博士毕业加入RBS事务所，参与设计了多个复杂项目，如珠海横琴国际交易广场、海口华润中心3#地块6#、7#住宅、福州世茂108大厦、沈阳宝能环球金融中心项目T1塔楼、深圳湾超级总部基地C塔项目、广州珠江新城A4-3项目、深圳湾超级总部基地B塔项目等。拥有10年软件开发实战经验，熟练掌握C++、C#、Python、Matlab、Pascal等编程语言，独立完成过多项中/小型结构专业软件开发，如 ENGT：Engineering Toolkit、midas2Abaqus、Perform3D PrePost、GMS: Ground Motion Selection、PV_DESIGN:光伏支架设计软件、ERDP: 减震设计软件，个人软件作品集：http://www.jdcui.com/?page_id=60。目前发表结构工程研究论文20篇，出版专著3部：《PERFORM-3D 原理与实例》，《有限单元法：编程与软件应用》，《结构地震反应分析：编程与软件应用》。个人结构博客：www.jdcui.com
沈雪龙 (1988.11-)， 工学硕士 , 毕业于华南理工大学土木工程系结构工程专业，高级工程师，华南理工大学土木与交通学院“毕业设计导师”。目前就职于华南理工大学建筑设计研究院有限公司，从事建筑结构设计、结构弹塑性分析和性能化设计等方面的工作与研究。主要负责设计项目有广州长隆总部大楼（100m）、前海深港青年梦工场南区（190m）、山东高等技术研究院主院区项目（14万方）等，参与设计项目主要有深中通道附属房建工程、广州海心沙人行景观桥工程等。出版专著3部：《PERFORM-3D 原理与实例》、《有限单元法：编程与软件应用》、《结构地震反应分析：编程与软件应用》。
吴金诚(1993.08-)工学硕士，毕业于广东工业大学，土木工程系结构工程专业，中级工程师。现就职于广州容柏生建筑结构设计事务所（RBS），主要从事复杂结构及超高层结构设计、结构振动分析及软件开发等方面的研究与工作。参与了多个复杂项目，如广州华夏幸福中心、海口华润四期、佛山三龙湾一号广场项目25#、26#塔楼、深圳金地城市更新项目二号地块、三号地块、知识城国际创新驱动中心项目、广州珠江新城A4-3项目、广东航运总部经济大楼等，积累了丰富的设计经验。
赵颖 (1989.01-) 硕士，毕业与华南理工大学，土木工程系结构工程专业，高级工程师，一级注册结构工程师，华南理工大学土木与交通学院“毕业设计导师”，现就职于华南理工大学建筑设计研究院有限公司方小丹建筑结构院，主要从事超高层、复杂建筑结构设计与研究，广泛参与了各类大型公共建筑工程和民用建筑工程的设计，在超高层建筑、大型商业综合体等方面拥有丰富的设计经验，主要负责项目包括广州粤海金融中心、广州君超中心、华南理工大大学国际校区图书馆、广州实验中学、广州日立电梯试验塔、石油大学图书馆、汉阳星汇云锦高层住宅结构咨询、亚运城自编号E/F/G/H地块结构咨询等。荣获广东省科技进步奖二等奖1项，广东省勘察设计行业协会科技奖一等奖1项，广东省勘察设计行业协会科技奖二等奖1项。
书籍介绍 [About this Book]
在现代工程分析和设计中，有限元单元法（Finite Element Method, FEM）已经成为一种不可或缺的工具，它为解决复杂的工程问题提供了强大的计算能力和灵活的分析手段。有限单元法本质上是一种数值分析方法，学习有限单元法最好的方法之一是编程实践。通过编程实践，可以使学习者更直观地理解有限单元法的原理，帮助学习者将理论知识转化为实际操作，提高解决实际问题的能力。Python语言是一门高级编程语言，也是目前最为流行的一门开源程序语言，被广泛用于Web开发，科学计算，人工智能，自然语言处理等领域。Python语言具有简洁、易读、灵活、易维护和模块化的特性，同时有丰富的第三方工具库与其他编程语言相比，具有独特的优势，即使是没有编程基础的初学者也可以在短时间内掌握其基本的编程技能，并迅速应用到实际项目中。这些优势不仅能帮助读者更快地掌握有限元法的基本原理，还能为他们的职业发展提供更多机会和可能性。基于这些背景，本书采用Python语言进行限单元法的编程，以满足更多读者的需求。
本书主要面向有限单元法的初学者，适用对象包括：土木工程和工程力学专业的本科生或研究生，从事结构、桥梁设计的工程师及相关设计人员，从事仿真分析、CAE软件开发的初入门人员，也可作为对有限单元法感兴趣的相关人员的参考书目。
总经理丛书序言 [Preface]
广州容柏生建筑结构设计事务所（普通合伙）（简称RBS）是国内率先成立的规模最大的单专业甲级结构设计事务所。自2003年成立以来，RBS秉承“创造结构精品是我们的目标”的企业宗旨，以及“追求卓越、专业专注、创新发展”的企业精神，致力于提供结构设计、咨询顾问、软件开发、专项研发等多方面的专业服务，积累了丰富的工程经验，取得了丰硕的研究成果，在业内获得了良好的口碑。
在为广大客户提供专业技术服务的同时，RBS尚以“传播技术、承启思想”为己任，通过“RBS定向公益基金”（RBSf）、“传·承”系列访谈节目、“结构思享汇”沙龙等多种形式，致力于建筑行业的技术分享以及人文传承。“RBS建筑结构设计技术研究系列丛书”是RBS传播技术、分享知识工作的重要组成部分，主要通过公开出版书籍的形式与广大工程师分享RBS在建筑结构设计相关领域方面的积累，其内容涵盖结构基础理论、结构设计概念、结构计算分析、结构专项研究、结构计算机编程、结构参数化设计、复杂工程案例等多个方面。
希望“RBS建筑结构设计技术研究系列丛书”的出版，能帮助广大工程师朋友巩固结构工程基础理论知识、提高结构设计与分析水平、了解业内新技术的应用，进而提高工程师的综合能力。RBS愿与广大同行、客户朋友一起，立足专业、创造精品，为建筑结构领域的发展贡献一份力量！
智周万物，道济天下。
李盛勇
RBS总经理、执行合伙人、副总工程师
2020年10月29日
书本特色 [Features]
本书具有以下主要特点:
（1）内容系统且循续渐进: 全书采用原理讲解、编程实现、算例分析的形式进行讲解。理论推导详细，并提供详细的代码实现和注释，便于读者对照学习。章节内容安排循续渐进，由易到难，从基础的单元专题到综合应用专题，逐步推进，降低学习难度。
（2）单元类型丰富: 本书给出了目前工程中最常用的结构杆件单元、平面及实体单元的基本列式推导及Python编程过程，并对代码进行了详细讲解。具体单元类型包括2D Truss单元、2D Euler梁单元、2D剪切梁单元、2D Timoshenko梁单元、2D矩形平面应力单元、2D三角形平面应力单元、3D六面体单元、3D四面体单元。
（3）多领域应用：本书除了讲解基本单元理论，还包含综合应用专题，介绍有限单元法在模态分析、屈曲分析、结构动力学和结构拓扑优化等领域的应用。这些知识和技能对于从事工程设计、分析和研究的人员具有重要的参考价值。
（4）编程基础介绍详尽：本书详细介绍了Python编程的基础知识、开发环境的配置以及常用库（如NumPy和Matplotlib）的使用方法。这部分内容对于编程初学者尤为重要，可以帮助他们快速上手Python，为后续的学习和应用打下坚实基础。
主要内容 [Main Parts]
本书分为五个部分，共16章:
第一部分为“弹性力学与有限单元法基础”，包括第1章。本部分介绍弹性力学的基本公式及弹性有限元分析的一般步骤。
第二部分为“杆件有限元编程”，包括第2~5章。这一部分重点介绍桁架单元、欧拉-伯努利梁单元、剪切修正梁单元和Timoshenko梁单元的基本理论和Python编程实现。
第三部分为“平面及实体有限元编程”，包括第6~11章。这一部分涵盖了目前工程中最常见的二维和三维有限单元的基本理论与编程实现，包括4节点矩形单元(Q4)、8节点矩形单元(Q8)、3节点三角形单元(CST)、6节点三角形单元(LST)、8节点六面体单元(C3D8)和四面体单元(TET4)。
第四部分为“综合应用专题”，包括第12~15章。这一部分为前面有限单元法基础理论的延伸，包含模态分析、屈曲分析、平面框架弹性动力时程分析和结构拓扑优化（渐进结构优化算法ESO）专题，通过这个专题的学习，读者可以理解有限单元法在具体场景中的应用。
第五部分为“Python编程基础”，包括第16章。该部分详细介绍了Python语言的编程基础、开发环境配置及本书用到的常用库（如NumPy、Matplotlib等）的使用方法，为初学者提供了快速入门的指南。
书籍目录 [Table of contents]
案例 [Examples]
致谢 [Acknowledgements]
特别感谢广州容柏生建筑结构设计事务所（RBS）李盛勇总经理、华南理工大学建筑设计研究院有限公司江毅副院长、副总工程师及华南理工大学建筑设计研究院有限公司郭远翔副总工程师对本书编写的支持与肯定。
感谢与我一同为出书而努力的伙伴沈雪龙、吴金诚、赵颖，没有你们的辛勤付出，该书无法顺利完成，这是继《PERFORM-3D原理与实例》、《有限单元法——编程与软件应用》、《结构地震反应分析——编程与软件应用》后，我们编写的第四本著作，愿我们继续一同前行，做更多有趣的事情。
感谢www.jdcui.com支持者的支持，希望读者与我联系，一同交流，共同进步。
本书成稿后，中国建筑工业出版社编辑刘瑞霞等同志以高效的工作为本书正式版做了细致的校审工作，在此一并表示感谢。
交流反馈 [Communication and feedback]
为方便读者阅读本书，在作者的网站（www.jdcui.com）上专门为本书开设了相关页面（http://www.jdcui.com/?page_id=24404）。欢迎读者在学习过程中到该网站上交流，本书的勘误和相关更新也会及时上传到该网站上，希望该网站能给大家提供有益的帮助。
资料下载 [Download]
| 章节 | 资料 |
|---|---|
| 第六章 | CirculateQ4.txt |
| 第七章 | cantilever beam.txt bracket.txt |
| 第八章 | beamrole.txt |
| 第九章 | LST-cantilever beam.txt pilecap.txt |
| 第十一章 | TET4-cantilever beam.txt |
| 第十五章 | BeamJ4.txt RetangleJ4.txt |
勘误 [Errata]
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