我需要开始使用有限元方法。我即将开始阅读Claes Johnson的有限元法的偏微分方程的数值解,但它的日期是 1987 年。
两个问题:
1)关于这个主题有哪些更新的好资源/教科书/电子书/讲义?
2)阅读一本 1987 年的书,我错过了多少?
谢谢。
我需要开始使用有限元方法。我即将开始阅读Claes Johnson的有限元法的偏微分方程的数值解,但它的日期是 1987 年。
两个问题:
1)关于这个主题有哪些更新的好资源/教科书/电子书/讲义?
2)阅读一本 1987 年的书,我错过了多少?
谢谢。
有很多现代有限元参考资料,但我将仅评论几本我认为实用且与应用相关的书籍,以及一本包含更全面分析的书籍。
Wriggers Nonlinear Finite Element Methods (2008)是一个很好的通用参考,但与那些关注结构力学(包括接触、壳和塑性)应用的人最为相关。
Elman、Silvester 和 Wathen有限元和快速迭代求解器:在不可压缩流体动力学中的应用(2005)在有限元离散化技术方面不太全面,但对不可压缩流动和某一类迭代求解器有很好的内容。它还解释了IFISS包。
Donéa 和 Huerta流动问题的有限元方法(2003)涵盖了类似的材料,但包括 ALE 移动网格方法和可压缩气体动力学。
Brenner 和 Scott有限元方法的数学理论(2008 年修订版)包含线性椭圆问题离散化的严格理论发展,包括相关的多重网格和域分解理论。它不处理以传输为主的问题、“混乱”非线性(如可塑性)或非多项式基。
这些资源未能涵盖诸如不连续 Galerkin 方法或问题(麦克斯韦)。我认为对于这些主题,论文目前是比书籍更好的资源,尽管Hesthaven 和 Warburton Nodal 不连续 Galerkin 方法(2008 年)当然值得。
对于第二个问题,作为 Claes Johnson 的书的读者,我想说你作为有限元方法的初学者并没有错过太多,那本书除了实现之外,对 FEM 的各个方面都非常全面.
然而,自 20 年前这本书出版以来,已经取得了很多进展,就像其他人已经提到的那样:在方法方面有不连续 Galerkin FEM 和不合格 FEM,和符合元素,自适应网格细化技术(-FEM)、时空FEM、最小二乘FEM、有限元外微积分等;求解线性方程组的方法有代数多重网格法、各种类型的nice预条件子、快速直接求解器等。
对于第一个问题,除了其他人已经提到的参考资料之外,我将列出一些 FEM 中某些特定主题的书籍:
Brezzi 和 Fortin 的混合和混合有限元方法:它具有元素的构造空间,也有很多各种方程的例子。
Monk的麦克斯韦方程的有限元方法:对于各种问题,Sobolev 空间的理论分析和独立的有限元结构都被提出。
Šolín、Segeth 和 Doležel的高阶有限元方法:几乎是上述两本书的补充书,它全面而明确地构造了和符合有限元,即Raviart-Thomas 元素、Brezzi-Douglas-Marini 元素和Nédélec 元素在3D 中的任意阶,还给出了这些元素的求积公式。
Girault 和 Raviart的 Navier-Stokes 方程的有限元方法:FEM 参考书 IMHO 中的另一个经典,矢量势的理论分析是宝石,如果您正在处理 3D 矢量场 FEM 计算,那么这本书几乎有您需要的所有理论分析。
Ainsworth 和 Oden的有限元分析中的后验误差估计:本书涉及自适应网格细化的核心思想:有限元法的后验误差估计,以及如何构造各种类型的局部误差指标。
Ern 和 Guermond的《有限元理论与实践》:我想说的另一本全面的书,但不适合初学者,这本书适合对有限元有一定了解但想寻求更多成分的人,例如,作者在一般 Banach 空间设置中建立了 Babuška Inf-Sup 条件,并将其与泛函分析中的开映射和闭域定理进行了比较;这本书也很好地介绍了双曲 PDE 的不连续 Galerkin 方法;在本书的第三部分,作者对实现进行了全面的介绍,从如何选择正交点到如何有效地存储稀疏矩阵,以及所需子程序的一些伪代码。
有许多关于有限元方法的教科书。
一些经典参考是
O. Axelsson, VA Barker “边界值问题的有限元解决方案”介绍了基本原理,包括对求解方程组的有用直接和迭代技术的介绍和讨论。观点是关于力学和应用数学。
SC Brenner 和 L. Ridgway Scotte “有限元方法的数学理论”介绍了理解 FEM 基础的基本数学理论。观点是应用数学家的观点。本书侧重于数学理论,即适用于需要深入研究理论的应用数学家或工程师。
B. Szabó 和 I. Babuska “有限元分析”是一本精心编写的教科书,其中介绍了有限元理论的两位创始人的历史、基本理论和原理。该观点是应用数学家的观点,包含在结构力学中的应用。
MS Gockenbach “理解和实施有限元方法”是一本很好的介绍性参考书,介绍了有限元法的基础知识和一些高级主题,有限元法的相关实施细节,实用解决策略的讨论。它带有 Matlab 示例,是初学者的良好参考。它侧重于将有限元理论与工程应用联系起来。
I. Babuska、JR Whiteman 和 T. Strouboulis “有限元 - 方法和误差估计简介”旨在介绍 FEM 的基本数学理论,重点是工程应用和实际理解,特别强调用于自适应的误差估计有限元法。它写得很好,是有关主题的有用参考。