隨著有限元理論與方法的不斷完善及計算機技術(shù)的突飛猛進(jìn)，通用和專業(yè)有限元軟件的功能越來越強大，有限元方法已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)領(lǐng)域不可或缺甚至賴以生存的工具，其精準(zhǔn)程度甚至被冠以數(shù)值實驗室的美譽。雖然它還不能也不可能完全取代物理模型試驗，但它已在很大程度上替代了部分模型試驗，被廣泛應(yīng)用于土木建筑、航空航天、機械制造、水利水電和海洋工程等領(lǐng)域，成為工程設(shè)計和科學(xué)研究不可或缺的工具。 
      三十多年前，人們還主要靠個人編程來完成結(jié)構(gòu)的有限元分析。很多學(xué)者花費了大量時間和精力致力于計算程序的開發(fā)，以便于完成自己的科學(xué)研究。為提高程序的計算精度和計算速度，他們不僅需要掌握有限元的知識和相關(guān)的數(shù)學(xué)方法，還需要具備運用計算機語言編程的能力。 
     商用有限元軟件的出現(xiàn)為用戶節(jié)省了個人編程的大量時間和精力，對有限元方法的普及起到了重要的作用。除特殊問題外，一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析問題都已經(jīng)有了相應(yīng)的有限元軟件。而且，軟件的應(yīng)用也隨著視窗操作系統(tǒng)的出現(xiàn)而變得越來越方便。用戶甚至可以通過人機對話的方式完成一個大型結(jié)構(gòu)的有限元分析，而不需要人工劃分網(wǎng)格并編制輸入文件來完成結(jié)構(gòu)分析。但也正是商用軟件的出現(xiàn)，使用戶對有限元方法的理論和編程技巧越來越生疏。盡管大多數(shù)情況下，這并不影響軟件的使用，但面對軟件給出的“答案”卻很難作出合理的解釋，甚至不知“答案”的正確與否，即便是正確的“答案”也很難作出計算誤差的判斷。同時，隨著商用有限元軟件的普及，介紹有限元理論的書籍越來越少，介紹編程方法和技巧的書籍更是鳳毛麟角。筆者在多年的教學(xué)及科研實踐中，深切地感受到用好商用有限元軟件對有限元知識的依賴程度之高，要想隨心所欲地用好這個工具，必須對有限元方法有一個比較全面的了解，理解和掌握其中的基本理論與方法。鑒于此，將自己授課的體會和科研的經(jīng)驗整理成書，以為讀者提供有益的參考。 
      為了更好地實現(xiàn)理論與實踐的結(jié)合，書的第一篇比較詳盡地介紹了有限元分析的理論基礎(chǔ)與數(shù)值方法，第二篇則以大型有限元軟件ANSYS（16��0版）為例介紹了結(jié)構(gòu)有限元分析的程序?qū)崿F(xiàn)方法。讀者可通過第一篇的閱讀更好地了解ANSYS的結(jié)構(gòu)分析功能及單元適用條件，掌握ANSYS各種結(jié)構(gòu)分析功能的理論基礎(chǔ)與方法特點，為精準(zhǔn)地使用ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計分析打下良好的基礎(chǔ)。本書具體內(nèi)容如下：第1章從微分方程的近似解法引出有限元方法所依賴的理論基礎(chǔ)，主要內(nèi)容包括：微分方程的近似解法、變分原理與里茲方法和彈性力學(xué)變分原理。第2章介紹了廣義變分原理，主要內(nèi)容包括：約束變分原理、彈性力學(xué)廣義變分原理和彈性力學(xué)修正變分原理。第3章為彈性力學(xué)有限元法，介紹了單元剛度矩陣及荷載向量的構(gòu)造、系統(tǒng)矩陣及有限元方程的形成、邊界條件的引入和方程的求解以及單元應(yīng)力計算。第4章為桿系結(jié)構(gòu)的有限元方法，介紹了桿和梁單元的插值函數(shù)及剛度矩陣、桁架與剛架結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)變換等。第5章為平板彎曲問題的有限元方法，介紹了薄板的基本方程，不同類型板單元的插值函數(shù)構(gòu)造以及應(yīng)力雜交板單元。第6章為單元與插值函數(shù)構(gòu)造，介紹了彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的各種類型單元及其插值函數(shù)構(gòu)造，包括：一維的桿和梁單元、二維的三角形和四邊形單元、三維的六面體和四面體單元，最后，簡單介紹了等參單元的概念。第7章介紹了軸對稱殼單元，主要內(nèi)容包括：基于薄殼理論的軸對稱殼單元、平移和轉(zhuǎn)角獨立插值的軸對稱殼單元和軸對稱超參數(shù)殼體單元。第8章介紹了一般殼體單元，主要內(nèi)容包括：平板殼體單元和超參數(shù)殼體單元。第9章為非線性問題的有限元方法。首先，介紹了ANSYS軟件采用的主要非線性方程的解法，包括：迭代法、牛頓—拉夫森方法和增量法。然后，分別介紹了幾何非線性問題和材料非線性問題，并重點介紹了彈塑性問題的求解方法。第10章和第11章分別為ANSYS軟件的結(jié)構(gòu)靜力和結(jié)構(gòu)動力分析部分，主要介紹了軟件的靜力和動力分析功能和方法，并以Windows操作系統(tǒng)的ANSYS 16��0版本為例分別介紹了結(jié)構(gòu)靜力和結(jié)構(gòu)動力分析的步驟，并通過算例演示了結(jié)構(gòu)靜力和結(jié)構(gòu)動力分析（模態(tài)分析）的軟件操作步驟。第12章介紹了ANSYS軟件結(jié)構(gòu)分析的常用單元，包括一維單元中的桿和梁單元、二維單元中的平面三角形和四邊形單元、三維單元中的六面體和四面體單元以及板殼單元，內(nèi)容包括單元的幾何形狀、局部坐標(biāo)系統(tǒng)及結(jié)點參數(shù)的定義，以及單元的位移函數(shù)與功能。 
      由于筆者對有限元理論的理解還不夠準(zhǔn)確全面，對ANSYS還缺乏深入的了解，書中一定存在一些闡述不準(zhǔn)確、不到位的內(nèi)容，還請讀者多提寶貴意見。