1.3 撰写本书的目的

今天，强大的求解器构成了数值分析工具的核心，同时，前后处理器也并行得到了深度的开发，以结构有限元法软件的作业为例，40多年前“纸带穿孔”“卡片打孔”式数据准备的辛苦已经成为历史，在可视化的图形界面支持下，它的前端建模几乎成了一门艺术；网格的编辑、修改几乎随心所欲，而单元库也日趋完善，计算结果的后端处理则更加丰富多彩。然而，硬件与软件的高性能化、高智能化却导致了另外一种倾向：一些人逐渐习惯于被动建模的作业模式，而主动建模的模式却渐行渐远。正如参考文献 [5] 所强调的那样：“要知道，尽管计算程序已经经过严格鉴定，但你的有限元模型中可能会有潜在的危险。只有当模型如实地反映结构的几何形状、材料特性、传力路线、承载方式及边界约束条件等因素时才有可能取得一个接近真实的分析结果。”

事实上，从利用设计手册或工程力学手册里提供的公式进行计算，到利用计算机软件的数值分析计算，是计算方法进步的两个阶段，如果说前者是初级计算阶段，那么后者则是高级计算阶段，虽然基于手册的计算手段相对简单，但是如果读不懂设计手册里的计算公式，数值计算将成为无源之水。之所以强调这一点，是因为工程结构的设计参数与每一响应之间客观存在的基本规律不会因计算方法的改变而改变。以飞机结构为例[5] ，“早在有限元法产生与应用之前，人们已经建立了杆系结构力学、薄壁结构力学、板壳理论及连续介质力学等一系列力学模型，工程界应用这些力学模型去模拟航空结构的各个部分，进行着航空结构的力学分析与设计。”客观地说，对任何其他工程结构而言，道理是一样的，即它们本身的物理和力学初始模型不会因计算方法的进化而改变，改变的只是计算模型。

当然，要求每一个计算工程师都具有力学专家的本领是不现实的。于是，针对当前大多数计算工程师的知识结构，以及他们的数学、物理、力学背景，我们可以列出一个很长的阅读书单推荐给读者。但是考察以后，我们发现与结构性能数值分析相关的理论书籍虽然很多，但是在结构设计领域将理论、建模、实例深度融会贯通的书籍并不很多。

理论是建模的舵，方法是建模的帆。用理论指导建模，在应用中深化对理论的感悟，这应该是一个螺旋式的建模能力提升过程。基于这样的考虑，书中内容将不针对任何类型的工程结构展开，也不针对某一具体结构展开，而是针对面向工程结构数值建模的共性方法而展开。

严格地说，工程结构是一个包罗万象的大类，本书将工程结构限定在用焊接连接以及用螺纹连接的结构领域中，焊接连接包括弧焊连接、点焊连接，至于螺纹连接，几乎到处可见，而属于两个连接领域的工程结构可以列举很多，例如工程机械、各种车辆、各种船舶、建筑机械等。同时，本书提供的实例也分为两类：承受静态载荷的实例，以及承受动态载荷的实例。这些来自于工程实践的实例均没有理论解而只能求出数值解，它们优良的数值解已经被实践验证是可靠的。

本书之所以不针对具体的产品结构，最深层次的原因是希望与各位读者一起分享理论感悟，讨论共性技术；交流建模体验，切磋实用方法；给出解决案例，启迪设计创新。