材料力学考研全真试题与解答 (平装) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西安电子科技大学出版社

作者:黄一红编

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页数:0

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出版时间:

价格:12.0

装帧:平装

isbn号码:9787560610832

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精通计算流体力学：从基础理论到前沿应用 —— 深入剖析 Navier-Stokes 方程的数值求解与工程实践 --- 第一部分：理论基石与数学框架（Computational Fluid Dynamics: Theoretical Foundations and Mathematical Framework） 本书旨在为读者构建一个全面而深入的计算流体力学（CFD）理论体系。我们摒弃浅尝辄止的介绍，专注于奠定坚实的数学和物理基础，确保读者能够理解数值模拟背后的每一个决策逻辑。 第一章：流体力学复习与CFD的引入 本章首先对经典流体力学进行高效回顾，重点聚焦于那些直接影响数值方法的概念：守恒律（质量、动量、能量）、本构方程、无量纲化以及无粘流与粘性流的区分。随后，CFD作为一种强大的数值工具，其发展历程、优势与局限性被系统梳理。我们将详细讨论离散化误差、收敛性、稳定性和物理准确性之间的内在权衡，为后续的章节建立分析框架。 第二章：守恒方程的数学表述与坐标变换 流体力学分析的核心在于Navier-Stokes（N-S）方程组。本章深入探讨在不同坐标系（笛卡尔、柱坐标、球坐标）下N-S方程的精确形式。重点讲解如何进行张量分析和坐标变换，以适应复杂几何体网格划分的需求。同时，对能量方程、湍流模型输运方程的结构进行详细的数学推导，强调守恒性在离散化过程中的重要地位。 第三章：离散化技术的数学原理 CFD的精髓在于将偏微分方程（PDEs）转化为代数方程组。本章详尽解析三种主流离散方法的数学基础： 有限差分法（FDM）： 侧重于泰勒级数展开在高阶精度格式（如中心差分、迎风格式）中的应用，分析截断误差的量级，并深入讨论迎风格式（Upwinding）在处理对流项时稳定性与色散/耗散现象的权衡。 有限体积法（FVM）： 这是现代商用CFD软件的基石。本章以控制体积为核心，推导积分形式的守恒律离散化过程，强调通量守恒的严格性。详细讨论界面通量计算（Flux Calculation）的机制，包括通量限制器（Flux Limiters）在抑制非物理振荡中的作用。 有限元法（FEM）： 介绍形函数（Shape Functions）和加权残量法（Weighted Residuals Method），侧重于其在处理复杂边界条件和非结构化网格上的优势，并简要对比其在流体力学问题中的应用现状。 第四章：求解线性代数方程组的迭代方法 离散化后产生的是大规模、稀疏的线性代数方程组。本章系统阐述求解这些方程组的策略： 直接法回顾： 简要提及高斯消元法及其在高维问题中的局限性。 迭代法精讲： 重点分析雅可比（Jacobi）、高斯-赛德尔（Gauss-Seidel）以及多重网格法（Multigrid Methods） 的收敛机制。对于大型问题，详细解析Krylov 子空间方法，如共轭梯度法（CG）、双共轭梯度法（BiCG）及其预处理技术（Preconditioning，如代数多重网格AMG、IC/ স্তর分解），这些是实现快速收敛的关键。 --- 第二部分：压力-速度耦合与湍流建模（Pressure-Velocity Coupling and Turbulence Modeling） N-S方程组中，压力场与速度场通过质量守恒（连续性方程）耦合在一起，这是求解中最具挑战性的环节。同时，对于实际工程问题，湍流的模拟至关重要。 第五章：压力-速度耦合算法 本章将聚焦于求解不可压缩流（或低速可压缩流）的压力校正方法： SIMPLE族算法： 详细剖析SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations) 算法的迭代步骤、压力修正方程的推导与线性化过程。深入探讨 PISO (Pressure Implicit Splitting Operator) 和 SIMPLER 算法相对于SIMPLE的改进点和适用场景。 耦合算法（Coupled Solvers）： 介绍将压力和速度方程合并为一个大型非线性系统的求解策略，如完全耦合迭代方案，分析其在收敛速度和内存需求上的权衡。 第六章：湍流模型的物理基础与数值实现 湍流是计算流体力学中最复杂的部分。本章从统计学角度阐释雷诺平均（RANS）方法的必要性，并深入比较主流模型的适用性： 代数湍流模型： 零方程模型（如边界层代数关系）的局限性。 一方程模型： 重点分析 Spalart-Allmaras 模型 的输运方程及其在边界层和外部流中的表现。 二方程模型： 深入讲解 $k-epsilon$ 模型 和 $k-omega$ 模型 的物理意义（湍流动能与耗散率或比耗散率），分析其各自的优势与缺陷（如对逆压梯度敏感性、近壁面处理）。 壁面处理技术： 精确区分 全 $k-omega$ 模型、低雷诺数模型 以及经典的 壁面函数（Wall Functions） 的适用范围和网格依赖性。 第七章：高保真模拟方法概览 在对RANS模型进行充分理解后，本章引入对更高精度模拟方法的概述，为进阶研究打下基础： 大涡模拟（LES）： 介绍亚格子尺度（Subgrid-Scale, SGS）模型的理论框架，如Smagorinsky模型和动态模型，以及其在求解非定常流动中的优势。 直接数值模拟（DNS）： 阐释DNS对网格和时间步长的极端要求，理解其作为“标准答案”在验证低阶模型时的核心作用。 --- 第三部分：网格生成与工程应用实践（Grid Generation and Engineering Applications） 有效的网格划分是CFD成功的先决条件。本部分将侧重于网格质量控制和实际工程问题的数值解决方案。 第八章：网格生成技术与质量评估 本章不涉及具体的商业软件操作，而是深入探究网格生成的底层数学原理： 结构化网格的构造： 探讨映射技术，如代数生成器和椭圆/抛物方程求解方法，如何将复杂物理域映射到规则计算域。 非结构化网格生成： 讲解Delaunay三角剖分、Advancing Front 算法等在复杂二维/三维几何体划分中的应用。 网格质量指标： 详细定义和量化网格畸变（Skewness）、正交性（Orthogonality）、伸缩比（Aspect Ratio）等关键参数，并分析这些参数对数值解误差的具体影响机制。 网格自适应技术（Adaptive Mesh Refinement, AMR）： 探讨基于误差估计（如梯度指示函数）的局部网格加密与稀疏策略。 第九章：可压缩流动与高频现象求解 针对超音速和高超音速流动，本章需要专门的技术： 激波捕获策略： 分析TVD（Total Variation Diminishing） 格式与AUSM（Advection Upstream Splitting Method） 等高分辨率格式，如何通过构建通量函数来精确捕捉强间断（激波）而不产生振荡。 时间推进方法： 对比隐式（Implicit）与显式（Explicit）时间积分方法的稳定性限制（CFL条件），重点解析全隐式求解器在模拟稳态问题时的效率优势。 第十章：耦合仿真与先进课题 本章将讨论CFD与其他工程学科的集成，展望未来研究方向： 流固耦合（FSI）： 介绍流体载荷如何通过边界条件传递给固体结构，以及结构变形如何反馈影响流体网格（如重映射技术），涉及ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）描述框架。 多相流模型概述： 简要介绍描述气泡、液滴或颗粒流动的欧拉-欧拉（Eulerian-Eulerian）和欧拉-拉格朗日（Eulerian-Lagrangian）方法的适用边界。 CFD 求解器的验证与确认（Verification & Validation, V&V）： 强调严格的 V&V 流程，包括网格收敛研究（Grid Convergence Study），以及与实验数据或解析解的对比标准。 本书结构严谨，内容深入，旨在培养读者不仅是会使用CFD软件，更是能深刻理解软件内部工作原理的专业人才。通过对 Navier-Stokes 方程数学本质的掌握和对数值方法的精细辨析，读者将能够有效地诊断和优化复杂的计算模拟结果，适应未来工程与科研领域对高精度数值模拟的日益增长的需求。

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从使用反馈的角度来看，这本书在内容编排上展现出一种高度的实战导向性，它仿佛是一位经验老到的导师，深谙考研阅卷人的“喜好”与“陷阱”。我注意到，很多题目不仅给出了最终结果，更重要的是，它深入剖析了不同解题路径的优劣，甚至会列举出常见的思维定式和容易犯的低级错误，这种“反面教材”的讲解，比单纯的正确示范更有警示意义。更让我印象深刻的是，它对一些经典例题的处理方式，会根据近几年的考试风格变化，适度地调整讲解的侧重点，比如，如果近两年更侧重于材料的非线性行为，那么相关的例题解析就会相应地加深这部分的讨论深度。这种与时俱进的更新速度和对考试风向的精准把握，让我在复习时有一种“胸有成竹”的信心，感觉自己掌握的知识点是紧贴考场脉搏的。

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这本书的语言风格可以说是严谨中带着一丝鼓励，学术气息浓厚却又不失人情味。在解答那些需要大量文字描述的理论分析题时，作者的措辞精确到位，用词规范，完全符合工科考试对表达严谨性的要求。但在面对一些学生普遍感到棘手的概念时，比如疲劳极限的判定或是断裂韧性的理解，作者会插入一些非常精炼且形象的比喻来帮助我们建立直观认识，这使得那些高深莫测的理论变得触手可及。我感觉作者不仅仅是在传递知识，更像是在传授一种解决问题的思维框架。通过反复研读这些解析，我发现自己不仅仅是学会了解题，更是逐渐养成了工程师特有的那种系统性思考和严谨论证的习惯。这本书的价值，远超出一本单纯的考研资料，它更像是一本能力提升手册。

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这本书的排版逻辑简直是一次对考研材料力学知识体系的精妙重构，它不是简单地堆砌试题和答案，而是在试题的选取上，体现了一种高屋建瓴的命题趋势洞察力。我特别欣赏它在不同章节之间的过渡设计，每一个模块的衔接都像是精心铺设的路径，让你在做完一组难题之后，能够自然而然地过渡到下一个更深层次的知识点，而不是那种生硬的章节跳跃感。特别是那些涉及复杂应力分析和变形计算的大题，它们在布局上做了大量的留白处理，这在我进行草稿推演时提供了极大的便利，不像有些书籍恨不得把每一个角落都塞满文字，让人无从下笔。这种“呼吸感”极强的排版，极大地提升了我的学习效率，让我能够更好地沉浸在公式推导和概念理解的过程中，而不是被密密麻麻的文字压得喘不过气。

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这本书的装帧设计简直是为我们这种常年与学习资料打交道的苦行僧量身定做的。封面用料扎实，摸上去很有分量，一看就知道不是那种廉价的印刷品，这对于经常需要翻阅、携带的考研党来说太重要了。内页纸张的选择也相当考究，不是那种一沾油墨就洇开的劣质纸，字迹清晰锐利，长时间阅读眼睛不容易疲劳，这在攻克那些复杂力学公式时简直是救命稻草。装订线处理得也非常牢固，即使我这种“破坏力”极强的用户，反复翻折核心章节进行对比分析，它依然能保持得服服帖帖，丝毫没有散页的迹象。而且，这本书的开本控制得非常好，既保证了内容排版的舒适度，又不会过于笨重，塞进背包里占地方。整体来看，这种对物理载体的重视，体现出出版方对我们学习体验的尊重，让人在面对枯燥的理论时，至少在工具上得到了极大的慰藉。每一次拿起它，都会有一种“这是陪伴我征战考场的可靠伙伴”的踏实感，这绝对是很多同类书籍无法比拟的优势。

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这本书在辅助学习工具的创新性方面，给我带来了很多惊喜。它不仅仅是习题集，更像是一个集成的学习资源包。我特别喜欢它在每部分知识点总结时采用的图表化展示，比如用流程图清晰地勾勒出复杂结构动力学问题的求解步骤，或者用对比表格总结不同材料模型在特定应力状态下的行为差异。这种可视化处理极大地减轻了我对复杂概念进行记忆和检索的负担。而且，它对公式的推导过程描述得异常详尽，每一步的数学依据和物理意义都交代得清清楚楚，这对于那些基础不太牢固、需要“知其然也知其所以然”的同学来说，简直是福音。我甚至不需要频繁地翻阅课本，仅通过这本书的注解，就能把那些抽象的力学原理在脑海中构建起一个完整的知识网络。

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