连续介质物理中的双曲守恒律 (精装)

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出版者:清华大学
作者:CONSTANTINE M.DAFERMOS
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2005-1
价格:54.0
装帧:精装
isbn号码:9787302102038
丛书系列:天元基金影印系列丛书
图书标签:
  • 数学
  • 连续介质
  • 连续介质物理
  • 守恒律
  • 双曲型方程
  • 数值方法
  • 偏微分方程
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具体描述

The seeds of Continuum Physics were planted with the works of the natural philosophers of the eighteenth century, most notably Euler, by the mid-nineteenth century, the trees were fully grown and ready to yield fruit. It was in this environment that the study of gas dynamics gave birth to the theory of quasilinear hyperbolic systems in divergence form, commonly called “hyperbolic conservation laws”; and these two subject have been traveling hand-in-hand over the past one hundred and fifty years. This book aims at presenting the theory of hyperbolic conservation laws from the standpoint of its genetic relation to Continuum Physics. Even though research is still marching at a brisk pace, both fields have attained by now the degree of maturity that would warrant the writing of such an exposition.

连续介质力学前沿:动力学、热力学与传输现象的综合探析 本书导读: 本书聚焦于现代连续介质物理学中最为核心且极具挑战性的领域——非线性偏微分方程组的理论构建、数值求解及其在复杂物理系统中的应用。它旨在为研究人员和高年级研究生提供一个坚实的理论框架,用于理解和模拟那些涉及物质运动、能量耗散和物质交换的现象。全书内容高度专业化,侧重于数学物理基础、数值算法的严谨推导,以及跨学科的实际应用案例。 --- 第一部分:连续介质基础与场论重构 本部分首先回顾了经典连续介质力学的基本假设,但迅速转向现代描述的必要性,特别是当介质表现出显著的非均匀性、高度非线性或强烈的时空依赖性时。 1. 经典理论的局限与非平衡态的引入: 我们详细探讨了热力学平衡假设在极端条件(如高应变率、强冲击波、微观尺度效应显著时)下的失效。引入了非平衡态热力学的基本框架,阐述了熵产生原理在介质演化中的约束作用。讨论了如何从分子动力学模拟结果出发,构建宏观连续介质模型(如格子玻尔兹曼方法与分子动力学之间的桥接)。 2. 物质本构关系的现代视角: 传统上,本构关系(如牛顿流体、胡克材料)依赖于线性的或低阶的微分形式。本书深入研究了高阶本构理论,特别是涉及空间非局部性的模型,例如: 梯度依赖性材料模型 (Gradient Elasticity): 引入了应变梯度项来描述材料在小尺度上的响应,这对分析裂纹尖端、晶界或复合材料界面至关重要。推导了包含应变梯度和旋转的运动方程,并分析了其对弹性波传播的影响。 粘弹性材料的广义记忆模型: 探讨了基于积分方程(如Prony级数或Volterra积分形式)描述的粘弹性行为,重点分析了时间尺度分离对模型简化和数值求解的影响。 热力学一致性检验: 严格应用热力学第二定律,对所有提出的本构关系进行数学验证,确保模型在任何物理约束下都保持热力学可行性。 3. 场方程的几何化与变分原理: 为了获得更具内在一致性的描述,本部分引入了微分几何的概念来重构场方程。我们将连续介质的运动视为在构形空间中的流形上的运动。 拉格朗日力学与哈密顿力学框架: 建立了描述物质位移场、温度场和内能场的统一哈密顿作用量泛函。通过对该泛函进行变分,可以自然地导出欧拉-泊松方程(或其在材料坐标系下的形式)。 共协导数与物质导数: 在变形坐标系中,详细讨论了如何正确处理物质导数(随物质运动的导数)以及如何使用共协导数来保持方程在坐标变换下的形式不变性,这对于处理大变形至关重要。 --- 第二部分:非线性演化方程的数学物理分析 本部分是本书的核心,专注于处理由连续介质定律导出的、通常具有强烈非线性和/或分散性的偏微分方程。 4. 拟线性与全非线性方程的解的正则性: 本书聚焦于一维和二维系统中可能出现的方程类型,包括: 类欧拉-泊松系统 (Euler-Poisson Systems): 包含了质量守恒、动量守恒和能量守恒项,常用于描述高密度气体动力学或材料塑性流动。分析了在不同初始条件下,解的奇性形成(如激波或梯度爆炸)的可能性。 分散性效应: 探讨了包含高阶空间导数的方程(如非线性波动方程或 Korteweg-de Vries (KdV) 类型的修正方程)中,色散如何影响波的演化和相互作用。 5. 激波与不连续解的理论: 对于描述冲击波(如材料的超音速流动或断裂过程),解通常在有限时间内变得不连续。 熵条件与粘性解: 严格定义了弱解的概念,并引入熵条件(如Lax或Oleĭnik条件)来唯一确定物理上可接受的解,排除那些不满足热力学稳定性的“数学解”。 Rankine-Hugoniot关系: 系统推导了在不连续面上传播时的速度和守恒量跳跃关系,并讨论了这些关系在材料内部性质突变(如相变界面)时的修正形式。 6. 守恒律系统的稳定性与渐近分析: 分析了小扰动对平衡态(或稳态解)的影响。 特征分析与对称性: 确定了系统是否是双曲的、抛物线性的还是混合型的,这直接决定了信息的传播速度和数值方法的选择。 耗散机制的引入: 讨论了如何通过引入特定的人工粘性项或热传导项,将原始的、可能不适定的问题转化为具有良好抛物特性的方程组,从而保证了解的稳定性和唯一性。 --- 第三部分:数值方法与复杂系统模拟 理论分析必须辅以强大的数值工具。本部分详细介绍了适应于这些高度非线性、耦合的守恒律系统的先进数值技术。 7. 高精度有限体积法 (FVM) 与守恒律的耦合: 有限体积法因其内在的守恒性,成为求解守恒律的首选。 通量函数的设计: 详细介绍了Riemann求解器(如Roe, HLL, HLLC)在处理多组分、多物理场耦合问题中的应用。讨论了如何构建耦合系统的通量函数,以保证跨越不同物理场界面时的物理一致性。 高阶重构方案: 介绍了迎风格式(Upwind Schemes)的高阶扩展,如MUSCL(Monotone Upstream-centered Schemes for Conservation Laws)和WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)方法,它们在精确捕捉激波和接触间断的同时,避免了数值振荡。 8. 结构化与非结构化网格上的时间推进: 隐式与显式时间积分: 针对不同尺度的物理过程(快激波与慢扩散),比较了显式欧拉、龙格-库塔以及全隐式方法(如后向欧拉或Crank-Nicolson)的效率与稳定性边界(CFL条件)。重点讨论了在处理强耦合系统时,如何使用半隐式或分区求解器来提高计算效率。 网格自适应技术 (AMR): 针对解的梯度急剧变化的区域(如裂纹尖端或冲击波前沿),详细介绍了基于控制守恒量误差估计的动态网格细化和粗化策略,极大地提高了计算效率和精度。 9. 耦合效应的数值处理: 本书通过具体的应用案例展示了如何将不同类型的物理方程耦合求解: 热-力耦合 (Thermo-Mechanical Coupling): 求解能量方程与动量方程的联立系统,特别是在高温、高应变率下的材料响应(如爆炸或高速撞击)。 反应-对流耦合: 在描述化学反应介质(如燃烧或材料烧蚀)时,如何使用源项分离或投影方法来处理对流项(双曲)与反应源项(常微分方程)之间的数值挑战。 总结: 本书不仅提供了连续介质物理的理论基石,更侧重于将这些理论转化为可计算、可验证的数值模型。它为读者提供了一套完整的工具集,用以解决当代工程和地球物理学中遇到的最复杂的非线性传输问题。

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目录信息

读后感

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用户评价

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初见《连续介质物理中的双曲守恒律》这本书,最先吸引我的是它封面上那种沉静而专业的蓝色,仿佛预示着它将带领读者进入一个深邃的科学世界。我并非物理学专业出身,但对科学的兴趣由来已久,尤其喜欢那些能够解释自然界宏观现象背后基本规律的著作。这本书的标题,将“连续介质物理”与“双曲守恒律”这两个关键词联系在一起,让我感到一种强大的吸引力。我理解,连续介质物理是研究物质在宏观尺度上表现出来的性质,而守恒律则是物理学中最 fundamental 的概念之一。当这两者结合,并且是以“双曲”的形式呈现时,我猜想这本书一定涉及了许多关于物质运动、能量传递、以及信息传播的深刻洞察。我好奇书中会如何从基本的物理原理出发,推导出描述这些现象的双曲守恒律方程,并且会如何解释这些方程在实际应用中的意义。比如,在处理冲击波、爆炸、或者声波传播等问题时,双曲方程往往扮演着核心角色。这本书很可能为我提供一个全新的视角,去理解这些看似日常却又极其复杂的物理现象。我甚至想象,在阅读这本书的过程中,我会不断地被书中的思想所启发,对物理学以及它在现实世界中的应用产生更深的理解和敬畏。

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这本书的厚重感,不仅体现在它的物理实体上,更在于其内容所蕴含的知识的深度。作为一名对理论物理充满好奇心的学生,我一直在寻找能够将我所学的零散知识点串联起来的桥梁,而《连续介质物理中的双曲守恒律》这本书,很可能就是这样一座坚实的桥梁。我曾对宏观物理现象背后的微观机制感到困惑,也曾对数学公式如何精确描述物理世界的运动感到惊叹。这本书的名字,直接点出了“连续介质”和“双曲守恒律”这两个核心概念,让我对它所要阐述的内容有了初步的定位。我猜测书中会深入剖析,当物质被视为连续体时,其内部遵循的守恒定律,例如动量守恒、能量守恒,如何在数学上被表述为一组双曲型的偏微分方程。我特别期待书中会详细解释,为什么在描述某些物理现象时,这些方程会呈现出双曲的性质,以及这种双曲性所带来的独特物理含义,比如波的传播、信号的传递、以及信息的局部性。这对于理解许多自然界中的动态过程,如流体的激荡、固体中的裂纹扩展、甚至宇宙中的物质分布,都至关重要。我相信,这本书不仅会提供理论上的严谨性,更会展现数学语言在描述复杂物理世界时的强大力量。

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拿到《连续介质物理中的双曲守恒律》这本书,首先感受到的是它沉甸甸的质感,这让我对接下来的阅读内容充满了预期的厚重。我一直对物理世界的基本运作原理非常着迷,尤其喜欢那些能够解释宏观现象背后深层逻辑的著作。这本书的标题,精确地指出了它的核心内容:连续介质物理,以及在其中扮演关键角色的“双曲守恒律”。我理解,守恒律是物理学中最 fundamental 的概念之一,它们描述了物质、能量、动量等在相互作用过程中总量不变的特性。而“连续介质”则意味着我们将要探讨的,是那些可以被视为连续分布的物质,比如流体、固体、等离子体等。更令我感兴趣的是“双曲”这个限定词。我曾接触过一些关于偏微分方程的知识,知道双曲方程通常与波的传播、信号的瞬时变化等有关。因此,我猜测这本书将会深入探讨,在连续介质中,动量守恒、能量守恒等基本规律是如何被数学化为一组双曲型的偏微分方程,以及这些方程的结构和性质如何反映了物理现象的本质,比如激波的形成、信息的传播速度等。这本书很可能是一次深入的科学探索,让我能够更系统地理解物质世界的动态演化规律。

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这本书的精装版本,拿在手中就有一种实在感,仿佛承载着沉甸甸的知识。作为一名对科学探索抱有极大热情的爱好者,我总是被那些能够揭示宇宙运行规律的著作所吸引。《连续介质物理中的双曲守恒律》这个书名,对我来说充满了神秘感和吸引力。我曾学习过一些基础物理和数学知识,对守恒律并不陌生,比如能量守恒、质量守恒等,它们是物理学中最基本也是最重要的原则。而“连续介质”则将研究对象设定在宏观层面,比如流体、固体等。更令我着迷的是“双曲”这个词。我记得在学习微分方程时,双曲方程常常与波的传播、瞬态过程的描述相关,这让我猜测这本书将要探讨的,很可能是关于物质在宏观尺度下,其能量、动量等物理量的传播和演化过程,并且这些过程往往具有非线性和瞬态的特点,因此需要用双曲型的方程来描述。我期待书中能够深入浅出地解释,为什么在连续介质中,一些守恒律会转化为双曲方程的形式,以及这些方程如何帮助我们理解和预测诸如冲击波、激波、以及各种波动的传播行为。这本书很可能是一次深入的科学之旅,让我得以窥见连续介质世界的复杂而精妙的动力学规律。

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这本《连续介质物理中的双曲守恒律》的书名,就透露出一种严谨的学术态度和深厚的理论底蕴。作为一名对物理世界运作原理充满好奇的读者,我一直在寻找能够帮助我理解复杂现象背后基本规律的著作。这本书的名字,将“连续介质物理”与“双曲守恒律”这两个概念紧密地联系在一起,让我对其中的内容充满了探究的欲望。我理解,“连续介质”指的是在宏观尺度上可以被视为连续物质的集合,例如流体、固体等,而“守恒律”则是物理学中最 fundamental 的原则,描述了物质、能量、动量等在系统演化过程中保持不变的特性。更令我着迷的是“双曲”这个词,它暗示了书中将要讨论的方程可能与波的传播、激波的形成、或者信息的瞬时传递等现象有关。我猜想,这本书会深入分析,在连续介质的动态过程中,动量守恒、能量守恒等基本守恒律是如何以双曲型的偏微分方程来表达,并且会解释这些双曲方程的数学特性如何反映了物理世界的内在规律。这本书很可能是一次深入的理论学习,帮助我更好地理解和分析那些复杂的物理过程。

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这本《连续介质物理中的双曲守恒律》给我的第一印象是它的专业性和深度。尽管我本人不是这方面的专家,但仅从其严谨的标题和一些初步翻阅的章节来看,就能感受到其学术上的分量。我尤其对其中涉及到的守恒律的概念很感兴趣,因为在物理学中,守恒律往往是指导我们理解自然现象、构建理论模型的最基本原则之一。这本书很可能深入探讨了在连续介质这一特定领域中,动量守恒、能量守恒、质量守恒等基本守恒律是如何以双曲方程的形式得以体现和描述的。双曲方程本身就以其描述波的传播、激波的形成等瞬态现象而闻名,因此将其应用于连续介质的动态演化,无疑能够揭示许多非线性、复杂的物理过程。我猜想书中会涉及大量的数学推导,从基本的物理原理出发,如何一步步建立起这些双曲守恒律方程,以及这些方程在解决实际问题中的应用,比如流体力学中的激波、弹性波的传播、电磁波在介质中的行为等等。对于那些致力于研究这些领域的研究者来说,这本书无疑会提供一套系统而深入的理论框架和分析工具。虽然我可能无法完全理解书中的每一个细节,但这种对科学原理的深入挖掘和理论构建的过程本身就极具吸引力,它让我看到了科学家们如何通过抽象的数学语言来描绘和理解我们所处的世界。

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这本书的封面设计就足够吸引人了,那沉甸甸的精装本,拿在手里就知道分量十足,仿佛预示着里面蕴含的知识也同样厚重。我是在一个雨天的午后,在书店角落里偶然翻到它的,当时就被它的名字深深吸引住了。“连续介质物理中的双曲守恒律”,这名字听起来就充满了科学的严谨和挑战性,让我立刻产生了一种想要深入探索的冲动。虽然我并非这个领域的专业研究者,但作为一个对物理学怀有浓厚兴趣的爱好者,我总是不自觉地会被那些能够揭示宇宙深层奥秘的理论所吸引。这本书无疑就是其中的佼佼者。我花了将近一个小时的时间,在书店里断断续续地翻阅,虽然很多内容因为我的知识储备不足而显得晦涩难懂,但时不时出现的那些公式和图表,以及那些抽象的概念,都仿佛在召唤着我,让我对其中描绘的物理世界充满了好奇。我能想象到,对于那些真正沉浸在连续介质物理领域的研究者来说,这本书无疑是一座宝库,里面必定包含了他们孜孜以求的真理和方法。我甚至能想象到,作者在撰写此书时,一定经历了无数个不眠之夜,在公式的海洋中遨游,在概念的迷宫中探索,最终将这些珍贵的思想结晶凝聚在这本厚重的著作中。这本书不仅仅是一本技术性的著作,更像是一扇通往更广阔物理世界的窗户,让我窥见了那些我之前从未想象过的精妙之处。

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从这本书的精装封面设计,就能感受到它散发出的那种严谨、专业的学术气息,仿佛预示着里面蕴含的知识体系将是宏大而深刻的。《连续介质物理中的双曲守恒律》,这个书名本身就足以勾起我对科学最原始的好奇心。我并非物理学领域的专业人士,但对科学的探索欲从未停止,尤其喜欢那些能够揭示自然界运行机制的著作。我理解,“连续介质物理”研究的是宏观层面物质的运动规律,而“守恒律”则是物理学中最 fundamental 的基石,比如能量守恒、动量守恒等。当这两个概念结合,并且加入了“双曲”这一数学上的限定时,我便对书中内容充满了遐想。我猜测,这本书将深入探讨,在描述连续介质的演化过程中,这些守恒律是如何以一种特殊的数学形式——双曲方程来体现的。这种双曲性可能意味着信息的传播速度是有限的,或者描述的是一种非线性的、瞬态的物理过程,比如冲击波的形成与传播,或者流体中的激波现象。我期待书中能够详细阐释这些数学模型如何建立,以及它们在实际物理问题中的应用,为我打开一扇理解复杂物理现象的窗口。

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这本《连续介质物理中的双曲守恒律》的装帧,就透露出一种学术的庄重与厚实,让我对接下来的阅读充满期待。我本身不是物理专业的,但对科学的奥秘一直有着浓厚的兴趣,尤其是那些能够将抽象数学语言与宏观物理现象巧妙联系起来的理论。这本书的标题,直击我好奇的 G点——“连续介质物理”,这意味着它将深入研究物质在宏观尺度下的行为,而“双曲守恒律”,则暗示着它将探讨物质运动、能量传递等过程中最 fundamental 的规律,并且是以一种特殊的数学形式——双曲方程来表达。我很好奇,书中会如何解释,为什么在描述连续介质的动力学时,这些守恒律会以双曲方程的形式呈现。我猜测,这可能与物质的局部相互作用、信息传播的有限速度、以及非线性效应的出现有关。例如,在流体力学中,高速流动的激波现象,或者在弹性力学中,应力波的传播,往往都涉及到双曲方程。这本书很可能为我揭示这些现象背后的数学本质,以及如何利用这些数学工具来理解和预测复杂的物理过程。它不仅仅是一本书,更像是一扇窗户,让我得以窥见连续介质世界里那些隐藏在表象之下的深刻规律。

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当我看到《连续介质物理中的双曲守恒律》这个书名时,我的脑海中立刻浮现出大学时期学习流体力学和固体力学时的情景。那时候,我们接触到的守恒律,比如质量守恒、动量守恒,通常是以偏微分方程的形式出现的,而当涉及到一些高速流动或者冲击波等现象时,这些方程就可能表现出双曲的特性。这本书的出现,无疑是将这两个看似独立的数学和物理概念紧密地结合在了一起,而且聚焦于“连续介质物理”这个更广阔的范畴。这让我好奇,书中会如何系统地阐述双曲守恒律在不同连续介质中的具体表现和应用。例如,在气动力学中,计算超音速流动下的激波结构,或者在地震学中,研究地震波的传播,都需要运用到这类理论。我尤其关注书中是否会讨论一些数值方法,因为在连续介质物理的许多实际问题中,解析解往往难以获得,而数值模拟就成为了解决问题的关键。我猜想,这本书可能会介绍一些先进的数值格式,比如有限体积法、有限差分法等,来求解这些双曲守恒律方程,并且会探讨这些数值方法在精度、稳定性和计算效率上的权衡。对于工程师和应用物理学家来说,这本书很可能是一本不可多得的参考书,能帮助他们更有效地解决工程实践中的复杂问题。

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