有限元法多物理场建模与分析

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作者:中仿科技公司
出品人:
页数:282
译者:
出版时间:2007-9
价格:40.00元
装帧:
isbn号码:9787114068577
丛书系列:
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具体描述

随着科学和工程的的发展,使用有限元法来求偏微分方程组的数值解拥有非常广阔的前景,科研人员必须清楚地了解数学建模时的局限和困难。 本书可以帮助初学者了解如何逐步的建立一个复杂模型并检验它正确与否并介绍了进阶的分析技巧,最后通过各个方面的实例,详细演示了软件在各种问题中的应用。 作为有限元方法模拟的补充,本书使用了最新版本的COMSOL Multiphysics,其中包含了很多新的进展,例如包括相变的多相流,等离子体动力学,电磁水动力学,微流体混合以及腐蚀。另外,对于level set method计算多相流最主要的进步就是确保了相位守恒。 本书理论阐述透彻,采用的教学方法新颖,适合作为理工科专业本科生和研究生的教材,也可作为上述专业的工程技术人员和教师的参考书。

《工程力学中的数学方法》 这是一本深入探讨工程领域核心数学工具的著作,旨在为工程师和科研人员提供坚实的理论基础和实用的应用指导。全书聚焦于那些支撑复杂工程问题分析和解决的关键数学分支,引导读者理解其内在逻辑和在工程实践中的广泛应用。 第一部分:微分方程与数值解法 本部分系统梳理了工程力学中扮演重要角色的微分方程类型,包括常微分方程和偏微分方程。我们将从基本概念入手,如解的存在性、唯一性、以及线性与非线性方程的特性。随后,深入探讨各类经典方程的解法,例如: 一阶常微分方程: 分离变量法、积分因子法、全微分方程等,并结合流体动力学中的简单流动、电路分析中的暂态响应等工程实例进行讲解。 二阶常微分方程: 重点关注线性常系数二阶微分方程,包括齐次和非齐次方程的求解方法(特征方程法、待定系数法、常数变易法)。还将介绍欧拉-柯西方程及其在某些力学问题中的应用。 偏微分方程基础: 涵盖了工程领域最常见的偏微分方程,如热传导方程、波动方程、拉普拉斯方程/泊松方程。我们将介绍它们的物理背景,例如物体内部的温度分布、振动现象的传播、以及静电场/引力场等。 数值解法: 认识到解析解的局限性,本部分着重介绍求解复杂问题的数值技术。我们将详细讲解有限差分法,包括其离散化思想、不同阶数的差分格式(向前、向后、中心差分),以及如何将其应用于常微分方程(如欧拉法、改进欧拉法、龙格-库塔法)和偏微分方程(如显式和隐式有限差分法)。此外,还将简要介绍有限体积法的核心思想,特别是它在守恒律方程(如流体力学方程)中的优势。 第二部分:线性代数在工程中的应用 线性代数是处理多变量问题和大型数据集的基础。本部分将强调线性代数工具在工程分析中的地位,并展示其强大的表达能力: 向量空间与矩阵: 从向量的基本运算(加法、减法、数乘、点乘、叉乘)入手,引出向量空间的线性相关性、基和维度的概念。矩阵作为描述线性变换和数据组织的工具,将详细介绍矩阵的运算(加法、减法、数乘、乘法)、转置、逆矩阵,以及特种矩阵(对称矩阵、稀疏矩阵)。 线性方程组的求解: 重点介绍高斯消元法及其改进算法(如高斯-约旦消元法),分析其计算复杂度和稳定性。同时,还将介绍迭代法,如雅可比迭代法和高斯-赛德尔迭代法,探讨它们在处理大规模稀疏线性方程组时的优势。 特征值与特征向量: 深入讲解特征值和特征向量的定义及其几何意义,即描述线性变换的缩放因子和不变方向。我们将探讨如何计算特征值和特征向量,并展示它们在振动分析(模态分析,求解结构振动的固有频率和振型)、稳定性分析中的关键作用。 矩阵分解: 介绍LU分解(Doolittle, Crout)、QR分解、奇异值分解(SVD)等矩阵分解技术,阐述它们在简化计算、提高数值稳定性和实现降维等方面的应用,例如在数据分析和信号处理中的作用。 第三部分:复变函数与傅里叶分析 本部分将介绍在处理周期性现象、信号处理和某些特殊方程解法中不可或缺的数学工具: 复数与复变函数: 介绍复数的概念、运算,以及复变函数的基本概念,如解析函数、柯西-黎曼方程。重点关注复变函数的积分和留数定理,以及它们在求解某些实积分和常微分方程中的应用。 傅里叶级数与傅里叶变换: 详细阐述傅里叶级数如何将周期性函数分解为一系列正弦和余弦函数的叠加,以及傅里叶变换如何将非周期性函数推广到频域。我们将通过具体工程例子,如信号的频谱分析、周期载荷的响应、以及傅里叶变换在求解偏微分方程中的应用进行说明。 拉普拉斯变换: 介绍拉普拉斯变换及其性质,重点展示其在解决常微分方程和系统响应分析中的高效性,尤其是在电路和控制系统领域。 第四部分:概率论与统计基础 面对工程系统的不确定性和随机性,概率论与统计学提供了有效的分析框架: 概率论基础: 介绍随机事件、概率公理、条件概率、独立性等基本概念。详细讲解随机变量的定义、概率密度函数、累积分布函数,以及常用的概率分布(如二项分布、泊松分布、指数分布、正态分布)。 数理统计基础: 讲解描述性统计,包括均值、方差、标准差等统计量。重点介绍统计推断,如参数估计(点估计、区间估计)和假设检验。 应用案例: 结合工程实例,如可靠性分析、质量控制、实验数据处理、以及噪声信号分析,说明概率论与统计学在量化不确定性、评估风险和优化设计中的价值。 本书强调理论与实践相结合,每一章节都配有丰富的例题,这些例题均来源于真实的工程问题,涵盖了机械工程、土木工程、航空航天工程、电气工程等多个学科领域。通过这些实例,读者可以直观地感受到数学方法在解决实际工程挑战中的强大力量,并学会如何将抽象的数学概念转化为具体的工程解决方案。本书旨在培养读者独立分析和解决复杂工程问题的能力,使其能够胜任更具挑战性的工程岗位。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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在我的学习和研究生涯中,我一直在追求那些能够帮助我将抽象的数学原理与实际工程应用紧密结合的知识。有限元方法(FEM)无疑是我关注的重点之一。然而,我深知,在现代工程领域,许多关键问题都无法仅仅通过单一物理场的分析来解决。我渴望深入了解如何将FEM应用于多物理场耦合的问题,例如,如何模拟一个核磁共振成像(MRI)设备的工作原理,其中电磁场、梯度场以及生物组织对射波的响应相互作用;又或者,如何分析一个先进的太阳能电池板,其发电效率可能受到光照、温度以及内部电荷传输等多重因素的影响。我希望这本书能够提供一个系统性的框架,指导我如何构建多物理场耦合的数学模型,并详细阐述有限元方法在处理这些模型时的具体步骤,包括方程的弱形式建立、离散化、网格生成以及求解策略的选择。我尤其期待书中能提供一些关于如何处理不同物理场之间相互作用的强度和性质,以及如何保证数值计算稳定性和精度的实用技巧。这本书的题目,让我觉得它可能是我在解决复杂工程问题道路上急需的“指南”。

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我一直相信,科学的魅力在于其能够揭示事物之间隐藏的联系,而工程的精妙则在于能够利用这些联系来创造更美好的未来。对于有限元方法,我早已将其视为强大的工程分析工具。然而,在我看来,其真正的价值和潜力,尤其体现在处理多物理场耦合问题时。我经常思考,例如,一个核反应堆的安全运行,需要考虑中子扩散、热传导和结构力学的耦合;或者一个先进的医疗设备,其传感器的性能可能受到电磁、力学以及生物信号的综合影响。我希望找到一本能够系统地指导我如何构建这些复杂耦合模型,并运用有限元方法进行分析的书籍。我期待它能够从基础物理原理出发,层层递进,讲解多物理场耦合的数学表述,以及如何将其转化为有限元方程。我希望它能提供详尽的算例,展示如何处理不同物理场之间的相互作用,并给出一些关于模型验证和优化的建议。我特别关注的是,如何在这种多尺度、多场耦合的情况下,设计出高效、可靠的数值求解方案。这本书的题目,精准地击中了我的学习痛点,让我觉得它可能是我在学术和工程实践中急需的一本“指路明灯”。

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在我的学术探索过程中,我始终对那些能够将看似独立的物理现象联系起来,并揭示其内在耦合规律的理论和方法深感着迷。有限元方法(FEM)无疑是实现这一目标的重要工具之一。然而,我常常觉得,单纯掌握FEM在单一物理场中的应用,并不能完全满足我对复杂工程问题的理解需求。我渴望深入探究如何将FEM扩展到多物理场耦合的领域,从而能够更全面、更准确地模拟现实世界中的复杂现象。例如,我希望能理解如何模拟一个生物力学问题,其中流体流动、应力分布和细胞反应之间存在着密切的相互作用;或者如何分析一个能源储存装置,其中电化学反应、热量产生和结构变形是相互关联的。我希望这本书能够提供一个清晰的框架,指导我如何构建多物理场耦合的数学模型,并详细阐述有限元方法在处理这类模型时的具体步骤,包括方程的建立、离散化、网格划分以及求解器的选择。我尤其期待它能提供一些关于如何处理不同物理场之间的非线性耦合以及如何保证计算稳定性的方法。这本书的题目,让我看到了希望,它暗示着一种能够应对复杂性的、系统性的解决方案。

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这本书的封面设计,初看之下,略显严肃,沉稳的蓝灰色调搭配简洁明亮的白色字体,传递出一种专业、严谨的学术气息。这让我在拿到它的时候,就对其中蕴含的内容充满了期待。我一直对如何将现实世界中的复杂物理现象,特别是那些相互关联、相互影响的多物理场耦合问题,通过数学模型和数值方法进行精确模拟和分析充满兴趣。我常常思考,当我们面对一个实际工程问题时,比如一个电子元件的散热问题,它涉及到电热耦合;或者一个航空发动机叶片的疲劳分析,它可能包含热应力、离心力以及流体动力学的影响。这些问题往往不是单一物理场能够独立解释的,它们之间存在着深刻的联系,需要一种能够统一处理、协同分析的工具和方法。我个人在学习过程中,接触过一些关于有限元方法的书籍,它们大多侧重于单一物理场的介绍,比如只讲结构力学或者只讲热传导。虽然这些基础知识非常重要,但当需要解决更复杂的、多物理场耦合的问题时,总感觉有些力不从心。我渴望找到一本能够系统地介绍如何构建多物理场耦合模型,并运用有限元方法进行求解的书籍。我希望它能够提供清晰的理论框架,详细的推导过程,以及具有指导意义的实践案例。这本书的题目,恰恰点出了我的需求,让我觉得它可能是我一直在寻找的“钥匙”。我希望它不仅仅停留在理论层面,还能提供一些关于如何选择合适的单元类型、如何设置边界条件、如何处理耦合方程组的数值解法等方面的实用技巧,这些都是在实际建模过程中至关重要的。

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我一直觉得,要真正理解一个复杂的科学概念,不仅仅要掌握其抽象的数学原理,更重要的是要能够将其与实际的应用场景联系起来。对于有限元方法(FEM),我更是如此。它本身就是一个强大的工具,而当它被应用于多物理场建模时,其威力更是成倍增长。我曾设想过,如果能有一本书,能够详细地剖析一个具体的、具有代表性的多物理场耦合问题,比如一个声学换能器的设计,它涉及到电声场的耦合;或者一个地热能源开发中的温度和流体压力场的相互作用。我希望这本书能够从最基础的物理守恒定律出发,一步步构建出耦合方程组,然后详细介绍如何将其离散化为有限元方程,并解释在求解过程中可能遇到的各种挑战,例如数值稳定性、收敛性问题,以及如何有效地处理不同物理场之间的相互影响。我特别关注的是,当不同物理场具有不同的尺度和特性时,如何设计合适的单元和网格,以及如何选择合适的求解器和时间步长。这本书的题目,让我感到它很有可能就是一本能够满足我这些深层学习需求的“宝藏”。我期待它能提供一些关于如何对模型进行验证和校准的建议,因为在实际工程中,理论模型的结果是否准确,很大程度上取决于与实验数据的对比。我希望它能展示一些如何利用现有的商业软件(如COMSOL, ANSYS等)来实现这些多物理场建模的范例,并提供一些参数设置的思路。

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在科研的道路上,总会遇到一些看似棘手但又无比迷人的问题,它们往往是多个科学领域交织在一起的产物。而有限元方法,作为一种强大的数值计算工具,恰恰为我们提供了解决这些问题的有力武器。我一直以来都对那些能够将不同物理现象融会贯通,从而获得更全面、更深刻洞察的书籍情有独钟。特别是当这些问题涉及到多场耦合的时候,我总会感到一种跃跃欲试的冲动。比如,我想了解如何模拟一个压电陶瓷在机械应力作用下的电响应,这涉及到力学和电学的耦合;或者一个生物组织在电场作用下的传热过程,这融合了电场、力学和传热学。我希望这本书能够不仅仅停留在理论的陈述,更能够提供一些关于如何构建这样一个复杂模型的“蓝图”。我期待它能够深入浅出地讲解多物理场耦合的基本原理,例如不同场之间的相互耦合机制,以及如何通过引入耦合项来描述这些关系。我希望它能详细阐述有限元方法在处理这类问题时的具体步骤,包括如何建立耦合的弱形式,如何进行网格划分,以及如何选择和实现求解算法。更重要的是,我希望它能提供一些实际案例的分析,展示如何将这些理论知识转化为解决实际工程问题的可行方案。这本书的题目,让我嗅到了这种可能性,它暗示着一种系统性的、能够应对复杂性的方法论。

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作为一个对工程模拟充满热情的研究者,我一直在寻找能够帮助我更深入地理解和掌握复杂工程问题建模与分析的书籍。我深知,在现代工程设计中,许多关键问题都不仅仅局限于单一的物理领域,而是涉及多个物理场的相互作用与耦合。例如,在设计高性能的集成电路时,我们需要同时考虑电热、电磁以及机械应力等因素;在进行航空发动机的设计时,流体动力学、热力学以及结构力学之间的耦合效应是决定其性能的关键。我希望找到一本能够系统地介绍如何将这些不同的物理场统一起来,通过有限元方法进行建模和分析的书籍。我期待它能够提供清晰的理论基础,深入讲解多物理场耦合的数学模型,以及如何运用有限元方法对这些耦合方程组进行离散化和求解。我希望它不仅提供理论推导,还能给出一些具有实践指导意义的案例,展示如何构建具体的耦合模型,并分析其结果。我尤其关注的是,当不同物理场之间存在强耦合时,如何选择合适的数值求解策略,以保证计算的稳定性和精度。这本书的题目,正是我近期在学习和研究中迫切需要的方向,它让我相信,这可能是一本能够极大地提升我的建模和分析能力的“利器”。

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在我对科学技术的探索过程中,我越来越意识到,现实世界中的许多关键工程挑战,并非孤立的物理现象所能解释,而是多种物理场相互作用、相互影响的结果。而有限元方法,作为一种通用的数值求解技术,在应对这些挑战方面,展现出了巨大的潜力。我常常在思考,比如,如何模拟一个微机电系统(MEMS)的运行,其中涉及到电、热、力以及流体的耦合;或者如何分析一个复合材料的性能,其宏观表现可能源于微观层面的力学、热学以及化学反应的相互作用。我希望找到一本能够系统地指导我如何构建多物理场耦合模型,并运用有限元方法进行深入分析的书籍。我期待它能够不仅提供抽象的理论框架,更能给出具体的实践指导,例如如何有效地离散化耦合方程组,如何进行网格自适应,以及如何选择最优的求解策略来应对不同强度的耦合。我希望这本书能够帮助我建立起一种“系统思维”,能够跳出单一物理场的限制,从更宏观、更整体的视角去理解和解决工程问题。这本书的题目,恰恰点明了我一直以来都在寻找的方向,它让我看到了解决复杂工程问题的希望。

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我一直对如何将抽象的数学理论转化为解决实际工程问题的能力充满热情。有限元方法(FEM)无疑是其中一个非常重要的方面。然而,在我看来,FEM的真正威力,尤其体现在它能够处理那些涉及多种物理现象相互耦合的复杂问题。我经常会构思这样的场景:比如,一个生物医学传感器,它的性能可能受到电信号、机械形变以及温度变化的多重影响;又或者,一个新型的电池材料,其能量密度和循环寿命,可能与电化学反应、离子迁移以及结构稳定性之间存在着复杂的耦合关系。我希望能够找到一本能够系统地介绍如何构建这些多物理场耦合模型,并运用FEM进行详细分析的书籍。我期待它能够深入浅出地讲解多场耦合的基本原理,以及如何通过FEM技术来求解这些耦合方程组。我特别关注的是,书中是否能提供关于如何选择合适的单元类型、如何设置边界条件、以及如何处理不同场之间的非线性耦合的指导。我希望这本书能够帮助我建立起一种解决复杂问题的“通用范式”,能够将FEM的强大功能应用于更广泛的工程领域。这本书的题目,恰恰勾勒出了我正在寻求的学习路径。

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我一直认为,科学研究的魅力在于能够不断地挑战边界,探索未知。在工程领域,这意味着要能够理解和解决那些日益复杂的、跨学科的问题。有限元方法(FEM)是实现这一目标的关键工具之一,尤其是在处理多物理场耦合的场景下。我经常思考,例如,一个高性能的磁流体动力学(MHD)发电机,它的设计和性能,需要同时考虑电磁场、流体动力学以及热传导;或者一个先进的电子封装技术,其可靠性,可能受到热应力、电迁移以及机械振动的共同影响。我希望能找到一本能够系统地指导我如何构建这些复杂耦合模型,并运用FEM进行深入分析的书籍。我期待它能够不仅提供扎实的理论基础,更能在实践层面给出详尽的指导,例如如何进行网格的精细化处理,如何选择高效的迭代求解器,以及如何对模型结果进行准确的评估。我希望这本书能够帮助我培养一种“全局观”,能够将不同的物理现象视为一个整体,从而更有效地解决工程难题。这本书的题目,似乎正是我在追求的“答案”。

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使用有限元法来求偏微分方程组的数值解拥有非常广阔的前景。数学建模时的局限和困难。本书展示了如何逐步的建立一个复杂模型并检验它正确与否并介绍了进阶的分析技巧,最后各实例。

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唯一一本我找到的翻译国外的一个化工的。。。要是弄光的就完美了。。。o(︶︿︶)o 唉

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唯一一本我找到的翻译国外的一个化工的。。。要是弄光的就完美了。。。o(︶︿︶)o 唉

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使用有限元法来求偏微分方程组的数值解拥有非常广阔的前景。数学建模时的局限和困难。本书展示了如何逐步的建立一个复杂模型并检验它正确与否并介绍了进阶的分析技巧,最后各实例。

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学习comsol时的入门书籍。对物理模型的建立也有较好的描述。

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