离散事件系统仿真 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:班克斯

出品人:

页数:414

译者:

出版时间:2007-7

价格:52.00元

装帧:

isbn号码:9787111213406

丛书系列:

图书标签:

• 仿真
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• 控制
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• 仿真软件
• 运筹学
• 工业工程

动态系统建模与分析：基于有限元方法的视角 图书简介 本书深入探讨了复杂动态系统的建模、分析与数值求解技术，特别聚焦于现代工程实践中至关重要的有限元方法（Finite Element Method, FEM）在处理连续介质力学、热传导、流体力学及电磁场等问题中的应用。本书旨在为机械工程、土木工程、航空航天、材料科学以及相关领域的工程师和研究人员提供一套扎实且实用的理论框架与计算工具。 全书结构严谨，从连续介质的基本控制方程出发，系统性地阐述了有限元方法的理论基础，并逐步过渡到实际工程问题的离散化与求解。内容涵盖了从一维到高维问题的网格生成、形函数选取、刚度矩阵与载荷向量的构建，直至最终的数值求解与结果后处理。 第一部分：连续介质动力学基础与控制方程 本部分奠定了分析动态系统的数学基础，重点阐述了描述物理现象的基本微分方程组。 第一章：连续介质的描述与运动学 本章首先回顾了欧拉描述与拉格朗日描述在描述系统运动中的差异与联系。详细讨论了位移场、应变张量（包括小变形假设下的线性应变张量和大变形下的非线性应变度量）以及速度梯度与加速度场的数学表达。对于三维弹性体，引入了柯西应力张量，并推导了在不同坐标系下的分量形式。内容侧重于建立描述结构形变的几何关系。 第二章：平衡方程与本构关系 本章聚焦于描述物体内部力的平衡关系。推导了在惯性力作用下的二维和三维运动微分方程，即柯西运动方程，并讨论了在不同边界（如自由边界和固定边界）下的体力与面力（应力）的边界条件。随后，深入探讨了材料的本构关系。重点解析了线性弹性体的胡克定律（Hooke's Law），区分了各向同性、正交各向异性材料的应力-应变关系，并引入了粘弹性材料的基本模型（如Kelvin-Voigt模型），为后续的动态分析做好准备。 第三章：能量原理与变分法 本章是理解有限元方法核心思想的关键。详细介绍了虚功原理（Principle of Virtual Work）在静力学和动力学问题中的应用。推导了基于最小势能原理（Minimum Potential Energy Principle）的静态平衡方程。对于动态问题，重点阐述了哈密顿原理（Hamilton's Principle）和拉格朗日方程，它们为构建系统的微分方程提供了能量视角下的基础。本章强调了泛函极小化与微分方程求解之间的内在联系。 第二部分：有限元方法的离散化理论 本部分将连续问题转化为可求解的代数问题，是全书的核心方法论部分。 第四章：离散化基础与形函数 本章系统性地介绍了有限元方法的离散化步骤。首先讨论了如何将复杂的连续求解域划分为一系列互连的、形状规则的子域——有限元网格。随后，深入讲解了形函数（Shape Functions）的构建与性质。详细分析了一维杆单元（线性、二次）和二维三角形（Constant Strain Triangle, CST）及四边形单元（如四节点单元）的形函数插值特性，包括它们的一致性（Compatibility）和收敛性（Convergence）要求。 第五章：单元刚度矩阵与等效节点力 本章应用变分原理（如虚功原理）推导了标准单元的刚度矩阵（Stiffness Matrix）。针对梁单元，引入了对转角和弯矩的考虑，推导了欧拉-伯努利梁单元的刚度矩阵。对于二维问题，详细演示了如何通过高斯积分或精确积分来计算单元刚度矩阵的各个分量。同时，探讨了如何将分布载荷（如均布压力、体积力）等效地转化为节点载荷向量。 第六章：全局装配与求解 本章关注如何将所有单元的局部刚度矩阵和载荷向量汇集成为描述整个结构行为的全局方程 $[K]{U} = {F}$。详细讲解了直接刚度法（Direct Stiffness Method）的装配过程，并讨论了边界条件（位移约束）的施加策略。随后，针对大型稀疏线性方程组，系统回顾了直接求解法（如高斯消元法及其变种）和迭代求解法（如共轭梯度法CG、预处理技术），并比较了它们在处理大规模动态系统时的效率和稳定性。 第三部分：动态响应分析的实施 本部分将有限元方法应用于具有时间依赖性的问题求解。 第七章：瞬态动力学响应分析 本章专注于求解受冲击、振动等瞬态载荷作用下的系统响应。推导了基于有限元离散化后的半离散化方程：$[M]{ddot{u}} + [C]{dot{u}} + [K]{u} = {F(t)}$。详细讨论了质量矩阵（一致质量与集中质量）和阻尼矩阵的构建。针对非线性系统，重点介绍了两种主要的瞬态求解策略：中心差分法（Central Difference Method）和Newmark-$eta$法，并分析了它们的稳定性和精度要求。 第八章：模态分析与特征值问题 本章探讨了系统的固有特性——自由振动分析。通过求解特征值问题 $[K]{phi} = omega^2 [M]{phi}$，推导出系统的特征频率（固有频率）和特征振型（模态形状）。讨论了如何使用Lanczos算法或子空间迭代法高效地提取系统的前几阶主导模态。分析了模态叠加法在简化复杂瞬态响应计算中的应用。 第九章：非线性有限元与接触分析 本章扩展至更复杂的工程问题。首先，系统介绍了结构非线性（如大变形几何非线性和材料非线性，如塑性）的处理方法，重点阐述了牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson）及其在求解平衡方程迭代过程中的应用。其次，详细讲解了接触分析（Contact Analysis）的挑战，包括接触面识别、摩擦模型的引入以及非线性约束的数值处理技术，为真实世界复杂装配体的仿真提供了方法论支持。 结论与展望 本书最后总结了有限元方法在处理连续体动态问题中的优势与局限性，并展望了现代计算力学在并行计算、自适应网格细化（Adaptive Mesh Refinement）以及与机器学习结合等前沿领域的发展方向。 本书配有大量的数学推导、图示以及选取的算例分析，确保读者不仅理解“如何做”，更重要的是理解其背后的“为什么”。是结构动力学、计算力学及高级数值分析课程的理想教材，也是相关工程领域从业人员提升专业技能的参考宝典。

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读完后，我最大的感受是这本书的叙事风格非常独特，它不像传统的技术书籍那样刻板，反而带有一种深入浅出的魅力。作者似乎非常懂得如何引导读者逐步深入复杂概念，比如在讲解随机过程建模时，他并没有直接抛出复杂的公式，而是先用一个生动的生活化例子（我记得好像是银行排队系统），让读者建立起直观感受，然后再逐步引入概率密度函数和期望值的计算。这种教学法的切换非常自然流畅，使得原本晦涩难懂的数学部分变得更容易消化。此外，书中对仿真结果的统计有效性检验部分也写得极其到位，不仅仅是告诉我们“要做假设检验”，而是详细演示了如何构建零假设和备择假设，并解释了P值在实际决策中的意义。这对于确保仿真实验的可靠性，提供了非常实用的指导。

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从作者对前沿研究动态的把握来看，这本书绝对不是一本过时的参考资料。书中对现代仿真技术的发展趋势有着敏锐的洞察力，尤其是在集成化和实时反馈系统构建方面。例如，书中对“数字孪生”概念的引入，虽然不是核心，但作为一种延伸讨论，极大地拓宽了读者的视野，让我们看到了传统离散事件仿真如何与物联网、大数据分析结合，从而实现更高级别的预测和控制。作者在探讨这些新兴领域时，保持了审慎的态度，既不过分夸大其潜力，也指出了当前技术实现的主要瓶颈。这种平衡的视角，对于希望站在技术前沿但又务实进行研究的读者来说，是无比宝贵的。它不只教你如何做“现在”的仿真，更启发你思考“未来”的仿真该如何演进。

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这本书的案例研究部分，可以说是整本书的灵魂所在，它将理论与实际生产力的提升紧密地联系起来。不同于其他书籍中仅仅提供概念性的例子，这里的案例都是深入到具体行业痛点的分析。比如，在某大型物流中心的自动化分拣系统优化中，作者详细记录了从收集实际参数、构建初始模型、运行敏感性分析到最终提出改进方案的全过程，数据详实，步骤清晰。最让人信服的是，它不仅展示了“为什么”这样做是对的，还量化了改进带来的效率提升百分比。这种“可验证”和“可量化”的分析过程，极大地增强了读者对仿真工具的信心，也为我们在自己的工作中构建类似的、有说服力的分析报告提供了可靠的蓝本。这绝不是一本只停留在学术象牙塔里的书，它是实打实解决工程问题的利器。

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这本书的深度令人印象深刻，它在探讨一个看似枯燥的领域时，展现出了极高的学术严谨性和实践指导价值。我尤其欣赏作者在建立理论框架时所采用的清晰逻辑。从基础的事件驱动机制到复杂的系统状态建模，每一步的推导都非常扎实，完全避免了那种空泛的理论说教。书中对不同仿真方法的比较分析，比如基于活动扫描与基于事件列表的对比，不仅阐述了它们的数学原理，更重要的是，详细剖析了在实际工业场景中选择何种方法的决策考量。例如，在处理大规模并行任务调度时，作者提供的算法优化策略简直是教科书级别的范例。这种将抽象概念落地到具体应用场景的能力，让这本书超越了一般的入门教材，成为了一本值得反复研读的工具书。对于那些希望深入理解仿真内核，而不是仅仅停留在软件操作层面的专业人士来说，这本书无疑是绝佳的选择。

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这本书的排版和图表设计，极大地提升了阅读体验。很多关于流程图和状态转移图的展示，清晰得令人赞叹。特别是关于仿真输出统计分析的那几个章节，作者似乎非常注重视觉辅助，那些用不同颜色和线条区分的累积分布函数图，即使是面对多个相互竞争的仿真方案，也能让人一目了然地看出优劣所在。我特别喜欢其中关于离散性与连续性交织系统的处理章节，作者用了一个非常精妙的图例，清晰地描绘了时间点上的跳跃是如何影响连续变量的积分计算的。可以说，这本书在视觉传达上下的功夫，绝不亚于其内容深度。它让我意识到，好的技术书籍，不仅仅是文字的堆砌，更是一门艺术。

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介绍了基本的排队论知识和仿真系统建模的方法，不错

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下雨了，我抬起头，一颗雨滴落在我额头，我猜不到下一滴离散的雨会落到什么地方，我也没有参数来仿真大自然这个系统，我只知道，我跟每一滴雨的相遇，不是随机，而是久别重逢。

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下雨了，我抬起头，一颗雨滴落在我额头，我猜不到下一滴离散的雨会落到什么地方，我也没有参数来仿真大自然这个系统，我只知道，我跟每一滴雨的相遇，不是随机，而是久别重逢。

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介绍了基本的排队论知识和仿真系统建模的方法，不错

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介绍了基本的排队论知识和仿真系统建模的方法，不错