固体应力波的数值解法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防工业出版社

作者:林晓

出品人:

页数:257

译者:

出版时间:2008-1

价格:42.00元

装帧:

isbn号码:9787118048070

丛书系列:

图书标签:

• 应力波
• 数值解法
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• 计算力学

《多尺度力学中的数值模拟：从微观到宏观的桥梁》 本书深入探讨了在多尺度力学研究领域中，如何利用数值模拟技术跨越微观、介观和宏观不同尺度的挑战。在当今科学技术飞速发展的浪潮中，理解和预测材料及结构的性能，往往需要我们能够同时考虑不同尺度的物理现象。从原子层面的相互作用，到晶体结构的行为，再到宏观材料的整体力学响应，这些层层递进的尺度效应相互影响，构成了复杂而迷人的力学世界。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解多尺度力学数值模拟的核心原理、关键方法及其在各个工程领域的广泛应用。我们将从基本概念出发，循序渐进地介绍各种先进的数值技术，并着重阐述它们如何被巧妙地结合，以解决那些单一尺度方法难以企及的难题。 核心内容概览： 多尺度力学的挑战与机遇： 本章将首先阐述为何多尺度模拟至关重要。我们将分析材料和结构在不同尺度下表现出的独特行为，例如微观缺陷如何影响宏观断裂，晶格畸变如何导致材料塑性变形等。同时，我们将探讨由此带来的数值计算的复杂性，包括计算量的剧增、不同尺度之间的信息传递以及边界条件的设定等。 尺度耦合的策略与方法： 这是本书的核心章节之一。我们将详细介绍当前主流的尺度耦合方法，包括： 嵌入式方法（Embedded Methods）： 如基于分子动力学的微观力学行为嵌入到有限元分析中，以及基于介观模拟（如相场法）结果的宏观损伤模型参数提取。我们将讨论不同嵌入策略的优缺点，以及如何有效地传递信息。 多网格与多分辨率方法（Multigrid and Multiresolution Methods）： 探讨如何利用不同精度的网格来描述不同尺度的特征，以及如何实现网格之间的自适应细化和粗化。 基于机器学习的多尺度建模（Machine Learning-based Multiscale Modeling）： 介绍如何利用机器学习模型，例如神经网络，来近似计算微观或介观尺度的本构关系，从而加速宏观模拟的进程。我们将讨论数据生成、模型训练和验证等关键环节。 均匀化方法（Homogenization Methods）： 深入分析解析和数值均匀化技术，它们如何从微观结构信息推导出宏观等效性能，以及它们的适用范围和局限性。 关键数值技术在多尺度模拟中的应用： 有限元方法（Finite Element Method, FEM）： 作为宏观力学模拟的基石，我们将探讨其在多尺度框架下的高级应用，包括自适应网格技术、并行计算以及如何处理高度非线性的材料行为。 分子动力学（Molecular Dynamics, MD）： 介绍MD模拟的基本原理，以及如何使用它来研究原子和分子层面的相互作用，特别是其在材料失效、界面行为以及纳米材料力学性能预测方面的作用。 晶体塑性有限元方法（Crystal Plasticity Finite Element Method, CPFEM）： 专注于描述金属材料在微观晶体结构尺度下的变形行为，以及如何将CPFEM的结果用于宏观模型的参数化。 相场法（Phase-Field Method）： 探讨相场法在模拟材料微观结构演化（如裂纹萌生与扩展、相变、微观组织形成）中的强大能力，以及如何将其作为介观尺度信息源。 格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）： 介绍LBM在模拟流体、多孔介质以及某些材料微观结构演化中的优势，并讨论其与宏观力学模型的结合。 多尺度力学模拟的工程应用案例： 本章将通过丰富的实例，展示多尺度模拟在各个工程领域的实际应用： 先进材料设计与性能预测： 如复合材料的宏观力学性能预测、纳米材料的功能设计、以及新型合金的开发。 结构完整性与失效分析： 模拟材料在复杂载荷下的损伤累积、裂纹萌生与扩展，特别是考虑微观结构缺陷对宏观失效模式的影响。 生物力学： 研究骨骼、软组织等生物材料的多尺度力学行为，如细胞力学、组织力学以及植入物与生物组织的相互作用。 地质力学与岩土工程： 模拟岩石、土壤等介质的复杂变形和破坏机制，考虑孔隙结构、颗粒相互作用等微观尺度因素。 能源领域： 如电池材料的充放电过程中的微观结构变化及其对宏观性能的影响，以及储能材料的设计。 面向未来的展望： 本章将讨论多尺度力学模拟领域当前的研究热点和未来的发展趋势，包括高通量计算、反向设计、人工智能在材料科学中的进一步应用，以及如何构建更高效、更精确的多尺度模拟平台。 本书力求以清晰的逻辑、严谨的数学推导和丰富的图示，帮助读者理解多尺度力学数值模拟的精髓。通过学习本书，读者将能够掌握运用现代数值工具解决复杂力学问题的能力，并在各自的研究和工程实践中，构建更贴近真实物理过程的仿真模型，从而推动科学技术的进步。

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这本书的装帧设计和印刷质量给我留下了深刻的印象。封面采用了一种低饱和度的深蓝色调，配上简洁的白色字体，透露出一种沉稳而专业的学术气息，这与书名所预示的严肃主题非常契合。内页纸张选择了偏暖的米白色，对于长时间阅读来说，眼睛的负担明显减轻了许多，这在动辄数百页的专业教材中是极为重要的细节考量。更值得称赞的是，书中的图表绘制质量非常高。那些复杂的数值模型示意图和算例结果的图形，线条清晰，色彩区分得当，即便是初次接触这些概念的读者也能大致把握其物理图像。特别是对于那些需要反复对比不同数值方法的读者来说，清晰的图例是理解和记忆的关键。当然，作为一本技术性著作，内容的详实程度才是核心。我注意到作者在章节间的逻辑衔接上做了大量的铺垫工作，前置知识的引入和后续方法的推导脉络清晰，使得读者在阅读过程中能够始终跟随作者的思路，而不是在中途因为基础概念的缺失而感到迷茫。整体来看，从物理触感到视觉体验，这本书的制作水准无疑是行业内的上乘之作，体现了出版方对学术成果的尊重与对读者的负责。

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我特别欣赏作者在行文风格上展现出的那种冷静而严谨的学者风范。通篇阅读下来，几乎找不到任何煽情的辞藻或夸大的宣传，所有结论的提出都建立在坚实的数学推导和严密的逻辑论证之上。叙事节奏把握得非常好，在介绍一个新概念时，总是先从物理背景入手，然后迅速过渡到数学模型构建，接着详细展开数值算法的每一步细节，最后往往会附带一个简短的性能讨论。这种“讲故事”的方式，虽然主题是高度抽象的数学物理，却能让读者保持高度的专注。此外，书中对符号体系的统一性管理也值得称赞，初期的符号定义清晰明确，并且在后续的章节中始终如一地遵循，这极大地减少了在复杂公式推导中因符号混淆而产生的阅读障碍。对于需要引用或复现书中模型的工程师来说，这种高度的规范性无疑节省了大量的交叉核对时间，显示了作者深厚的学术功底和对细节的极致追求。

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从实用性的角度来看，这本书提供的不仅仅是理论，更是一套解决实际问题的工具箱。其中关于特定边界条件（比如冲击波的反射和透射）的数值处理章节，简直可以作为一本高级的“疑难杂症”手册来使用。作者没有停留在二维或准二维的简化模型上，而是大胆地深入到三维非线性问题的探讨，这对于从事前沿计算模拟工作的研究人员来说，无疑是一场及时的甘霖。我尤其关注了书中关于计算效率和并行化策略的讨论。在现代高性能计算日益重要的背景下，如何将这些算法有效地映射到GPU或多核CPU架构上，是决定研究项目成败的关键。书中提出的若干优化思路，比如矩阵填充技术的改进，虽然理论性强，但其背后的思想指导意义却极为深远，让我开始重新审视我们当前计算流程中的瓶颈所在，并从中获得了启发，思考如何进行代码层面的重构以期达到更高的运算速度。

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这本书的价值在于它成功地架设了一座连接经典理论与现代计算实践的桥梁。它并没有将数值方法视为一种黑箱操作，而是彻底地向读者展示了“为什么”要选择某种方法，以及这种选择在实际误差控制中意味着什么。例如，在讨论有限差分法（FDM）时，作者通过对比有限元法（FEM）在处理复杂几何体时的优势与劣势，为读者提供了一个宏观的视角，避免了陷入单一方法的教条主义。这种辩证的、全景式的分析方法，对于培养新一代计算物理工作者的批判性思维至关重要。我感觉自己不仅仅是在学习一种解法，更是在学习如何像一位资深的数值分析师那样去思考问题的本质。它迫使我跳出固有的思维定式，去权衡模型的精度、稳定性和计算成本之间的微妙平衡，这是一本真正能提升研究者“内功”的著作，其影响将远远超出书本本身所涵盖的知识点。

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这本书的理论深度和广度，完全超出了我最初的预期。它不仅仅是简单罗列了几种已有的数值方法，而是深入剖析了每种方法背后的数学原理和收敛性分析，这一点对于希望真正掌握“解法”而非仅仅学会“套公式”的科研人员来说，具有不可替代的价值。尤其是在处理边界条件和非均匀介质问题时，作者所展示的那些巧妙的离散化技巧，让我这个在实际工程中屡屡受挫的人茅塞顿开。我惊喜地发现，作者并没有回避那些公认的难题，比如时间步长和空间网格的稳定性耦合问题，而是用了相当大的篇幅去探讨如何通过优化算法结构来增强数值解的鲁棒性。这种敢于直面复杂性和不确定性的写作态度，使得全书的论述极具说服力。它不是那种提供速成秘籍的读物，而是一本需要读者带着问题、投入时间和精力去研读的案头必备书。每读完一个章节，都有一种对所研究领域理解被提升到了新高度的充实感。

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