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出版者:机械工业出版社

作者:DS SolidWorks公司

出品人:

页数:176

译者:

出版时间:2013-5

价格:45.00元

装帧:

isbn号码:9787111420019

丛书系列:SolidWorks® 公司原版系列培训教程 CSWP 全球专业认证考试培训教程

图书标签:

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《精通CAE仿真：从理论到实践的桥梁》 在现代工程设计的浪潮中，精确预测产品在实际工作环境下的性能表现，已经成为区分优秀与卓越的关键。然而，传统的物理原型测试耗时耗力且成本高昂，往往无法满足快速迭代与优化设计的要求。数字仿真技术，特别是有限元分析（FEA）、计算流体力学（CFD）等，应运而生，为工程师们提供了一种高效、经济且深入的分析手段，帮助他们在设计早期发现潜在问题，优化设计方案，从而缩短研发周期，降低制造成本，并最终提升产品竞争力。 本书《精通CAE仿真：从理论到实践的桥梁》并非一本局限于特定软件操作手册的工具书，而是致力于为读者构建一个全面、系统且深入的CAE仿真知识体系。我们旨在帮助读者理解CAE仿真背后的科学原理、核心概念以及在工程实践中的应用逻辑，从而使他们能够独立、高效地运用各类仿真工具解决实际工程问题，而非仅仅成为某个软件的“操作员”。 第一部分：CAE仿真理论基石——理解仿真的“为什么”和“是什么” 本部分将带领读者走进CAE仿真的世界，从宏观的工程设计流程入手，阐释CAE仿真在其中扮演的关键角色。我们将深入探讨数值仿真的基本原理，包括连续介质力学、微分方程的离散化方法（如有限元法、有限差分法、有限体积法等）以及数值求解器的基本工作流程。这些理论知识是理解任何一款仿真软件内部机制的基础，也是解决复杂仿真难题的“内功心法”。 工程设计的演进与仿真技术的崛起： 从经验设计到实验验证，再到计算机辅助设计（CAD）和仿真分析（CAE），逐步解析CAE如何成为现代工程设计的核心驱动力。 数值仿真的学科内涵： 介绍与CAE密切相关的基础科学，如材料力学、弹性力学、流体力学、传热学等，并说明CAE如何将这些理论转化为可计算的模型。 离散化方法的原理与比较： 详细讲解有限元法（FEM）、有限体积法（FVM）等主流离散化技术的数学基础、优缺点及适用范围，为读者理解网格划分和单元选择的意义打下基础。 求解器的基本概念： 介绍线性方程组的求解、迭代求解器的原理以及数值稳定性等关键概念，让读者了解仿真计算的“幕后运作”。 第二部分：仿真流程的解构与关键环节剖析——掌握仿真的“怎么做” CAE仿真并非一蹴而就，它遵循一套严谨且系统的工作流程。本部分将详细解构这一流程，并针对每个关键环节进行深入剖析，强调其中的注意事项和潜在陷阱，帮助读者建立规范的仿真分析习惯。 几何模型的准备与优化： CAD模型导入与清理：探讨不同CAD格式间的兼容性问题，以及如何清理和修复可能影响仿真的几何缺陷（如缝隙、重叠面、小边等）。 仿真几何的简化：介绍模型简化策略（如去除非关键特征、抽壳、对称性利用等）对提高计算效率和保证精度的重要性。 几何特征的识别与定义：如何正确识别和定义与仿真相关的几何特征，如壁厚、圆角、孔洞等。 材料属性的选取与定义： 材料模型的选择：根据工程实际，选择合适的材料模型（如线弹性、弹塑性、非线性材料等），并理解其背后的物理意义。 材料参数的获取与输入：介绍各种材料参数的来源（数据库、实验测试等），以及在仿真软件中正确输入的方法。 考虑材料的温度、应变率等依赖性：在特定工况下，如何处理材料属性随环境变化的复杂情况。 网格划分的艺术与科学： 网格的类型与选择：介绍结构网格、非结构网格、混合网格等，以及不同单元类型（四面体、六面体、棱柱体等）的特点和适用性。 网格质量的重要性：深入剖析网格畸变、纵横比、雅可比行列式等网格质量参数对仿真精度的影响。 网格收敛性研究：讲解如何通过局部细化网格、全局加密网格来评估和保证仿真结果的收敛性，这是判断仿真可靠性的关键步骤。 边界层网格的构建：特别是在流体和传热仿真中，如何有效构建贴体边界层网格以捕捉近壁面流动和传热现象。 边界条件与载荷的施加： 载荷的类型：固定约束、位移约束、力、压力、温度、热流密度、重力、惯性力等，以及如何根据物理实际选择合适的载荷。 边界条件的分类与应用：固定边界、对称边界、周期性边界、通流边界、绝热边界等，以及在不同仿真类型中的具体实现。 载荷与边界条件的精确定义：强调载荷和边界条件的施加位置、方向、大小以及作用方式对仿真结果的决定性影响。 求解器设置与控制： 求解器类型选择：直接求解法与迭代求解法的选择，以及它们的适用场景。 收敛准则的设置：如何设定合理的残差值和物理量收敛准则，避免不收敛或过早停止计算。 时间步长与增量设置：在瞬态分析中，如何选择合适的时间步长以保证计算稳定性和精度。 并行计算与分布式计算：了解如何利用多核处理器和集群来加速大型仿真计算。 后处理与结果解读： 可视化分析：云图、矢量图、切片图、变形图等，如何通过直观的图形展示仿真结果。 数据提取与评估：如何提取关键的仿真数据（如应力、应变、温度、流速、压力等）进行量化分析。 结果的误差分析与可靠性评估：结合理论知识和工程经验，判断仿真结果的合理性，并评估其可能存在的误差来源。 失效准则的应用：如何根据材料的失效准则（如屈服强度、断裂韧性等）来评估产品的安全性和可靠性。 第三部分：结构力学仿真深入探索——分析承载与变形的奥秘 结构力学仿真在产品设计中扮演着至关重要的角色，直接关系到产品的强度、刚度和稳定性。本部分将深入剖析各种常见的结构力学仿真场景，并重点讲解其中的理论要点和分析技巧。 静态结构分析： 静力学基本方程与求解。 不同类型的载荷与约束的应用。 应力集中与疲劳分析基础。 模态分析：理解结构的固有振动特性，避免共振。 屈曲分析：预测结构在受压时的稳定性。 动态结构分析： 瞬态动力学分析：响应冲击、振动载荷。 谐响应分析：评估结构在周期性载荷下的响应。 随机振动分析：模拟复杂随机激励下的结构行为。 非线性结构分析： 材料非线性（塑性、屈服）：分析大变形和永久变形。 几何非线性（大变形、接触）：处理复杂接触问题和结构变形。 接触仿真：接触对的类型、接触算法、接触松弛等。 接触仿真进阶： 接触刚度与接触算法的选择。 接触传递和摩擦效应。 预紧与装配仿真。 热应力分析： 温度载荷对结构应力的影响。 热膨胀系数与材料的温度依赖性。 第四部分：流体与传热仿真专题——洞察流动、能量的传递与分布 流体和传热仿真在航空航天、汽车、能源、电子产品散热等众多领域具有广泛应用。本部分将聚焦于CFD和传热分析的核心概念与应用。 流体力学基本方程： 纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）及其简化形式。 质量守恒、动量守恒、能量守恒方程。 湍流模型： 层流与湍流的区别。 雷诺平均（RANS）模型（如Spalart-Allmaras, k-epsilon, k-omega）。 大涡模拟（LES）与直接数值模拟（DNS）的概念。 如何选择合适的湍流模型。 传热机制： 传导、对流、辐射的原理。 耦合传热分析：流体流动与热传递的相互影响。 多相流与多物理场耦合： 液-气、固-液等两相流的模拟。 与其他物理场（如结构力学、电磁场）的耦合仿真。 CFD在特定领域的应用： 外部流场分析（如汽车、飞机外形）。 内部流场分析（如管道、泵、阀门）。 热管理仿真（电子设备散热、发动机冷却）。 燃烧与化学反应仿真基础。 第五部分：优化设计与多物理场耦合——实现性能的突破与集成 现代工程设计往往需要考虑多个物理场的相互影响，并追求在满足性能要求的前提下实现最优化的设计。本部分将引导读者走向更高级的仿真应用。 仿真驱动的设计优化（DfO）： 参数化建模与优化目标设定。 优化算法（如遗传算法、响应面法）在仿真中的应用。 如何利用仿真结果指导设计迭代，找到最佳设计点。 多物理场耦合仿真： 热-结构耦合：温度变化引起的应力与形变。 流-固耦合（FSI）：流体载荷对结构的影响，以及结构变形对流场的影响。 电-热-结构耦合：电加热引起的温度和应力变化。 仿真结果的验证与确认（V&V）： 仿真结果与实验数据的对比。 分析误差来源，提高仿真模型的准确性。 高级仿真技巧与工作流程管理： 脚本化与自动化仿真流程。 数据库管理与结果追溯。 团队协作与知识共享。 谁将受益于本书？ 本书的目标读者群体广泛，包括但不限于： 在校大学生： 机械工程、航空航天、汽车工程、热能动力、土木工程等相关专业的学生，希望深入理解CAE仿真原理，为未来的学习和职业生涯打下坚实基础。 初入职场的工程师： 正在使用或即将使用CAE仿真软件进行产品设计和分析的工程师，希望系统地提升仿真技能和理论水平。 有一定仿真经验的工程师： 希望深入理解仿真背后的理论，解决更复杂的问题，并掌握更高级的仿真技术。 产品经理与项目管理者： 希望了解CAE仿真的能力边界和价值，以便更有效地规划项目和管理仿真团队。 本书的价值所在 《精通CAE仿真：从理论到实践的桥梁》并非仅仅教授读者如何点击鼠标，而是致力于培养读者成为一个“懂仿真”的工程师。通过理论与实践的有机结合，本书将帮助您： 建立扎实的理论基础： 深刻理解CAE仿真的数学模型和数值算法，从而能够灵活应对各种复杂的仿真场景。 掌握规范的仿真流程： 避免常见的仿真误区，提高仿真的效率和可靠性。 提升问题解决能力： 能够独立分析和解决工程设计中的实际问题，通过仿真发现设计中的瓶颈并提出优化方案。 加速产品迭代与创新： 利用仿真技术缩短研发周期，降低试错成本，实现产品的快速迭代和技术创新。 提高职业竞争力： 在日益依赖数字技术的工程领域，拥有扎实的CAE仿真能力将是您脱颖而出的关键。 我们相信，通过本书的学习，您将能够真正理解CAE仿真的力量，并将其巧妙地运用到您的工程实践中，成为一名能够用仿真技术驱动创新的杰出工程师。

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坦白说，我购买这本书的初衷是想找一本能够系统提升我在 CFD 领域的认知深度，而不是仅仅停留在“点鼠标”的层面。市面上很多教程，教完操作流程后就戛然而止了，对背后的物理原理和数值方法的介绍少之又少。然而，这本《SolidWorks Flow Simulation教程》在这一点上做得相当出色。它在讲解每个功能模块的同时，会穿插一些关于有限体积法、求解器收敛性判断的简要说明，虽然不是教科书级别的深入，但足以让我明白我们正在进行的操作在数学模型层面意味着什么。例如，在讲解收敛标准设定的时候，作者清晰地阐述了残差曲线的形态与物理稳定性的关系，这让我对仿真过程中的“发散”有了更本质的认识。此外，书中对于特定物理现象（如自然对流和热辐射的耦合）的处理，也提供了清晰的理论铺垫和对应的软件实现路径。这本书的厚度就足以证明其内容的丰富和深入程度，它不仅仅是一本“How-to”，更是一本“Why”。对于希望从仿真操作员转型为仿真分析师的人来说，这本书提供了必要的理论基石。

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作为一个工作多年的工程师，我更看重的是效率和实用性。我们车间的设备经常需要进行热交换效率的优化，而传统的试错法成本太高，耗时又长。因此，我希望能快速掌握一个能用于实际生产问题的仿真工具。我手里也堆了不少其他流体软件的教材，但大多过于偏重理论推导，实操步骤讲得过于简略，根本无法直接应用到我的项目流程中。这本《SolidWorks Flow Simulation教程》的风格明显不同，它更像是一位经验丰富的同事在手把手教你干活。书中大量的案例，如管路流动阻力计算、风扇性能评估等，都紧密贴合工业生产中的实际场景。我特别欣赏它在高级设置方面的讲解，比如如何处理多孔介质、如何进行瞬态分析等，这些都是我们在项目收尾阶段经常会遇到的难题。通过跟着书中的步骤一步步操作，我发现原本觉得晦涩难懂的参数设置，其实背后都有清晰的逻辑。更重要的是，它教会了我如何“质疑”仿真结果——不盲目相信软件给出的数据，而是通过对比不同的设置和物理假设，去验证结果的合理性，这对于工程决策至关重要。这本书极大地缩短了我从软件学习到实际应用之间的鸿沟。

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我是一个视觉学习者，对纯文字的枯燥描述非常不耐烦。我希望看到的教程是图文并茂，而且图片清晰、标记明确。我必须说，这本《SolidWorks Flow Simulation教程》在这方面做得令人惊喜。首先，全书的排版非常清爽，逻辑分区清晰，即使是初次接触这么复杂的软件，也不会感到被信息流淹没。其次，几乎每一个关键的操作步骤，都会配有一张高质量的截图，而且截图上的关键按钮或设置区域都有明显的箭头或高亮标记，这极大地减少了我在软件中“找”设置的时间。我尤其喜欢书中对复杂模型的剖视图展示，通过不同颜色的截面图来清晰地揭示内部的流动结构或温度分布，这种直观性是单纯的文字描述无法比拟的。书中还穿插了一些“作者提示”的小栏目，用不同的字体和背景色区分开来，里面往往是一些非常实用的快捷键或排错技巧。这种细致入微的编排，让学习过程变得非常流畅和愉悦，几乎没有“卡壳”的感觉。它真正做到了让读者“看”着软件操作，而不是“读着”软件操作。

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从我个人对流程化学习的偏好来看，我更喜欢那种能够提供一套完整、可复制项目流程的教材。我购买这本书的时候，是希望它能指导我完成一个从零到一的完整项目，而不是零散知识点的堆砌。这本书恰恰满足了我的需求。它似乎是围绕着几个核心的工业应用场景构建章节的，例如“密闭空间温度均匀性分析”、“管道系统压力损失评估”等。每个大场景下，都遵循了严谨的工程分析步骤：问题定义、几何清理、物理模型选择、网格生成、求解、结果验证与报告撰写。这种结构非常适合我这种需要将知识体系化的人。特别是书中关于“报告撰写”那一章，详细说明了如何从仿真数据中提炼出对项目经理有价值的结论，并以恰当的图表形式展现，这在很多技术手册中是被忽略的环节。这本书教会我的不仅是如何用软件，更是如何像一个专业的分析工程师那样思考和组织工作。通过这本书的学习，我感觉自己的仿真工作流程规范化了很多，效率和说服力都有了显著的提升。

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初次接触这类仿真软件，拿到这本《SolidWorks Flow Simulation教程》时，我心中充满了期待，也夹杂着一丝忐忑。我是一名机械设计专业的学生，理论知识尚可，但在实际应用中，尤其是在流体分析这一块，常常感到力不从心。过去尝试过阅读一些官方文档和网络上的零散教程，但总觉得不够系统，知识点之间缺乏连贯性，学完一个模块后，面对新的问题又得重新摸索。这本教程的出现，就像在迷雾中点亮了一盏灯。它的内容组织非常合理，从软件界面的基础介绍，到网格划分的精细控制，再到边界条件的设置，每一步都讲解得非常详尽。尤其是书中关于湍流模型选择和后处理结果可视化的部分，真是让我受益匪浅。作者似乎非常理解初学者的痛点，总能在关键节点提供非常接地气的操作技巧和注意事项。比如说，在处理复杂几何体时的网格畸变问题，书中不仅指出了可能的原因，还给出了几种实用的解决方法，这些都是我在其他地方很少看到的。通过这本书的指引，我第一次能够独立完成一个相对复杂的散热器内部流场分析，并且对结果的准确性有了更深的理解。这本书确实是入门SolidWorks Flow Simulation的绝佳向导。

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