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出版者:

作者:Bastos, Joao P.A.; Sadowski, Nelson

出品人:

页数:510

译者:

出版时间:2003-4

价格:$ 131.02

装帧:

isbn号码:9780824742690

丛书系列:

图书标签:

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《现代电磁场仿真与应用：基于多物理场耦合的数值方法研究》 图书简介 本书聚焦于现代工程与科学领域中日益复杂的电磁现象的数值模拟与分析，旨在为研究人员、工程师及高年级学生提供一套系统、深入且实用的多物理场耦合电磁模型求解框架。本书内容涵盖了从基础电磁理论到前沿数值方法的设计与实现，重点关注如何利用先进的计算技术解决传统解析方法难以处理的非线性、非均匀介质以及时域动态响应问题。 第一部分：电磁场基础理论与数值建模的基石 本书首先系统回顾了麦克斯韦方程组在不同域和边界条件下的经典表达，并深入探讨了如何将其转化为适用于数值计算的弱形式。我们着重介绍了有限元方法（FEM）在电磁学中的核心地位，包括基函数（形函数）的选择、网格划分的策略（尤其是在处理复杂几何和高频区域的局部细化）以及刚度矩阵和载荷向量的构建过程。 我们详细分析了电磁场在频域（如S参数分析、谐波分析）和时域（瞬态响应、电磁兼容性EMC问题）求解中的数学基础差异与数值实现的关键区别。特别地，本书对如何处理开放边界条件（如吸收边界条件ABC、完美匹配层PML）进行了细致的阐述，这是确保仿真结果准确性的关键技术之一。 第二部分：核心求解技术与先进有限元方法 本书的第二部分深入探讨了超越标准线性静磁/静电问题的先进有限元技术。 高阶与非结构化网格技术： 详细讨论了如何利用高阶形函数（如二次、三次形函数）来提高解的精度，同时避免病态网格对收敛性的负面影响。针对电磁器件的复杂边缘和尖锐角点，我们引入了自动网格细化算法和嵌入式边界处理技术。 磁性材料的非线性建模： 针对铁磁体在强磁场下的磁滞、饱和效应，本书采用了基于B-H曲线的本构关系，并讨论了在有限元框架内实现非线性迭代求解（如牛顿法、布洛赫修正法）的稳定性和收敛性加速策略。 涡流与感应加热模拟： 在交变电磁场问题中，感应涡流的计算至关重要。本书详细推导了适用于电导率介质的弱形式，并重点讨论了在时域仿真中处理电感矩阵和电阻矩阵的装配过程，以及如何准确捕捉趋肤效应和邻近效应。 电磁与结构固体的耦合（磁弹性）： 探讨了磁场梯度力（洛伦兹力和磁致伸缩力）如何作用于机械结构。本书提供了计算这些耦合力的详细步骤，以及将电磁载荷传递给结构有限元模型（如基于位移或应力场的求解器）的接口方法。 第三部分：电磁波传播与辐射分析 本部分侧重于高频电磁场和电磁波在介质中的传播问题，这是微波工程、光子学和通信领域的核心。 波导与腔体分析： 详细分析了TEM、TE、TM模的色散关系及其在有限元网格中的有效模态提取。书中包含了对复杂截面波导（如脊波导、微带线）的建模挑战和解决方案，特别是如何处理介质界面上的切向场连续性。 辐射与散射问题： 针对无限大空间中的电磁波散射问题，本书深入剖析了基于边界积分方程（BIE）与有限元法（FEM）的混合方法（FEM/BIE），以及如何结合PML技术来模拟自由空间辐射。内容涵盖了雷达散射截面（RCS）的计算流程和精度验证。 时域有限差分（FDTD）与时域有限元（TFEM）的比较： 本书对比了FDTD在处理大规模、均匀介质问题上的优势与TFEM在处理复杂几何和各向异性材料时的优越性，并探讨了如何将两者结合以优化计算效率。 第四部分：多物理场耦合的高级应用 现代工程问题往往涉及电、热、力、流等多领域间的相互作用。本书的最后一部分致力于解决这些复杂的耦合问题。 电磁-热耦合分析： 针对高功率器件（如电机、变压器、功率半导体）的温升问题，本书阐述了焦耳热功率密度（$P=J cdot E$）的计算及其作为热源输入到传导/对流热模型中的过程。书中讨论了温度依赖的材料参数（如电阻率、导磁率）对仿真结果的影响，并介绍了稳态与瞬态热分析的求解策略。 电磁-流体动力学耦合（MHD）： 针对等离子体、电磁泵送等涉及导电流体的流动问题，本书导出了磁流体力学方程组的弱形式，并讨论了如何将电磁场计算结果（如洛伦兹力）映射到Navier-Stokes方程的动量项中，实现双向或单向耦合的求解流程。 优化与逆向问题： 本书最后介绍了利用灵敏度分析方法（伴随状态法）来加速参数优化过程，例如在天线设计或滤波器设计中寻找最优几何尺寸。同时，也简要介绍了基于梯度下降或迭代重构算法的电磁逆向散射问题的求解思路。 面向读者： 本书适合于从事电磁设备设计、电磁兼容（EMC/EMI）、射频/微波工程、电磁场数值方法研究的工程师、博士及硕士研究生。读者应具备扎实的电磁场与电路理论基础，并对数值分析方法有一定的了解。本书提供的详细推导和算法描述，旨在帮助读者超越商业软件的“黑箱”限制，深入理解仿真背后的物理机制与数值精度控制的艺术。

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当我看到《Electromagnetic Modelling by Finite Elements Methods》这本书时，我知道我找到了我一直在寻找的东西。我一直认为，有限元方法是解决复杂电磁场问题的强大且灵活的工具。我期待这本书能够从基础概念入手，清晰地阐述有限元法的核心思想，包括如何将连续域离散化为有限个小单元，以及如何在每个单元上用插值函数来近似求解。我希望书中能够详细介绍如何将麦克斯韦方程组转化为有限元方程，包括弱形式的推导、基函数的选择、单元刚度矩阵和载荷向量的构建，以及如何施加各种边界条件，例如 PEC、PMC 以及吸波边界条件。我非常关注书中是否会提供关于网格生成和优化的实用技巧，例如如何处理具有复杂几何形状的模型，如何选择合适的网格密度以达到精度要求，以及如何应用自适应网格技术来提高计算效率。我希望书中能够包含丰富的案例研究，例如分析微波器件的传播模式、仿真天线的辐射特性、模拟电磁波在复杂结构中的散射和衍射等，通过这些案例来演示有限元方法的具体应用。我对于如何选择合适的求解器（例如直接法和迭代法），如何进行收敛性分析，以及如何进行误差估计也抱有浓厚的兴趣，希望书中能够对此进行深入的探讨。此外，如果书中能够介绍一些先进的有限元技术，例如高阶有限元方法、谱元法，或者用于处理非线性材料的有限元方法，那将是非常有价值的。

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初次翻阅《Electromagnetic Modelling by Finite Elements Methods》，便被其严谨的学术风格和宏大的知识体系所吸引。我一直认为，在电磁场仿真领域，有限元方法是一种极为强大且灵活的工具，能够处理各种复杂的几何形状和边界条件，这是其他数值方法难以比拟的。我期待这本书能够深入浅出地阐述有限元法的基本原理，从拉格朗日方程、弱形式推导，到单元划分、形函数插值，再到矩阵组装和求解，一步步引领读者进入电磁建模的世界。我尤其希望书中能够详尽地介绍不同类型的单元，例如三角形单元、四边形单元、四面体单元、六面体单元等，并分析它们在不同维度下的优劣，以及如何根据问题的特性选择合适的单元类型。对于边界条件的处理，如Dirichlet边界条件、Neumann边界条件以及Robin边界条件，我希望书中能够提供清晰的推导和具体的实现方法，因为这直接关系到仿真的准确性。我也对不同频段的电磁问题，如静电场、稳恒磁场、低频交变电场、高频电磁波传播等，在有限元方法应用上的差异和侧重点非常感兴趣。书中是否会探讨不同物理模型（如麦克斯韦方程组的不同形式）在有限元方法中的转化？我希望作者能够提供一些实用的建议，关于如何构建高效的网格，如何避免网格畸变带来的误差，以及如何选择合适的离散化阶数。而且，我非常关注算法的收敛性和稳定性问题，希望书中能够有相关的理论分析和验证。对于一些实际应用场景，例如电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）的分析，书中是否会提供具体的建模流程和仿真案例？ 我对如何将复杂的电磁问题转化为有限元模型，并利用软件工具进行求解的过程充满好奇。此外，我也希望这本书能够对一些先进的有限元技术有所介绍，例如自适应网格精化、谱元法、无界区域问题的处理等，这些技术对于解决更精细、更复杂的电磁问题至关重要。

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《Electromagnetic Modelling by Finite Elements Methods》这本书的出现，对于我这样渴望深入理解电磁场仿真技术的人来说，无疑是一场及时雨。我一直认为，有限元方法以其强大的灵活性和适应性，在解决各种复杂电磁问题方面具有独特的优势。我非常期待这本书能够从最基本的数学原理出发，层层递进地讲解有限元方法在电磁建模中的应用。我希望书中能够详尽地阐述如何将麦克斯韦方程组转化为有限元方程，包括弱形式的推导、基函数的选择、单元积分的计算以及整体方程的组装。我特别关注书中对于不同维度（二维、三维）以及不同类型的电磁问题（如静电场、稳恒磁场、瞬态电磁场）在有限元方法中的具体实现方式。我希望书中能够提供一些关于网格生成和优化的实用建议，例如如何处理具有复杂几何形状的模型，如何选择合适的网格密度以达到精度要求，以及如何应用自适应网格技术来提高计算效率。在边界条件的处理方面，我希望书中能够详细介绍各种常见的边界条件（如 PEC、PMC、吸波边界条件）的数学表示和在有限元模型中的实现方法。我非常感兴趣书中是否会介绍一些先进的有限元技术，例如高阶有限元方法、谱元法，或者用于处理开放边界问题的特殊技术。同时，我也希望书中能够包含一些实际的工程案例，例如天线设计、电磁兼容性分析、微波器件仿真等，通过这些案例来演示有限元方法的应用流程和解题思路。对于如何提高仿真精度、缩短计算时间，以及如何有效地验证仿真结果的可靠性，书中是否能提供一些深入的指导和建议，这将极大地提升这本书的实用价值。

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我一直认为，在电磁场模拟领域，有限元方法是一种极其重要的技术，因为它能够灵活地处理各种复杂的几何形状和材料属性。《Electromagnetic Modelling by Finite Elements Methods》这本书的标题正是我一直在寻找的。我期待书中能够从基础概念入手，清晰地解释有限元方法的核心思想，包括将连续域离散化为有限个小单元，并在每个单元上用简单的函数（如多项式）来近似求解域。我希望书中能够详细介绍如何构建不同类型的有限元，例如常数基函数单元、线性基函数单元、二次基函数单元等，并探讨它们在精度和计算成本上的权衡。对于电磁场问题的描述，我期望书中能够深入讲解麦克斯韦方程组在有限元框架下的弱形式推导，以及如何根据不同的物理场景（如静电场、稳恒磁场、电磁波传播）来选择合适的弱形式。我特别关注书中对于边界条件的处理，例如如何精确地施加 PEC、PMC 边界，以及如何处理开口边界或无限区域边界。我希望书中能够提供一些实用的网格划分技巧，例如如何生成高质量的网格，如何处理不同尺度的几何特征，以及如何根据场分布进行网格自适应细化。对于求解线性方程组，我希望书中能够介绍常用的求解器，如直接求解器（LU分解、Cholesky分解）和迭代求解器（共轭梯度法、GMRES），并分析它们在不同问题上的适用性。我非常希望书中能够包含丰富的案例研究，例如分析微带线上的传播模式、仿真天线的辐射特性、模拟电磁波在复杂结构中的散射和衍射等，通过这些案例来展示有限元方法的实际应用。此外，我也对如何处理一些非传统的电磁问题，如电磁热耦合、电磁机械耦合等，在有限元方法中的实现方式充满好奇，希望书中能够有所探讨。

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当我第一次看到《Electromagnetic Modelling by Finite Elements Methods》这本书的名字时，我就知道它将是我在电磁场仿真领域的一本重要参考。我一直在寻找一本能够系统、深入地讲解有限元方法在电磁建模中应用的著作，而这本书的标题恰好概括了我所寻找的内容。我期望这本书能够从基础理论出发，清晰地阐述有限元法的数学原理，包括变分原理、加权残差法、 Galerkin 方法等，并说明这些方法如何应用于求解电磁场相关的偏微分方程。我非常希望书中能够详细介绍如何在三维空间中进行网格剖分，如何定义节点和单元，以及如何选择和构建合适的插值函数（基函数）。对于边界条件的施加，我希望书中能够提供详尽的指导，包括如何精确地处理 PEC、PMC 边界，以及如何应用吸收边界条件来模拟无限区域。我非常感兴趣书中是否会介绍不同类型的有限元单元，例如四面体、六面体单元，以及它们在不同问题下的适用性。同时，我也期待书中能够提供一些关于如何进行网格自适应细化以及如何提高计算效率的技巧。我希望书中能够包含大量的实例，例如分析微波器件的传播特性、仿真天线的辐射方向图、评估电磁干扰等，通过这些实例来展示有限元方法的实际应用。我对于如何选择合适的求解器（直接法或迭代法），如何进行收敛性分析，以及如何进行误差估计也抱有浓厚的兴趣，希望书中能够对此进行深入的探讨。此外，如果书中能够介绍一些先进的有限元技术，例如高阶有限元方法、自适应有限元方法，或者用于处理非线性材料的有限元方法，那将是锦上添花。

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作为一名对电磁学研究充满热情的学习者，我一直渴望找到一本能够系统讲解有限元方法在电磁场建模中应用的权威著作。《Electromagnetic Modelling by Finite Elements Methods》这个书名本身就散发着一种严谨、深邃的气息，让我对其充满期待。我希望这本书能够从最根本的数学理论出发，清晰地阐述有限元方法的数学基础，包括变分原理、加权残差法、Galerkin方法等，并展示这些数学工具如何被巧妙地应用于求解偏微分方程，特别是与电磁场相关的方程。我特别关注书中是否能够详细介绍二维和三维电磁问题的离散化过程，包括网格生成、单元节点定义、基函数选择以及单元刚度矩阵和载荷向量的构建。对于边界条件的处理，我希望书中能够涵盖各种类型的边界，例如 PEC、PMC、吸收边界条件（ABC）以及散射边界条件（SBC），并详细讲解如何在有限元框架下实现这些边界条件。我非常希望书中能够提供一些经典电磁问题的求解案例，例如同轴传输线、微带线、波导、腔体谐振器、天线辐射等，并通过这些案例来演示有限元方法的具体应用步骤和技巧。此外，我对非均匀介质、各向异性材料以及非线性材料等复杂电磁环境下，如何运用有限元方法进行建模非常感兴趣，希望书中能够有相关的讨论和方法介绍。我也希望作者能够对数值积分、矩阵求解器的选择（如直接法、迭代法）以及收敛性分析等方面进行深入的讲解，因为这些都是影响仿真精度和效率的关键因素。我对于如何有效地处理大规模仿真问题，如何进行并行计算，以及如何利用高阶有限元方法来提高精度也抱有浓厚的兴趣，希望书中能够有所涉及。这本书如果能提供一些关于算法鲁棒性和实用性的建议，例如如何选择合适的网格密度、如何进行误差估计，以及如何验证仿真结果的可靠性，那将非常有价值。

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这本书的书名《Electromagnetic Modelling by Finite Elements Methods》就像一盏明灯，指引着我在电磁场模拟的复杂世界中前进。我一直深信，有限元方法以其卓越的灵活性，能够应对各种棘手的电磁问题。我期望这本书能够系统地梳理有限元方法在电磁建模中的理论基础，从数学原理到算法实现，为我提供一个全面的知识体系。我尤其希望书中能够深入浅出地讲解如何将麦克斯韦方程组及其边界条件转化为有限元方程，并详细介绍网格划分、单元插值、矩阵组装和求解等关键步骤。我非常好奇在处理不同维度的电磁问题时（二维、三维），有限元方法的具体实现有何不同，以及如何根据问题特点选择合适的单元类型和基函数。对于仿真精度，我非常关注书中是否会提供关于网格细化、提高基函数阶数、以及选择合适求解器等方面的详细指导。我希望书中能够包含丰富的实际案例，例如分析电磁波在复杂介质中的传播、仿真天线的辐射性能、评估电磁兼容性等，通过这些案例来加深我对理论知识的理解。我也对如何处理非均匀介质、各向异性材料以及非线性材料等复杂物理模型在有限元方法中的应用充满兴趣，希望书中能够有所涉及。此外，对于如何处理无界区域问题，如何应用自适应网格技术以提高计算效率，以及如何进行仿真结果的验证，我也期待能够从中获得宝贵的经验。

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这本书就像一个久违的老朋友，虽然初次见面，却有一种莫名的熟悉感。我拿起它，指尖滑过封面的纹理，脑海中已经开始勾勒出它可能蕴含的知识海洋。我深知有限元方法在电磁场模拟领域的举足轻重，它不仅是理论研究的利器，更是工程实践中解决复杂问题的基石。这本书的出现，仿佛为我打开了一扇通往这片未知领域的大门。我期待着它能够系统地梳理有限元方法在电磁建模中的应用，从最基础的数学原理，到具体的算法实现，再到各种典型电磁问题的求解，能够有条不紊地呈现。我希望作者能够深入浅出地讲解有限元法的离散化过程，如何构建基函数，如何求解线性方程组，以及如何处理边界条件等关键步骤。同时，我也渴望了解在实际的电磁建模过程中，会遇到哪些挑战，比如网格划分的技巧、求解器的选择、收敛性的判断等等。这本书不仅仅是理论的堆砌，更应该是一本能够指导实践的工具书。我希望它能够包含丰富的案例分析，例如天线设计、电磁兼容性分析、微波器件仿真等，通过这些具体的例子，帮助读者更好地理解和掌握有限元方法的应用。我也期待它能够介绍一些常用的商业仿真软件，并结合这些软件的特点，讲解如何运用有限元方法进行建模和仿真。此外，我希望这本书能够强调算法的优化和效率提升，毕竟在处理大规模电磁问题时，计算效率往往是制约仿真精度的重要因素。作者在这一点上的深入探讨，将极大地提升这本书的实用价值。我个人对快速收敛的数值方法和高效的求解器非常感兴趣，希望书中能够有这方面的介绍。当然，对于一些前沿的研究方向，比如自适应网格剖分、高阶有限元方法等，如果有涉及，那将是锦上添花。我坚信，通过深入研读这本书，我将能够更深刻地理解电磁现象的本质，并能够运用有限元方法解决更复杂、更具挑战性的工程问题，为我的学习和工作带来质的飞跃。

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当我看到《Electromagnetic Modelling by Finite Elements Methods》这本书时，我的脑海中立刻浮现出无数关于电磁场模拟的挑战和可能性。我深信，有限元方法是解决这些挑战的关键工具之一。我期望这本书能够系统地梳理有限元方法在电磁学领域的理论基础，从数学推导到算法实现，为我提供一个坚实的知识框架。我特别希望书中能够详细介绍如何将复杂的电磁现象，例如电磁波的传播、散射、衍射以及电磁场的感应等，转化为适用于有限元方法求解的数学模型。我非常好奇在不同的应用场景下，有限元方法是如何被调整和优化的。例如，在分析天线辐射时，需要考虑无穷远场的处理；在进行电磁兼容性分析时，需要关注高频效应和寄生参数的提取。这本书是否能够提供关于这些具体问题的建模策略和仿真技巧？我希望书中能够包含丰富的实例，例如如何对一个复杂的电磁散射体进行建模和仿真，如何分析电磁波在不同介质中的传播行为，或者如何优化一个电磁器件的设计。我非常期待书中能够介绍一些先进的有限元技术，例如基于高阶基函数的有限元方法，或者能够处理非结构化网格的有限元方法，这些技术往往能够提供更高的精度和更快的计算速度。我也希望书中能够讨论有限元方法在处理非均质、各向异性材料时的优势和局限性，以及如何有效地施加各种边界条件。对于初学者而言，一本能够清晰讲解算法实现细节、提供调试技巧的书籍将是无价的。我希望这本书能够在这方面有所贡献，帮助我更好地理解和应用有限元方法。

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《Electromagnetic Modelling by Finite Elements Methods》这个书名本身就传达出一种专业、严谨的气息，让我对它充满了好奇和期待。我一直认为，有限元方法是处理复杂几何形状和非均匀介质电磁场问题的强大工具。我希望这本书能够从电磁场的基本方程出发，系统地介绍如何将其转化为有限元方程。我特别关注书中是否会详细讲解如何进行网格划分，如何定义单元和节点，以及如何选择合适的基函数来近似场分布。对于边界条件的施加，我希望书中能够提供清晰的数学推导和实际操作指导，例如如何处理 PEC、PMC、以及用于模拟开放区域的吸波边界条件。我非常希望书中能够包含丰富的案例研究，例如分析波导的传播模式、仿真天线的阻抗特性、模拟电磁波在复杂结构中的散射行为等，通过这些具体的例子来帮助我理解和掌握有限元方法的应用。我对于非均匀介质、各向异性材料以及非线性材料等复杂情况下的建模方法非常感兴趣，希望书中能够有相关的讨论。此外，我也希望书中能够介绍一些常用的有限元软件，并结合这些软件的特点，讲解如何运用有限元方法进行建模和仿真。对于算法的收敛性、精度分析以及如何提高计算效率，我希望能从中获得更深入的理解。如果书中还能涉及一些前沿的研究方向，例如高阶有限元方法、并行计算在有限元方法中的应用等，那将非常有价值。

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