Finite Elements for Electrical Engineers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Peter P. Silvester

出品人:

页数:516

译者:

出版时间:1996-09-13

价格:USD 65.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521449533

丛书系列:

图书标签:

• 有限元
• 有限元方法
• 电工
• 电气工程
• 数值分析
• 计算电磁学
• 电磁场
• 电力系统
• MATLAB
• 工程数学
• 电磁兼容性

《电磁场与电路分析的深度探索》 本书将带领读者踏上一段深入理解电磁场理论和电路分析核心原理的旅程。本书并非直接讲解有限元方法在电气工程中的具体应用，而是旨在为读者构建一个扎实的理论基础，使其能够更深刻地理解那些需要高级计算工具来求解的复杂问题。我们将从麦克斯韦方程组出发，系统地梳理电磁场的行为规律，并通过一系列严谨的推导，揭示电场、磁场、位移电流和感应电动势之间的内在联系。 在电磁场部分，我们将详细探讨静电场和稳恒磁场的性质，包括电势、场强、磁势、磁场强度以及它们在不同介质中的分布特点。我们会分析导体、电介质和磁性材料的电磁响应，理解电容和电感的物理含义，并探讨它们在实际器件中的作用。随后，本书将重点转向动态电磁场，详细讲解电磁波的产生、传播和辐射。读者将学习到平面波的特性，包括偏振、反射和折射，以及波在不同媒质中的衰减和色散现象。电磁波在传输线上的传播也将被深入剖析，为理解高频电路和通信系统打下基础。 在电路分析方面，本书将从电路的基本概念入手，包括电压、电流、电阻、电容和电感等。我们将详细介绍基尔霍夫电压定律和电流定律，并利用它们来分析各种直流和交流电路。对于交流电路，我们将引入相量分析法，系统讲解阻抗、导纳的概念，以及RLC串联和并联谐振电路的特性。本书还将深入探讨暂态分析，运用微分方程和拉普拉斯变换等数学工具，精确描述电路在开关动作或信号变化时的瞬态响应。读者将学会如何分析一阶和二阶电路的零输入响应和零状态响应。 为了进一步提升分析能力，本书将引入网络定理，例如叠加定理、戴维宁定理和诺顿定理，展示如何简化复杂的电路网络，从而更容易地求解特定元件的电压和电流。此外，我们还将探讨非线性电路的基本分析方法，虽然篇幅有限，但会触及二极管和晶体管等基本器件的特性曲线分析，为理解更复杂的电子系统提供入门。 本书的重点在于培养读者对物理现象的直观理解和对数学模型的深刻把握。我们将避免直接跳跃到复杂的数值算法，而是强调通过理论推导来建立模型，并通过解析解来理解问题。例如，在分析电磁波传播时，我们将关注波的能量传输和动量守恒；在分析电路瞬态响应时，我们将关注能量在电感和电容元件中的存储和释放过程。 通过对电磁场和电路分析的全面梳理，本书旨在为读者提供一个坚实的知识框架。这一框架不仅能帮助读者理解基础的电气工程原理，更能为他们未来学习更高级的数值计算方法（如有限元方法）提供必要的理论支撑和深刻的物理洞察。读者将能够更自信地分析和设计各种电气和电子系统，理解复杂问题的根源，并为解决实际工程挑战做好充分准备。本书适合电气工程、电子工程、通信工程以及相关专业的本科生和研究生阅读，也适合希望深入理解电磁学和电路理论的工程师和研究人员。

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我花了相当长的时间来消化这本书中关于**边界条件处理**的那几个章节，说实话，那段经历简直是一场智力上的酣畅淋漓的搏斗，但最终的成就感是无与伦比的。这本书的厉害之处在于，它敢于直面复杂性，并且提供了系统性的解决方案，而不是简单地回避那些“棘手”的细节。比如，在处理非均匀介质和复杂几何结构下的电磁耦合问题时，作者并没有采用一笔带过的方式，而是深入剖析了每一种典型边界条件下，有限元网格划分对结果精度和收敛性的决定性影响。书中特别强调了**网格质量对数值误差的敏感性**，这一点对于追求工程精度的读者来说至关重要。我个人特别欣赏作者在阐述离散化误差来源时，那种近乎偏执的细致——从插值函数的选择到积分点的选取，每一个微小的决策背后都有充分的理论支撑和实例佐证。读到这里，我感觉自己不再是简单地套用公式，而是真正开始理解有限元方法背后的“灵魂”。它教会我，工程计算的美感，往往隐藏在对每一个细节的精确控制之中。对于那些希望把有限元工具运用到实际电磁仿真，并对结果的可靠性有极高要求的读者来说，这本书提供的洞察力是无可替代的。

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这本书，说实话，拿到手里的时候我就被它厚重的质感给镇住了。封面设计简洁有力，黑白灰的配色透露着一种严谨和专业，但翻开内页，我才真正领会到它的“重量”。首先，它的排版简直是教科书级别的典范。字体选择恰到好处，既保证了阅读的舒适度，又不会让人觉得冗余。段落之间的留白处理得非常到位，即便是面对那些密密麻麻的公式推导，眼睛也不会感到过分疲劳。作者在介绍基础概念时，那种层层递进的逻辑构建，简直就像是搭积木一样，每一步都扎实可靠，让你不得不佩服其深厚的功底。我记得最清楚的是关于**变分原理**的阐述，它没有直接抛出一个晦涩的数学表达式，而是先从物理背景入手，用非常形象的比喻引导我们理解能量最小化这一核心思想，随后才引入严谨的数学语言，这种教学上的耐心和深度，是我在其他许多教材中未曾见过的。而且，书中穿插了大量高质量的图表，那些复杂的电磁场分布图，线条清晰，色彩分明，为理解抽象的理论提供了极佳的视觉辅助。对于一个初学者来说，这种详尽而又富有条理的介绍，无疑是通往专业知识殿堂的一座坚固桥梁。它不仅仅是知识的堆砌，更是一种思考方式的引导，教会你如何像一个真正的电气工程师那样去审视和解决问题。

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从**作者的写作风格和学术传承**来看，这本书显然是经过多年教学经验沉淀的结晶。它没有那种过于僵硬的学术腔调，虽然内容极其硬核，但行文之间却流淌着一种清晰的、引导性的叙事节奏。它似乎在对读者说：“我知道这很难，但请相信我，只要你跟着我的思路走，你一定能掌握它。” 这种建立在深厚学术背景上的**信心传递**，对提升读者的学习动力至关重要。特别是在介绍**刚度矩阵的构建与求解算法优化**时，作者不仅详细解释了矩阵的稀疏性和对称性在计算效率上的巨大优势，还巧妙地嵌入了关于并行计算在有限元求解中应用的前瞻性讨论。这表明作者的视野并未局限于经典理论的复述，而是紧跟当前工程计算领域的发展脉络。这本书的结构安排也体现了这种远见：先夯实理论基础，再引入高级算法，最后通过实际应用案例进行巩固。这确保了读者在掌握“是什么”的同时，也充分理解了“为什么”以及“如何用”。

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这本书的实用价值，绝对超出了单纯的理论参考书范畴，它更像是一本**高阶的实战手册**。尤其在涉及**时域分析与瞬态响应**的部分，作者的处理方式简直是教科书级别的“反套路”。很多教材会倾向于用最标准化的格式去讲解，但这本书却提供了针对实际工程挑战的变通方法。例如，在模拟高频下的电磁波传播时，如何有效地处理开放边界，避免不切实际的无穷远截断误差，书中给出的ABC（Absorbing Boundary Condition）的推导和实际应用中的参数调整策略，细腻到令人惊叹。我曾尝试用其他资料来解决一个特定的电磁屏蔽问题，结果总是陷入收敛泥潭，直到回过头来，仔细研读了书中关于**时间步长与空间步长匹配原则**的章节，才豁然开朗。这种将高深数学理论与实际工程约束紧密结合的能力，正是区分优秀教材和普通教材的关键。它没有把读者当成仅仅是理论的消费者，而是培养我们成为能驾驭复杂工具的实践者，每一个案例分析都充满了实战的硝烟味。

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最后，我想谈谈这本书在**与其他学科知识的交叉融合**方面所展现出的深度。对于电气工程师而言，很多问题并非孤立的电磁场问题，它往往与热效应、结构力学甚至材料科学紧密相关。这本书在这方面的处理非常出色，它将有限元方法提升到了一个**多物理场耦合分析**的视角。书中关于**热-电耦合**的初步探讨，虽然没有深入到专门的热传导教材的程度，但它清晰地展示了如何通过修改源项和边界条件，将一个原本的电磁问题转化为一个耦合的偏微分方程组求解问题。这种全局观，对于培养未来具备跨学科解决问题能力的工程师来说，是极其宝贵的财富。它鼓励读者跳出单一学科的思维定势，看到一个完整的工程系统是如何运作的。读完之后，你会觉得自己在处理复杂工程问题时，拥有了一个更加全面和强大的分析框架，而不仅仅是掌握了一套计算工具。这本书无疑是架设在理论与实际应用之间，那座最为坚固、设计最为精妙的桥梁。

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