具体描述
《精细化系统建模与仿真：跨学科应用指南》 图书简介 在当今科学研究与工程实践的交汇点，对复杂系统的精确理解和预测能力已成为推动创新的核心驱动力。《精细化系统建模与仿真：跨学科应用指南》并非一部侧重于基础数值算法的书籍，而是聚焦于如何将抽象的物理、生物、经济或社会现象转化为精确、可操作的数学模型，并利用先进的仿真技术验证和优化这些模型。本书旨在为那些需要跨越学科界限、构建高保真、可解释性强模型的工程师、研究人员和高级技术人员提供一套系统的、从理论到实践的指导框架。 第一部分：建模的艺术与科学 本书的第一部分深入探讨了精细化建模的核心原则和方法论。我们不探讨浮点运算的精度或迭代收敛的速度，而是专注于“如何正确地描述一个系统”。 第一章：从现象到方程的转化 本章强调了物理直觉在建模过程中的不可替代性。我们将详细阐述如何通过观察、实验数据和基本定律（如守恒定律、本构关系）来构建系统的数学表征。重点讨论了维度分析在模型简化和无量纲化中的关键作用，确保模型参数的物理意义清晰明确。我们将对比描述性模型（如经验拟合）与因果模型（如基于第一性原理的建模）的优缺点，并指导读者如何在数据稀疏或信息不完全的情况下，做出最优的模型选择。 第二章：多尺度与多物理场耦合 现代工程问题往往涉及不同尺度（从微观的材料结构到宏观的系统行为）和不同物理域（如热、力、流、电磁）的相互作用。本章将系统介绍处理这些复杂性的技术。我们将涵盖域分解方法（Domain Decomposition Methods, DDM）在处理大规模异构系统时的应用，以及如何构建有效的耦合策略——从单向交错式耦合到更精确的弱/强双向耦合。特别关注如何处理界面条件和跨尺度信息传递中的误差控制。 第三章：不确定性量化与模型验证 一个精细的模型必须能够量化其内在的不确定性。本章侧重于“可靠性”而非“计算的可靠性”。我们将介绍贝叶斯方法在参数校准和后验概率分布估计中的应用。内容包括敏感性分析（Sensitivity Analysis）技术，用于识别模型中对输出影响最大的输入变量。此外，我们详述了模型验证、确认与不确定性量化（Verification, Validation, and Uncertainty Quantification, VVUQ）的严格流程，包括如何使用实验数据建立置信区间，以及如何进行“对等评估”（Adversarial Testing）来挑战模型的边界条件和假设。 第二部分：高级仿真技术与实现范式 第二部分转向如何高效、准确地求解这些精细模型，重点在于方法论的选择和实施的高级策略，而非通用求解器的内部工作原理。 第四章：非线性与时变系统的稳健求解 许多精细模型本质上是非线性的、高度瞬态的。本章专注于处理这类系统的数值挑战。我们将详细分析不同时间积分方案（如显式、隐式、预测-校正方法）在保持系统能量或守恒特性方面的表现。针对特征时间尺度差异巨大的系统，我们将介绍多速率积分技术，如何在不牺牲整体精度的前提下，大幅提升计算效率。此外，对奇异点和刚性（Stiffness）问题的识别与处理方法将作为本章的重点。 第五章：网格自适应与局部精细化 对于具有复杂几何或快速变化解的仿真，均匀网格是效率的巨大瓶颈。本章探讨了基于误差估计的自适应网格细化（Adaptive Mesh Refinement, AMR）技术。内容涵盖如何基于梯度、拉普拉斯算子或目标函数灵敏度来动态调整计算区域的离散化密度。我们将通过具体的案例展示，如何在保持计算成本可控的同时，将高精度集中于问题的关键区域，如激波、裂纹尖端或反应前沿。 第六章：计算范式：从串行到并行策略 精细仿真往往需要巨大的计算资源。本章旨在指导读者如何将模型映射到现代高性能计算（HPC）架构上。我们将区分数据并行（Data Parallelism）和任务并行（Task Parallelism）的适用场景。对于基于有限元或有限体积方法的模型，本章将深入分析稀疏矩阵的并行求解策略，如预条件子的选择和并行迭代求解器的构建。此外，面向大规模并行环境下的通信优化和负载均衡策略也将进行详细阐述。 第三部分：跨学科应用案例分析 本书的最后一部分通过具体的、复杂的前沿案例，展示前述建模与仿真方法的实际集成与应用。 第七章：生物医学工程中的组织力学建模 本章以生物组织（如软骨、血管壁）的本构行为为例，展示如何整合复杂的本构关系（如黏弹性、超弹性）与电化学或流体动力学模型。重点在于如何处理生物界面（如细胞膜与基质）的相互作用，以及如何利用成像数据校准模型参数。 第八章：环境科学中的耦合过程仿真 本章聚焦于土壤水分迁移、污染物扩散与微生物反应在地下水系统中的耦合。我们将分析如何构建一个能够准确捕捉多孔介质中传质、传热与化学反应的统一框架，并讨论如何利用实地监测数据对模型进行长期的预测性校准。 第九章：材料科学中的微观结构演化 本章探讨了如何利用相场（Phase-Field）方法或蒙特卡洛模拟来捕捉材料在热处理或应力作用下的微观结构演变，如晶粒生长或析出物形成。重点在于如何将这些微观尺度的结果，通过平均化或粗粒化技术，有效地传递到宏观力学模型的输入中，实现跨尺度的性能预测。 总结：面向未来的建模思维 本书最后总结了高效、可靠的精细化建模所需要的思维模式：对物理背景的深刻理解、对数值方法的批判性选择、以及对不确定性的坦诚评估。它提供了一套工具箱，帮助读者构建出不仅能求解问题，更能揭示系统内在机制的强大仿真模型。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 qciss.net All Rights Reserved. 小哈图书下载中心 版权所有