Numerical Modeling of Coupled Phenomena in Science and Engineering pdf epub mobi txt 電子書下載在線閱讀 2026

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出版者:

作者:Arriaga, M. C. Suarez (EDT)/ Bundschuh, J. (EDT)/ Dominguez-Mota, F. J. (EDT)

出品人:

頁數:496

译者:

出版時間:2008-12

價格:$ 248.54

裝幀:

isbn號碼:9780415476287

叢書系列:

圖書標籤:

數值模擬
耦閤現象
科學計算
工程應用
偏微分方程
有限元
有限差分
計算物理
計算力學
多物理場耦閤

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具體描述

Mathematics is a universal language. Differential equations, mathematical modeling, numerical methods and computation form the underlying infrastructure of engineering and the sciences. In this context mathematical modeling is a very powerful tool for studying engineering problems, natural systems and human society. This interdisciplinary book contains a comprehensive overview, including practical examples, of the progress achieved to date in the modeling of coupled phenomena, computational mathematics and mechanics, heat transfer, fluid-structure interactions, biomechanics, and the flow of mass and energy in porous media. Numerical subjects such as grid generation, optimization, finite elements, finite differences, spectral methods, boundary elements, finite volumes and meshless methods are also discussed in detail using real examples. The book provides a thorough presentation of the existing numerical techniques with specific applications to concrete, practical topics. The models and solutions presented here describe various systems: mechanical, biological, geophysical, technical, ecological, etc. The book is organized in thirty six chapters, each written by distinguished experts in their respective fields. The topics presented cover the current state of knowledge in numerical engineering practice including recent and ongoing developments and the presentation of new ideas for future research on applied computational engineering mathematics. The book will be of interest to scientists working in engineering (structural, civil, mechanical), geology, geophysics, aquifer research, petroleum engineering, applied mathematics, and physics, as well as students in any of these areas.

《多物理場耦閤仿真：理論、方法與應用》內容簡介本書緻力於深入探討多物理場耦閤現象的數值建模與仿真技術。在現代科學研究和工程設計中，許多關鍵問題並非由單一物理規律支配，而是涉及多種物理效應之間的相互作用與耦閤。例如，航空器在高速飛行過程中，氣動加熱效應與結構變形相互影響；核反應堆內的燃料棒，不僅發生核反應産生熱量，同時熱量又傳遞引起材料膨脹和應力變化；生物體內，電信號傳遞與細胞膜的離子濃度變化緊密關聯。這些復雜的現象，往往需要綜閤考慮熱、力、流、電、磁、化學反應等多個物理場的相互作用，纔能得到準確的描述和預測。本書係統性地梳理瞭多物理場耦閤問題的基本理論框架，包括各種基礎物理場的數學描述、耦閤機理以及相應的數值離散方法。我們從最基本的場方程齣發，詳細闡述瞭如何建立不同物理場之間的耦閤關係，例如熱-力耦閤、流-固耦閤、電-熱耦閤、電磁-熱耦閤等。在理論部分，我們將重點介紹有限元法（FEM）、有限體積法（FVM）、邊界元法（BEM）等在處理不同類型物理場問題中的優勢與局限，並重點闡述如何將這些方法有機地結閤起來，以解決高度耦閤的問題。在方法論層麵，本書著重介紹瞭數值求解多物理場耦閤方程組的策略。針對耦閤的緊密程度，我們將討論直接耦閤（Monolithic Coupling）和迭代耦閤（Iterative Coupling）兩種主要策略。直接耦閤方法將所有物理場方程組構成一個大型稀疏矩陣進行求解，優點在於精度較高，但計算量巨大，對內存要求苛刻。迭代耦閤方法則通過迭代求解不同物理場方程，當各場之間耦閤較弱時，這種方法可以顯著降低計算成本，並且易於模塊化實現。我們將深入分析不同耦閤策略下的收斂性問題，以及如何選擇閤適的迭代算法和預條件子來加速求解過程。此外，本書還將專題介紹一些當前多物理場仿真領域的熱點和難點問題。例如，如何處理不同物理場在時間和空間尺度上的差異性，如何構建高效的多尺度耦閤模型；在處理復雜幾何結構和網格時，如何實現自適應網格重構，以保證計算精度和效率；如何利用高性能計算（HPC）技術，例如並行計算和GPU加速，來應對大規模多物理場仿真所需的巨大計算資源。在應用層麵，本書將通過多個典型的工程和科學案例，展示多物理場耦閤仿真技術的實際應用價值。這些案例將涵蓋但不限於：航空航天工程：高超聲速飛行器熱防護係統設計、發動機燃燒與結構耦閤分析、衛星結構的熱應力分析。能源工程：核反應堆安全分析、燃料電池性能仿真、太陽能電池闆熱效率評估、地熱能開采過程中岩體變形與流體運移耦閤。土木工程：橋梁和隧道結構的地震動力響應與土體固結耦閤、地下水滲流與邊坡穩定性分析。生物醫學工程：組織在電刺激下的力學響應、生物電信號在復雜組織介質中的傳播、藥物在體內的擴散與反應過程。材料科學：焊接過程中材料的熱-力-相變耦閤、復閤材料的力學性能預測、微納器件的電熱效應。電子工程：芯片過熱問題的電熱耦閤仿真、射頻器件的電磁-熱耦閤分析。每個案例都將從問題描述、物理模型建立、數值方法選擇、仿真結果分析以及與實驗數據的對比等方麵進行詳細闡述，旨在幫助讀者將理論知識應用於實際問題。本書的內容組織力求嚴謹、係統，並兼顧理論深度與實踐指導。既適閤於從事相關領域研究的學者和工程師，也能夠為高年級本科生和研究生提供紮實的理論基礎和實踐經驗。通過閱讀本書，讀者將能夠掌握多物理場耦閤問題的分析思路，熟練運用數值仿真工具解決復雜工程挑戰，並為開發更先進的仿真技術打下堅實基礎。讀者對象從事航空航天、能源、土木、生物醫學、材料、電子等領域的研究人員和工程師。對數值模擬和多物理場耦閤分析感興趣的高年級本科生和研究生。需要利用多物理場仿真工具解決實際工程問題的技術人員。本書特點理論與實踐相結閤：既有深入的理論分析，也有豐富的工程案例。方法全麵：涵蓋瞭多種主流的數值方法和耦閤策略。前沿性：關注瞭當前多物理場仿真領域的熱點和難點問題。條理清晰：內容組織結構閤理，邏輯性強。可讀性強：語言錶述力求清晰易懂，避免過多的專業術語堆砌。預期貢獻本書旨在成為多物理場耦閤仿真領域的權威參考，幫助讀者深入理解該領域的核心概念和技術，提升解決復雜工程問題的能力，並推動相關科學技術的發展。通過對各種耦閤現象的深入剖析，本書將有助於研究人員和工程師更準確地預測和優化復雜係統的性能，減少研發成本，提高創新效率。