COMSOLMultiphysics工程实践与理论仿真_多物理场数值分析技术 - (EPUB全文下载)

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书籍内容：

内 容 简 介
本书介绍什么是数值模拟技术，以及数值模拟技术如何与工程科学相结合，解决实际的工程问题。
本书从数理方程的基本知识出发，介绍各种经典数理方程以及应用，进而介绍目前应用最广泛的矢量有限元数值方法。接下来结合具体的工程问题从单物理场仿真、多物理场弱耦合仿真和多物理场强耦合仿真三个方面，解释实际问题如何抽象归结为合理的数学模型。读者可以系统地理清工程物理的仿真思路，理解并习惯用工程物理仿真，也就是物理理论与工程实践相结合的思维方式去看待问题。
本书面向广大工程师，深入浅出地讲解有限元法及工程问题的多物理场仿真技术。全书涉及实际工程问题的方方面面，包括声学、结构力学、流体力学、热量传递、质量运移、电磁场计算、化学反应工程分析等，是真正的多物理数值仿真的入门指导书。作者希望通过本书，能让读者理解数值仿真技术的真谛，以及这些理论知识应该如何与实际相结合。
图书在版编目（CIP）数据
COMSOL Multiphysics工程实践与理论仿真：多物理场数值分析技术／王刚，安琳编著．—北京：电子工业出版社，2012.10
ISBN 978-7-121-18581-6
Ⅰ．①C…　Ⅱ．①王…②安…　Ⅲ．①计算机仿真－应用软件－数值分析　Ⅳ．①TP391.9
中国版本图书馆CIP数据核字（2012）第226575号
责任编辑：徐津平
特约编辑：顾慧芳
印　　刷：北京东光印刷厂
装　　订：三河市鹏成印业有限公司
出版发行：电子工业出版社
北京市海淀区万寿路173信箱
邮编100036
开　　本：787×1092　1/16　印张：13.25　字数：254千字
印　　次：2012年10月第1次印刷
印　　数：3000册　定价：49.00元
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序
多物理场仿真——科研创新的新契机
如果纵览整个物理学发展史，不难发现物理学的发展就是数学方法的发展，物理问题的研究一直和数学密切相关。作为近代物理学始点的牛顿力学中，质点和刚体的运动用常微分方程来刻画。在18世纪中期，牛顿力学的基础开始由变分原理所刻画，这又促进了变分法的发展。变分法的发展成熟，对自18世纪以来的物理学有着深刻的影响，在连续介质力学、传热学和电磁场理论中，人们归结出许多偏微分方程，今天我们把它们通称为数学物理方程（也包括有物理意义的积分方程、微分方程和常微分方程），并且成为数学物理的主要内容。此后，为了满足等离子体物理、固体物理、非线性光学、空间技术、核技术等方面的需要，又有许多新的偏微分方程问题出现，例如孤子波、间断解、分歧解、反问题，等等。它们使数学物理方程的内容进一步丰富起来。
不管你是否意识到，数学方法的发展正在改变着我们认识这个世界的方式。一直以来，我们习惯把自然界的各种现象划分清晰的学科领域来进行研究。这种思维方式的形成很大程度上是由于人类研究物理现象的手段仍然十分有限。要借助有限的数学方法对自然界的各种现象进行研究，简化是必要的，这就是“单物理场”分析的思路。比如我们在连续介质力学计算中可以使用Navier-Stokes方程，解决大部分的流体问题；借助对流扩散方程，解决物质运动或者热量传递；借助麦克斯韦方程组，解决电磁场的问题。是的，我们用“简化”，建立了单物理场的认识体系。然而自然界本身，客观上是以极其复杂的状态存在的——各种物理过程相互影响，错综复杂。在数学方法不够发达的时代，我们没有办法综合考虑这些复杂过程；今天数学方法已经极为丰富，于是人们已经可以联立偏微分方程组，从多物理场的角度重新认识这个世界。
例如，今天我们都已知道流体的流动会导致热量的传递。流体的流动路径对热量传递有很大影响，动量传递会影响到能量传递。从简化的角度，我们可以先解决流体问题，然后预测流体中的热量传递，这就是所谓的单向耦合，一个物理场单向影响另一个物理场，而不受到反向影响。然而，如果流体的密度和粘度依赖于温度而变化，就必须同时求解热量传递和动量传递，这些物理过程相互影响，使得方程变成双向耦合的偏微分方程组，这种耦合也称为强耦合。流固耦合问题是另一种强耦合的例子。例如，人体心脏瓣膜是一种弹性体，流体的压力会导致瓣膜的运动，而反过来瓣膜也会改变血液流动的区域。在气动弹性力学领域，飞机机翼由于受到气流压力的波动而开始振荡，而机翼的振荡又会导致周围气流的周期性压力波动。
再比如电磁场分析。单物理场分析，欧姆定律使用电压和电阻来定义电流。然而超导现象使人们认识到传统认识的局限，转而用磁场定义电流。今天，电磁相互依存早已成为共识。实际的情况往往更复杂。例如半导体仿真考虑载流子在电场作用下的对流扩散，同时产生焦耳热。热膨胀导致的形变会对扩散过程产生影响。实际上，材料的电导率、热导率、扩散率等特性通常也都具有热敏性。众多因素综合起来，半导体分析也表现为典型的多物理场强耦合问题。更比如磁流体、电流体、光化学反应、电化学反应、等离子体、地球科学，如此种种，不一而足。
这些多物理场强耦合问题的出现，说明我们正以一种更为深刻、更为贴近自然本质的方式，在重新认识这个世界。在牛顿和爱因斯坦把经典物理学的大厦描绘得无比辉煌的20世纪30年代，人们觉得物理学的所有基本问题都已解决，物理学不会再有大的发展了。但量子力学的诞生给我们打开的不只是一扇窗，而是一次革命。我们今天所经历的多物理场分析，也是重新认识这个世界的一次革命，我们正在经历又一个科研创新的大发展。
回顾物理学发展的最近这一百年，科研创新最为活跃的是1930年以后的这几十年。而量子力学带来的大发展之后，交叉学科的兴起则是目前最为耀眼的创新增长点。交叉学科，或者说跨学科研究，正是人类改变科研思维方式的体现，我们不再愿意受到学科领域的局限，转而采用多物理场的 ............

书籍插图：

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