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出版者:清华大学出版社

作者:纪哲锐

出品人:

页数:296

译者:

出版时间:2002-3

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787900637826

丛书系列:

图书标签:

• Mathcad
• 数学软件
• 工程计算
• 科学计算
• 数值分析
• 公式编辑器
• 技术手册
• PTC
• Mathcad 2001
• 软件教程

好的，以下是基于您的要求，撰写的一份不涉及《Mathcad 2001 详解》具体内容的图书简介。这份简介将围绕技术、计算、工程和软件应用等相关主题进行扩展，力求详实、专业，且符合自然写作风格。 --- 科技前沿与计算思维：现代工程分析与软件应用指南 第一部分：数字化时代的计算基石与思维重塑 在二十一世纪的科技浪潮中，信息的爆炸式增长和计算能力的飞跃式发展，对传统的研究范式和工程实践提出了前所未有的挑战。本卷旨在为广大工程师、科研人员、高级技术学生以及所有热衷于量化分析的专业人士，构建一个坚实的理论框架与实用的操作蓝图，以驾驭复杂系统的建模、仿真与优化。 一、从理论到实践的桥梁：高级数值方法的应用深度解析 现代科学研究的核心在于如何将抽象的数学模型转化为可操作的数值解。本书深入探讨了一系列支撑现代工程计算的核心数值算法。我们摒弃了过于简化的概述，转而专注于算法背后的数学原理、收敛性分析以及在实际工程问题中的鲁棒性考量。 （一）微分方程求解的艺术与科学： 重点剖析了常微分方程（ODE）和偏微分方程（PDE）在传热学、流体力学（CFD 基础）和结构动力学中的精确求解策略。内容涵盖了高阶 Runge-Kutta 方法的改进、有限差分法（FDM）在特定边界条件下的离散化技巧，以及如何选择最适合工程实时性要求的求解器。我们特别关注了刚性系统（Stiff Systems）的处理，这是许多化工过程和电路仿真中的常见难点。 （二）优化理论的工程化落地： 优化不再是纯粹的数学游戏，而是决定设计成败的关键。本书详细阐述了梯度下降法、牛顿法及其变种（如拟牛顿法 BFGS）在多变量约束优化中的实际运用。对于非光滑或全局最优解难以确定的问题，我们引入了启发式算法（如遗传算法、模拟退火）的理论基础，并提供了如何在工程约束下平衡计算效率与解的精度的实战案例。 二、数据驱动的决策支持：现代数据处理与可视化 工程决策的准确性高度依赖于对输入数据的理解和处理能力。本部分聚焦于如何有效地采集、清洗、分析数据，并将其转化为富有洞察力的视觉信息。 （一）统计推断与不确定性量化（UQ）： 在任何实际测量中都存在误差。我们详细介绍了误差传播定律在复杂计算链中的应用，以及如何利用蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）对设计参数的不确定性进行量化评估。书中提供了如何构建置信区间、进行敏感性分析（SA）的清晰步骤，帮助工程师理解哪些输入变量对最终结果影响最大。 （二）高级数据可视化技术： 静态图表已无法满足复杂三维数据展示的需求。本章节探讨了如何利用现代绘图库进行交互式可视化，包括三维表面图、等值线图的优化渲染，以及如何使用数据流图（Data Flow Diagrams）来清晰展示复杂的计算流程，提升团队沟通效率。 第二部分：专业领域计算模型的构建与验证 现代工程分析的复杂性要求我们掌握跨学科的计算工具链。本书的后半部分将视角投向了特定工程领域的建模挑战。 三、结构与材料的虚拟测试场：有限元方法（FEM）的高级应用 有限元分析（FEA）是现代结构工程的基石，但其成功应用依赖于对单元选择和网格划分的深刻理解。 （一）网格质量与收敛性： 本部分深入探讨了网格自适应细化策略，包括基于误差估计的局部网格加密技术。我们详细分析了不同单元类型（如四面体、六面体、楔形单元）在处理几何奇异性时的优缺点。对于非线性分析，如何选择合适的本构模型（如塑性、粘弹性模型）以及如何稳定求解非线性方程组是关键讨论点。 （二）动态响应与模态分析： 针对振动和冲击问题，本书阐述了如何进行模态分析以识别系统的固有频率和振型。进一步地，我们覆盖了显式和隐式积分方案在瞬态动力学模拟中的选择标准，尤其是在处理材料失效或接触非线性问题时的数值稳定性控制。 四、过程控制与系统动态仿真 在化学工程、自动化和机电一体化领域，对动态系统的准确预测至关重要。 （一）过程建模与状态空间表示： 我们从质量、能量和动量守恒定律出发，系统地推导了复杂过程（如反应釜、热交换器）的状态空间模型。这为后续的控制器设计奠定了基础。 （二）控制器设计与系统辨识： 重点介绍了PID 控制器的精确整定方法（如Ziegler-Nichols 改进版），以及更先进的状态反馈控制（LQR）的设计流程。同时，书中也包含了如何利用实验数据对未知系统参数进行系统辨识的实用方法论，以构建更贴近实际的仿真模型。 结论：面向未来的计算素养 本书超越了单纯的软件操作手册，致力于培养读者在面对未知、复杂工程问题时，能够构建、求解和验证所需计算模型的能力。它强调的是计算思维的训练——如何将物理现实抽象为数学模型，如何选择最合适的计算工具和算法，并以严谨的工程标准验证结果的可靠性。掌握这些理念和技能，是每一位希望在技术前沿保持竞争力的专业人士的必备素养。 ---

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