工程力学理论与仿真 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防工业出版社

作者:李鸿

出品人:

页数:447

译者:

出版时间:2005-8

价格:39.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787118040425

丛书系列:

图书标签:

• 工程力学
• 理论力学
• 计算力学
• 有限元
• 仿真
• 结构力学
• 材料力学
• 工程分析
• 数值方法
• 力学基础

现代计算流体力学与传热传质分析 图书简介 本书深入探讨了现代计算流体力学（CFD）和传热传质问题的数值求解方法及其在工程领域的应用。全书内容结构严谨，从基本的守恒定律和微分方程出发，系统性地介绍了离散化技术、求解算法以及湍流模型、多相流和化学反应流等复杂问题的处理策略。本书旨在为读者构建一个全面、深入的理论框架，并辅以大量的实际工程案例分析，使读者能够熟练掌握利用先进CFD工具解决实际工程挑战的能力。 第一部分：计算流体力学基础与离散化技术 第一章：流体力学基本方程回顾与CFD的物理基础 本章首先回顾了牛顿流体的基本控制方程，包括连续性方程、动量方程（纳维斯维斯-斯托克斯方程）和能量方程。重点讨论了这些偏微分方程的物理意义、适用范围以及在不同参考系下的表达形式。随后，引入了CFD作为求解这些复杂方程的强大工具的必要性，并概述了CFD方法的历史沿革和主要发展方向。讨论了边界条件在流场模拟中的关键作用，包括Dirichlet、Neumann和Robin边界条件在速度、压力和温度场中的具体实现。 第二章：空间离散化方法：有限差分法、有限体积法与有限元法 这是CFD方法论的核心。本章详细介绍了三种主要的数值离散化技术。 有限差分法（FDM）： 重点阐述了泰勒级数展开在推导高阶精度差分格式中的应用，包括一阶、二阶中心差分和迎风差分格式的构建与误差分析。讨论了FDM在规则网格上的优势与局限性。 有限体积法（FVM）： 作为当前主流CFD方法，本章深入讲解了FVM基于守恒原理的物理基础，即对方程在控制体上的积分形式进行离散化。详细推导了对流项（如TVD格式）、扩散项和源项在非结构化网格上的离散化过程，特别关注了通量计算的稳定性与精度平衡。 有限元法（FEM）： 介绍了形函数、试函数和加权残量法（如伽辽金法），着重分析了FEM在处理复杂几何边界时的优势及其在非线性问题求解中的应用潜力。 第三章：网格生成与质量控制 高质量的计算网格是高精度CFD模拟的前提。本章系统介绍了结构化网格、非结构化网格和混合网格的生成技术。详细讨论了边界层网格（如$y^+$值的控制）、网格加密（局部细化）的策略。此外，还对网格质量指标（如正交性、纵横比、雅可比行列式）进行了量化评估，并探讨了如何诊断和改进低质量网格对数值解的影响。 第二部分：求解算法与收敛性分析 第四章：压力-速度耦合算法 流体力学方程中的压力和速度之间存在强耦合关系，是求解过程中的核心难点。本章详细剖析了处理这种耦合的经典算法： SIMPLE 算法族： 详细推导了SIMPLE、SIMPLER、PISO和 הספר（Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations）算法的迭代修正步骤、压力泊松方程的建立与求解，并分析了其在稳态和瞬态问题中的适用性。 基于迭代法的求解器： 讨论了压力泊松方程的代数求解技术，包括预条件子共轭梯度法（PCG）、代数多重网格法（AMG）等，以及它们在处理大规模稀疏线性系统时的效率。 第五章：时间离散化与稳态/瞬态求解 针对瞬态问题，本章介绍了时间方向上的离散化方法，包括一阶隐式（后向欧拉）、二阶隐式（Crank-Nicolson）和非保真（如向后差分）格式。重点对比了这些方法的稳定性和精度。讨论了稳态问题的迭代收敛准则、残差分析及其与物理收敛的区分。对于非线性问题，介绍了牛顿法及其修正形式在加速全局收敛中的应用。 第六章：数值稳定性与湍流模型的应用 本章关注数值解的可靠性。讨论了CFD求解中的数值耗散与色散现象，并提出了诸如通量限制器（Flux Limiter）等提高迎风格式稳定性的技术。 在湍流模型方面，本书重点分析了以下几类： 雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型： 详细介绍 $k-epsilon$ 模型（标准、RNG、Realizable）、$k-omega$ 模型（标准、SST）的数学结构、适用范围及其在剪切流和近壁区处理上的差异。 大涡模拟（LES）与直接数值模拟（DNS）： 简要介绍了LES的亚格子应力模型（如Smagorinsky模型）和DNS对计算资源的要求，为读者理解高精度模拟的可能性提供基础。 第三部分：传热传质分析与高级主题 第七章：对流传热的数值模拟 本章将流体力学与能量方程的求解相结合。重点讨论了如何将能量方程准确地耦合到速度-压力求解过程中。详细分析了不同边界条件（如恒定壁面温度、恒定热流密度）下的数值处理。针对高Péclet数（对流占主导）问题，探讨了温度场的数值扩散问题，并提出了高分辨率对流项离散格式。 第八章：传质现象与多相流模拟 传质问题涉及组分浓度、扩散和对流。本章推导了扩散-对流方程的守恒形式，并讨论了如何将质量分数或摩尔分数纳入求解框架。 在多相流方面，本书侧重于气-液或固-液分散体系的建模： 欧拉-欧拉（Euler-Euler）模型： 基于双流体或多流体假设，讨论了相间动量、能量和质量交换的耦合项（曳力、升力、湍流扩散等）的经验模型。 拉格朗日欧拉（Euler-Lagrange）模型： 重点介绍了离散相模型（DPM），用于模拟稀疏粒子或液滴在连续相中的运动轨迹预测，适用于燃烧、喷雾和颗粒输运问题。 第九章：高级应用案例分析 本章通过多个跨学科的工程案例，展示如何整合前述理论与技术进行实际问题求解： 案例一：航空器外部流动与气动热分析： 涉及复杂三维网格、高马赫数下的可压缩流（激波捕捉）和壁面热边界条件的耦合计算。 案例二：换热器内部流动与效率优化： 采用RANS模型分析壳管式或板式换热器中的非均匀流动导致的传热效率下降，并探讨如何通过优化结构设计（如挡板设计）来增强混合。 案例三：化学反应器中的火焰与污染物生成： 结合了反应动力学模型（如有限速率化学）与湍流燃烧模型（如PDF或有限速率ESM），模拟燃烧室内的污染物（如NOx, CO）的生成和排放特性。 全书的结构设计力求理论的深度与工程应用的广度相统一，是CFD专业研究人员和高级工程师进行数值模拟的有力参考。

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我最近在研究有限元分析（FEA）软件的应用，手头翻阅的这本《结构动力学与模态分析实践指南》可以说是一剂强心针。它没有过多纠缠于复杂的数学推导，而是聚焦于如何将实际工程问题转化为有限元模型，特别是针对非线性材料和接触问题，作者给出的建模步骤和注意事项非常细致，几乎就像手把手教你操作一样。我尤其欣赏其中关于计算收敛性和网格划分对结果影响的章节，作者用实际的案例对比了不同网格密度下结构的固有频率和振型，这对于我优化仿真效率非常有帮助。这本书的视角非常“工程化”，更侧重于“如何解决问题”而不是“公式是怎么来的”，对于一线工程师来说，这本书的实用价值远超一般的理论教科书，内容组织逻辑清晰，是工具书性质的上乘之作。

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这本《机械设计原理与运动控制》读起来简直是一种享受，它的叙事风格非常活泼，完全没有传统机械设计教材那种板着脸孔的感觉。作者似乎非常懂得年轻读者的学习习惯，大量运用了流程图和对比表格来梳理复杂的机构设计流程，比如凸轮机构的设计，它不仅讲解了遵循的几何约束，还引入了现代控制理论中的PID算法来优化其运动平稳性，这种跨学科的融合处理得非常自然。我个人觉得最棒的是关于齿轮强度校核的部分，它结合了最新的国际标准，并附带了相应的Excel宏程序供读者练习，大大降低了实际计算的门槛，让复杂的工程计算变得触手可及，非常适合作为机械专业本科生的入门教材。

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这本《材料力学基础》的插图设计真是让人眼前一亮，不像很多教材那样枯燥乏味，它用大量的彩色图表和实际工程案例来解释复杂的受力分析和应力应变关系，特别是关于梁的弯曲和扭转那一章，作者的讲解深入浅出，配合着动态的仿真截图，让我这个初学者一下子就抓住了核心概念。我记得以前看别的书的时候，什么正应力、剪应力，感觉像在背公式，但这本书通过形象的比喻，比如把材料比作弹簧矩阵，一下子就清晰了。书中的习题设计也很有层次感，从基础的静力学平衡，到后期的复杂结构分析，难度梯度设置得非常合理，我做完后感觉对工程结构的稳定性有了更直观的认识，而不是停留在纯粹的数学推导上，强烈推荐给所有准备考研或者从事结构设计的朋友们。

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翻开这本《断裂力学与疲劳寿命预测》，一股严谨的学术气息扑面而来。这本书的深度和广度令人印象深刻，它不仅仅停留在线弹性断裂力学的基础概念，更是深入探讨了弹塑性断裂、界面断裂等前沿课题，参考文献的引用也非常权威和及时，可见作者下了极大的功夫。对于裂纹扩展的数值模拟部分，作者详尽地介绍了J积分和C*参数的应用场景，这对于研究高能量密度材料失效的科研人员来说，绝对是宝贵的资料。虽然阅读起来需要一定的专业背景支撑，但正是这种扎实的理论深度，确保了它在行业内的权威地位，绝对是作为专业参考书放在案头必备的一本“镇宅之宝”。

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我最近正在努力理解复杂流体的输运现象，手里拿着的这本《计算流体力学（CFD）基础算法与应用》可以说是我的“救星”。这本书的结构非常巧妙，它没有一开始就抛出纳维-斯托克斯方程的离散化，而是先用直观的流体运动案例来铺垫，例如如何用有限体积法处理对流项。作者对数值稳定性的讨论非常到位，特别是关于舒斯特龙迭代和RANS模型的选择，都有翔实的论证。更难能可贵的是，书中专门开辟了一章详细介绍了如何使用OpenFOAM进行二次开发，并附带了完整的代码片段，这对于希望从“使用者”蜕变为“开发者”的读者来说，提供了极佳的实践路径。这本书的理论深度和工程实践指导性达到了一个近乎完美的平衡点。

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