ANSYS 10.0工程电磁分析技术与实例详解 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国水利水电

作者:阎照文

出品人:

页数:483

译者:

出版时间:2006-11

价格:56.00元

装帧:

isbn号码:9787508440859

丛书系列:万水ANSYS技术丛书

图书标签:

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《工程电磁场仿真与应用》 本书深入探讨了现代工程电磁场分析的理论基础、数值方法及其在实际工程问题中的应用。全书共分为三个部分，旨在为读者提供一个全面而系统的学习框架。 第一部分：工程电磁场理论基础 本部分系统梳理了电磁场理论的核心概念，为后续的仿真分析奠定坚实的理论基础。 第一章：麦克斯韦方程组与边界条件 详细介绍了电磁场在时域和频域下的麦克斯韦方程组，包括高斯定律、磁场的高斯定律、法拉第电磁感应定律以及安培-麦克斯韦定律。 深入分析了不同介质界面上的电磁场边界条件，如电场和磁场切向分量的连续性，以及电位移矢量和磁感应强度的法向分量在有自由电荷或磁荷时的跳变。 阐述了标量势和矢量势在描述电磁场中的作用，以及它们与电场和磁场之间的关系。 回顾了电磁势与电磁场的互换原理，为波动方程的推导做准备。 第二章：电磁波的传播与辐射 基于麦克斯韦方程组，推导了齐次和非齐次介质中的电磁波动方程。 分析了平面电磁波在无限均匀介质中的传播特性，包括传播常数、相位常数、衰减常数、相速度和群速度。 详细讲解了电磁波在不同阻抗介质界面上的反射和折射现象，包括斯涅尔定律和菲涅尔方程，并讨论了全反射条件。 介绍了有限尺寸导体天线（如偶极子天线、单极子天线）的辐射特性，包括方向图、增益、效率和输入阻抗等概念。 探讨了散射理论的基础，包括米氏散射和瑞利散射，以及它们在目标识别和环境监测中的应用。 第三章：电磁场与物质的相互作用 详细研究了静电场和静磁场中的电介质和磁性材料的性质，包括极化、磁化、介电常数、磁导率和损耗等。 分析了导体的电导率、皮肤效应以及电阻和电感参数。 深入讨论了电磁场与等离子体、半导体等特殊材料的相互作用，以及相应的本构关系。 介绍了非线性电磁现象，如饱和磁化、介电击穿等，以及它们对电磁场行为的影响。 第二部分：工程电磁场数值分析方法 本部分重点介绍当前广泛应用于工程实践的几种主流数值计算方法，并分析其原理、特点及适用范围。 第四章：有限元方法（FEM） 系统阐述了有限元法的基本思想：将连续的求解域离散化为有限个小的、形状规则的单元，并在单元内用插值函数（形函数）近似场变量。 详细介绍了如何根据麦克斯韦方程组推导出弱形式（积分形式），并应用加权余量法（如伽辽金法）得到单元方程组。 讲解了网格剖分策略，包括三角形、四边形、四面体和六面体单元的选择，以及网格质量对精度的影响。 重点分析了低频、稳态和瞬态问题的有限元求解流程，以及边界条件和初始条件的施加方法。 讨论了有限元方法在静电场、静磁场、低频交变电磁场（如电感、电容计算）、电磁兼容（EMC）等问题中的应用。 第五章：边界元方法（BEM） 介绍了边界元法的核心理念，即仅在问题的边界上建立离散化的模型，这在求解大尺度或半无限域问题时具有显著优势。 推导了积分方程的数学基础，如索末菲积分方程（Sommerfeld integral equation），并讲解了格林函数（Green's function）在构建积分方程中的作用。 分析了边界元法的离散化过程，包括边界单元的选择和边界自由度的定义。 详细阐述了边界元法在自由空间电磁散射、天线辐射分析、屏蔽效能评估等问题中的应用。 比较了边界元法与有限元法的异同，特别是在计算效率和适用范围上的差异。 第六章：时域有限差分方法（FDTD） 系统讲解了FDTD方法的基本原理，即使用中心差分格式将麦克斯韦方程组进行离散化，并将电场和磁场在空间和时间上交错网格（Yee网格）上表示。 详细分析了FDTD算法的稳定性条件（CFL条件）以及边界吸收层（ABC）（如MUR吸收层、PML吸收层）在模拟无限区域传播时的作用。 探讨了FDTD方法在分析瞬态电磁现象（如脉冲传播、瞬态响应）、雷达散射截面积（RCS）计算、电磁脉冲（EMP）效应、电磁兼容性（EMC）等领域中的应用。 介绍了FDTD在处理复杂几何形状和非均匀介质时的网格划分技巧。 第七章：其他数值方法简介 简要介绍了矩量法（Method of Moments, MoM）的核心思想，即在待求区域或其边界上建立未知函数（如电流、电荷）的展开式，通过待定系数和基函数与检验函数（如狄拉克函数、斜切函数）的内积，将积分方程转化为代数方程组。 概述了有限体积法（Finite Volume Method, FVM）的原理，即将求解域划分为有限个控制体积，并对每个控制体积应用积分形式的守恒定律。 对不同数值方法的适用性、计算资源需求、精度特点以及在特定工程问题中的最佳选择进行了比较分析。 第三部分：工程电磁场分析实例详解 本部分结合实际工程背景，通过具体的应用案例，演示如何运用前两部分介绍的理论和方法进行问题分析和求解。 第八章：微波工程实例 实例1：传输线特性阻抗与损耗计算 使用有限元方法分析不同截面形状（如矩形、圆形、不规则形状）的传输线，精确计算其特性阻抗、传播常数和损耗。 讨论了传输线参数对信号完整性的影响。 实例2：平面微带天线设计与仿真 利用FDTD或BEM方法对微带贴片天线进行建模和仿真，优化天线尺寸以实现特定频率和带宽。 分析天线的方向图、增益和输入阻抗。 实例3：波导模式分析与耦合器设计 运用有限元方法分析不同形状（如矩形、圆波导）的传播模式，并研究不同波导结构间的耦合效应。 设计并仿真耦合器（如魔T、定向耦合器）的关键参数。 第九章：电磁兼容（EMC）与屏蔽分析实例 实例1：PCB板电磁辐射分析 使用FDTD或FEM方法分析PCB板上的信号走线产生的电磁辐射，评估其对周围设备的影响。 研究走线布局、滤波器件等对辐射抑制的效果。 实例2：金属屏蔽箱的屏蔽效能仿真 利用BEM或FEM方法分析金属屏蔽箱的电磁屏蔽效能，评估其对内部敏感电路的保护能力。 讨论了屏蔽箱的开孔、缝隙对屏蔽效果的影响。 实例3：电缆的串扰分析 研究多根并行电缆之间的耦合电磁场，分析信号串扰的产生机理和传播路径。 提出抑制串扰的设计建议，如改变布线方式、增加屏蔽层等。 第十章：电机与变压器电磁分析实例 实例1：永磁同步电机（PMSM）的电磁转矩计算 运用FEM方法建立PMSM的二维或三维模型，计算电磁转矩、反电动势和气隙磁密分布。 分析不同结构参数（如转子永磁体尺寸、定子槽形）对电机性能的影响。 实例2：变压器漏磁与损耗分析 采用FEM方法计算变压器绕组之间的漏磁场，分析漏磁对电感和损耗的影响。 研究变压器铁芯损耗（涡流损耗和磁滞损耗）的分布和大小。 实例3：感应加热的温度场与电磁场耦合分析 通过电磁场与热传导的耦合仿真，分析感应加热设备中感应线圈产生的电磁场分布及其对工件的加热效果。 研究加热时间和功率对温度场分布的影响。 第十一章：其他工程应用实例 实例1：生物电磁效应研究（例如：手机辐射对人体头部的影响） 构建人体模型和手机模型，运用FEM分析手机工作时产生的电磁场在人体组织中的分布和吸收率（SAR值）。 实例2：光波导与光子器件分析（简述） 简要提及基于麦克斯韦方程组求解的光波导模式分析和光子晶体器件的仿真，展示电磁场分析在光学领域的应用。 本书旨在为读者提供一个扎实的理论基础和丰富的实践经验，帮助他们能够独立运用先进的电磁场分析软件解决实际工程问题，提升产品性能，并应对日益严峻的电磁兼容挑战。

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这本书在介绍ANSYS电磁分析的应用方面做得非常出色，它不仅仅是操作手册，更是原理与实践的结合体。我尤其被书中关于谐波稳态分析的章节所吸引。作者通过对微波腔体、天线阵列等典型结构的仿真分析，深入浅出地阐述了谐波分析的设置要点和结果解读。比如，在分析一个高频传输线时，书中详细讲解了如何进行端口激励的定义，如何设置适当的扫描频率范围，以及如何提取S参数并进行分析，例如分析阻抗匹配、反射损耗和插入损耗等关键指标。此外，书中还讨论了如何利用 ANSYS 的内置工具进行后处理，如绘制远场辐射方向图、近场分布图以及表面电流密度图等，这些图谱对于理解电磁波的传播特性和优化结构设计非常有帮助。作者在讲解过程中，还会穿插一些关于数值算法的介绍，比如有限元法在电磁场分析中的应用，虽然没有深入到数学推导的层面，但足以让读者对仿真结果的可靠性有更清晰的认识。另外，书中关于参数化扫描和优化设计的章节也极大地拓展了我的视野，让我认识到 ANSYS 不仅可以进行单次仿真，还可以通过参数化设置实现批量仿真和自动优化，从而找到满足特定性能要求的最优设计方案。这本书的实用性在于，它能够帮助读者从零开始，逐步掌握 ANSYS 电磁分析的各项功能，并能够将其应用于实际的工程设计和研究中。

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这本书的理论深度和实践广度都令人印象深刻，特别是它对复杂耦合问题的处理能力。我在学习过程中，对书中关于多物理场耦合分析的部分给予了高度评价。它不仅涵盖了电磁场与热场的耦合，还涉及电磁场与结构应力的耦合。以一个电磁加热器的设计为例，书中详细演示了如何建立一个同时包含电磁场和温度场仿真的模型。首先，通过电磁场仿真计算出由于电流流过导体产生的焦耳热，然后将这些热源项传递给热场仿真模块，计算出稳态或瞬态的温度分布。书中还对温度场分布的解读做了详细的说明，例如识别热点区域、计算温度梯度等。更进一步，作者还展示了如何将由此产生的热应力耦合到结构力学分析中，从而评估器件在高温下的结构完整性和可靠性。这种多物理场耦合分析的能力，对于设计那些需要在复杂工况下工作的电磁器件至关重要。书中对不同耦合类型（瞬态耦合、稳态耦合、单向耦合、双向耦合）的划分和讲解，也使我受益匪浅，让我能够根据实际需求选择最合适的仿真策略。此外，书中关于材料非线性特性（如磁饱和、温度依赖性）的处理也十分到位，这使得仿真结果更加接近真实物理情况。总之，这本书为我提供了一个理解和解决复杂工程问题的强大平台。

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这本书在 ANSYS 工程电磁分析的实例应用方面做得非常出色，它不仅提供了详尽的操作步骤，更重要的是深入挖掘了每个实例背后的物理原理和工程意义。我尤其被书中关于永磁同步电机（PMSM）仿真分析的章节所吸引。书中详细介绍了如何利用 ANSYS Maxwell 构建 PMSM 的二维和三维模型，包括定子、转子、永磁体和绕组的精确建模。更重要的是，书中清晰地展示了如何施加不同工况下的电压或电流激励，如何设置边界条件，以及如何进行瞬态仿真来分析电机的启动特性、稳态运行性能和堵转特性。我特别欣赏书中关于如何计算电磁力矩、反电动势、损耗和效率的详细说明，以及如何通过后处理工具来可视化磁场分布、转矩波动等关键参数。这些信息对于理解电机的性能和优化设计至关重要。此外，书中对电磁感应加热的分析也给我留下了深刻的印象，它展示了如何精确模拟感应加热过程中感应电流的分布、焦耳热的产生以及温度场的演变，这对于设计高效节能的加热设备非常有价值。这本书通过丰富的实例，让我对 ANSYS 在不同领域电磁分析的应用有了更全面的认识。

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这本书在 ANSYS 工程电磁分析技术的应用方面，展现了其无与伦比的实用性和深入的专业性。我尤其对书中关于电磁驱动部件（如电磁阀、电磁继电器）的仿真分析给予高度评价。书中详细演示了如何利用 ANSYS Maxwell 建立这些部件的几何模型，精确地模拟了其内部的磁场分布、线圈的感应电动势以及动触点之间的吸合过程。我特别欣赏书中对于施加激励方式的讲解，例如如何根据实际工作电压和电流来设置线圈的激励，以及如何考虑线圈的直流电阻和电感。书中对于移动部件的运动仿真设置也十分到位，它展示了如何定义动体的初始位置、运动约束以及阻尼力，从而精确地模拟电磁力驱动部件的运动过程。通过对仿真结果的分析，我不仅能够预测部件的吸合时间和释放时间，还能够评估其产生的电磁力大小、线圈的发热情况以及动部件的运动轨迹。此外，书中关于这些部件的可靠性分析，如触点磨损、线圈寿命的估算，也提供了重要的参考信息。这本书的价值在于，它能够帮助工程师深入理解电磁驱动部件的工作原理，并优化其设计以提高性能和可靠性。

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这本书的内容丰富且极具指导性，尤其是在 ANSYS 进行电磁场与温度场耦合分析方面，给予了我深刻的启发。我曾经面临一个挑战，需要分析一个大功率电感器在连续工作下的温度升高情况，以及温度升高对其电磁性能的影响。这本书中的相关章节恰好解决了我的难题。它详细介绍了如何在 ANSYS Workbench 中建立一个从电磁场仿真到瞬态热仿真再到结构力学仿真的耦合流程。首先，通过电磁场仿真计算出由于电流通过绕组产生的焦耳损耗，并将这些损耗密度作为热源项传递给热仿真模块。接着，在热仿真模块中，设置了相应的散热条件（如自然对流、强制对流或辐射），并求解了稳态或瞬态的温度分布。书中对温度分布的解读做了非常细致的指导，包括如何识别温度最高点、如何分析温度场的均匀性以及如何估算器件的寿命。最重要的是，书中还展示了如何将由此产生的热应力耦合到结构力学分析中，评估器件在高低温交替下的形变和应力分布，从而确保其结构的可靠性。这种多物理场耦合分析能力，让我对 ANSYS 的强大功能有了更深入的认识，也为我解决实际工程问题提供了有力的支撑。

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这本书在 ANSYS 工程电磁分析领域的实用性和深度都达到了相当高的水平，我从中受益匪浅。在阅读过程中，我发现书中关于电磁兼容性（EMC）分析的章节尤为精彩。它不仅讲解了 EMC 的基本概念，如辐射骚扰、传导骚扰、抗扰度等，还详细介绍了如何利用 ANSYS 来进行相关的仿真分析。例如，在设计一个电子设备时，如何通过仿真预测其电磁辐射水平，如何通过对 PCB 布局、屏蔽设计和滤波电路的优化来降低电磁干扰，以及如何模拟设备对外部电磁场的抗扰能力。书中通过具体的案例，如对开关电源的 EMI 分析，演示了如何识别 EMI 源、如何进行传导发射和空间辐射的仿真，以及如何通过修改设计参数来改善 EMC 性能。我尤其欣赏书中关于 PCB 板层设计、走线规则以及去耦电容 placement 对 EMC 性能影响的分析，这些细节对于提高产品质量至关重要。此外，书中关于电磁散射和衍射的分析也给我留下了深刻的印象，这在雷达目标识别、电磁隐身等领域有着广泛的应用。作者在讲解这些高级主题时，依然保持了清晰的逻辑和详细的步骤，使得复杂的概念变得易于理解。这本书的价值在于，它能够帮助工程师解决实际工程中遇到的 EMC 问题，并提供有效的仿真工具和方法。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对 ANSYS 电磁分析充满兴趣的学习者，这本书为我打开了新世界的大门。它在基础理论的讲解上非常扎实，为后续的实例应用打下了坚实的基础。我尤其喜欢书中关于麦克斯韦方程组在 ANSYS 中的体现和应用的章节。作者并没有回避理论的重要性，而是以一种通俗易懂的方式解释了电场、磁场、电位和磁位等基本概念，并阐述了它们如何通过 ANSYS 的 solver 被数值求解。书中关于不同求解器（如瞬态求解器、频域求解器）的适用场景和优缺点的分析，也帮助我更好地理解了如何根据具体的物理问题选择最合适的求解方法。例如，在分析低频电磁感应加热时，书中指导如何使用瞬态求解器来模拟感应电流的产生和热量的分布；而在分析高频天线辐射时，则推荐使用频域求解器来获取稳态的辐射特性。书中对于网格划分策略的讲解也十分详尽，从基本的单元选择到高级的网格自适应控制，都给出了清晰的指导和建议，这对于保证仿真结果的精度至关重要。我尤其对书中关于网格收敛性研究的讨论印象深刻，这让我理解了如何通过调整网格密度来验证仿真结果的可靠性。这本书的学习体验非常顺畅，内容循序渐进，易于理解，非常适合初学者入门。

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这本书的深度和广度都令人赞叹，尤其是它对 ANSYS 在微波和射频工程领域的应用做了非常详尽的阐述。我尤其对书中关于天线设计和仿真的章节非常感兴趣。书中详细介绍了如何利用 ANSYS HFSS 来设计和分析各种类型的天线，例如偶极子天线、偶极子天线、贴片天线、喇叭天线等。它不仅展示了如何构建天线的几何模型，如何设置适当的激励源和边界条件，还详细讲解了如何进行 S 参数分析、远场辐射分析、近场分析以及阻抗匹配优化。我特别欣赏书中关于不同天线类型的设计理念和优化策略的讨论，例如如何通过调整贴片尺寸和馈电方式来改变天线的辐射方向和带宽，以及如何利用超材料技术来提升天线的性能。此外，书中关于传输线和连接器仿真的内容也为我提供了宝贵的参考，它教会我如何分析传输线中的信号传播特性、如何识别和消除信号反射，以及如何设计高可靠性的连接器。这些知识对于从事高频电子产品设计的人员来说至关重要。这本书的实用性体现在它能够帮助读者快速掌握 HFSS 的核心功能，并将其应用于实际的天线和射频电路设计中。

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这本书确实是学习ANSYS电磁分析的宝贵资源，内容详实，覆盖面广，从基础原理到高级应用都有涉及。我在阅读过程中，特别对书中关于瞬态电磁场分析的章节印象深刻。作者通过详细的步骤和清晰的图示，一步一步地引导读者如何设置模型、定义材料属性、施加激励、选择求解器以及后处理分析结果。例如，在分析一个电动机的启动过程时，书中不仅展示了如何构建复杂的几何模型，包括转子、定子、绕组等，还详细讲解了如何根据电机的实际物理参数设置材料的磁导率、电阻率等。更重要的是，书中对于时间步长的选择、瞬态求解器的收敛性控制以及如何解释瞬态仿真结果中的能量损耗、电磁力变化等都有深入的探讨。我尤其欣赏作者在讲解过程中引入的实际工程案例，比如一个变压器在不同负载下的电磁耦合分析，这使得理论知识能够直观地与工程实践联系起来。通过这些实例，我不仅掌握了ANSYS的具体操作技巧，更重要的是理解了电磁场在不同工况下的行为规律。书中对边界条件的处理也给我留下了深刻的印象，无论是理想导体边界还是对称边界，作者都给出了清晰的设置指导和相应的物理意义解释，这对于准确模拟实际物理问题至关重要。总的来说，这本书为我提供了一个系统学习ANSYS电磁分析的框架，也为我解决实际工程问题提供了强大的工具和方法。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值远不止于技术手册，它更像是一位经验丰富的导师，引导我深入理解 ANSYS 在工程电磁分析中的强大能力。我特别对书中关于电磁结构优化设计的部分进行了深入学习。书中详细讲解了如何利用 ANSYS 结合优化算法，来实现电磁器件的性能提升。例如，在设计一个高效的电磁线圈时，书中展示了如何通过参数化扫描和响应面法，来优化线圈的匝数、导线直径、线圈形状等参数，以达到最小化电阻损耗或最大化磁场强度的目标。我也对书中关于形状优化和拓扑优化的讨论留下了深刻印象，这为设计出具有创新性和高性能的电磁结构提供了新的思路。书中通过一个关于微波滤波器设计的案例，清晰地展示了如何结合 ANSYS 的参数化设计和优化模块，来找到最优的几何参数，从而实现精确的频率响应和低损耗。此外，书中关于灵敏度分析的讲解也让我明白了不同设计参数对最终性能的影响程度，这有助于我更有效地进行设计决策。总的来说，这本书不仅教授了 ANSYS 的操作技巧，更重要的是培养了工程设计思维和解决问题的能力，让我能够更自信地应对复杂的电磁设计挑战。

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这本书是个神书，算例非常好，只是某些算例是无法实现的。

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