火灾下建筑构件内温度场数值模拟基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社发行部

作者:刘永军

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2006-1

价格:39.0

装帧:精裝本

isbn号码:9787030170477

丛书系列:

图书标签:

• 火灾安全
• 数值模拟
• 建筑工程
• 结构工程
• 温度场
• 有限元
• 计算流体力学
• 热传导
• 建筑防火
• 数值分析

《火灾下建筑构件内温度场数值模拟基础》 本书旨在为读者提供关于建筑构件在火灾环境下温度场数值模拟的全面而深入的理解。全书分为十一章，循序渐进地引导读者掌握从理论基础到实际应用的整个过程。 第一章：火灾科学与建筑构件概述 本章首先介绍火灾的基本发生机理、发展阶段以及不同类型火灾（如敞开火、封闭火）的特点，重点阐述火灾产生的热量传递方式，包括传导、对流和辐射。随后，对建筑构件在火灾中的关键作用进行分析，包括承重构件（如梁、柱、楼板）和围护构件（如墙体、门窗）的材料特性、结构形式及其在火灾中的性能表现。最后，强调对建筑构件进行火灾温度场模拟的重要性，为后续章节的学习奠定基础。 第二章：热力学基础与传热方程 本章回顾了热力学基本定律，重点阐述热量传递的本质。详细推导了导热微分方程，这是进行温度场数值模拟的核心数学模型。内容涵盖了傅里叶导热定律、牛顿冷却定律以及普朗特定律等基本传热学概念，并结合不同材料的导热系数、比热容和密度等热物理性质，说明其对温度场分布的影响。 第三章：数值模拟方法导论 本章详细介绍几种常用的数值模拟方法，特别是有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）和有限体积法（FVM）在传热问题中的应用。对每种方法的原理、优点和局限性进行深入分析，并展示它们如何离散化连续的传热方程，从而转化为可求解的代数方程组。读者将学习到如何根据问题的特点选择最适合的数值方法。 第四章：有限元方法在传热问题中的应用 本章聚焦于有限元方法，详细讲解其在建筑构件温度场模拟中的具体实施步骤。内容包括：单元划分（网格生成）、形函数选取、单元刚度矩阵和载荷向量的推导，以及整体方程组的组装。通过具体的算例，演示如何建立和求解包含复杂几何形状和边界条件的温度场模型。 第五章：边界条件与初始条件设定 本章是数值模拟成功的关键。详细阐述了在火灾环境下，建筑构件可能遇到的各种边界条件，包括：第一类边界条件（指定温度）、第二类边界条件（指定热流密度，例如火源辐射）和第三类边界条件（对流换热，例如空气与构件表面的热交换）。特别强调了火灾模型（如ISO 834标准火、RSET模型等）如何转化为边界条件施加到构件表面。同时，介绍如何根据实际情况设定合理的初始温度分布。 第六章：火灾模型与热负荷计算 本章深入探讨火灾模型在数值模拟中的作用。详细介绍几种国际上广泛应用的火灾模型，例如ISO 834 标准火，以及基于火灾中可燃物燃烧速率和通风条件计算的热负荷模型。学习如何根据具体的火灾场景和建筑物的火灾风险评估结果，选择并应用合适的火灾模型来确定构件表面的温度随时间的变化，从而为后续的数值计算提供准确的热输入。 第七章：材料热物理性质的确定 本章重点关注材料的力学和热学性能如何随温度变化。详细介绍钢材、混凝土、木材等常见建筑材料在高温下的热物理性质（导热系数、比热容、密度）及其变化规律。同时，探讨了材料力学性能（弹性模量、屈服强度、泊松比）在高温下的退化机理，并介绍如何将这些随温度变化的材料参数耦合到温度场模拟中，以更真实地反映构件在火灾中的行为。 第八章：结构耦合分析基础 本章介绍如何将温度场模拟结果与结构力学分析相结合。阐述了热应力产生的机理，以及温度场分布如何引起构件内部的应力应变。学习如何将温度场计算得到的节点温度导入到结构有限元分析模型中，计算构件在火灾下的应力、应变以及变形，为评估构件的承载能力提供依据。 第九章：二维温度场模拟实例 本章通过具体的二维算例，手把手指导读者进行火灾下建筑构件的温度场数值模拟。内容涵盖：使用专业的有限元分析软件（如ANSYS, Abaqus等）进行模型几何构建、网格划分、材料属性定义、边界条件施加、求解器设置以及结果后处理。通过对墙体、楼板等二维截面进行模拟，直观展示温度在构件截面内的分布规律。 第十章：三维温度场模拟与复杂构件分析 本章将模拟的复杂性提升到三维层面。重点讲解如何处理复杂几何形状的建筑构件，如钢柱、钢梁、混凝土梁柱节点等。介绍三维建模的技巧，以及如何对三维模型进行网格划分以保证计算精度。通过分析三维钢梁在火灾中的温度分布，演示温度场的空间变化特性，以及如何评估构件不同部位的受热情况。 第十一章：结果分析与工程应用 本章聚焦于如何解读和应用数值模拟得到的结果。详细介绍温度-时间曲线、温度云图、等温线图等可视化分析方法，以及如何根据模拟结果评估构件的耐火极限。探讨了如何将模拟结果应用于实际工程中，例如：预测构件的破坏时间、优化防火保护措施的设计、进行火灾风险评估以及为建筑物的火灾安全设计提供科学依据。 本书力求理论与实践相结合，通过详实的讲解和丰富的算例，帮助读者系统掌握火灾下建筑构件温度场数值模拟的理论知识和操作技能，为从事建筑防火、结构安全评估等领域的专业人士提供有力的技术支持。

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老实说，这本书的排版和字体选择是偏向学术性的，初看可能略显严肃，但一旦沉浸其中，你很快就会被其内容的深度所吸引。我个人对其中关于材料非均匀加热效应的讨论印象深刻。作者深入探讨了混凝土内部的水分迁移和相变吸热对温度场分布的显著影响，这在很多简化模型中是被忽略的。书中详细列举了考虑水分迁移的传热方程修正形式，并展示了在不同含水率的混凝土试件中，温度梯度是如何被“削平”的。这种对细节的极致追求，使得这本书的结论具有极高的可信度和推广价值。它不是一本速成的读物，更像是一份需要耐心研读的学术财富，能帮助读者真正掌握数值模拟背后的物理内涵，而不是仅仅停留在软件操作层面。

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这本书的内容组织逻辑清晰得令人赞叹，作者似乎对读者的知识背景做了细致的考量。开篇部分对火灾荷载的分类和标准做了详尽的介绍，这部分内容对于理解后续的数值模型输入至关重要，体现了作者“知其然更要知其所以然”的教学理念。随后，对不同类型构件（钢结构、混凝土结构）在高温下的力学响应变化也进行了概述，虽然重点是温度场，但这种跨学科的融合使得整个阅读体验更加丰满。我尤其关注了关于火灾中热辐射和自然对流耦合模拟的那几节，作者没有简单地引用标准公式，而是深入探讨了如何在地板、墙体等复杂几何形状中准确建模辐射换热的复杂性，并对比了不同模型的精度和计算效率。这本书在深度和广度上找到了一个绝佳的平衡点，它既能满足高校研究生的理论需求，也能为一线结构设计师提供解决实际问题的工具箱。

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这本书的阅读体验非常“厚重”，但这种厚重感并非来自冗余的文字，而是知识密度的体现。我花了很长时间才消化完关于时间步长选择和收敛性判断的部分。作者在这部分的处理非常精细，他没有简单地说“选择小的步长”，而是从半隐式和全隐式算法的角度，结合材料的瞬态热响应特性，给出了如何根据模型特点进行自适应时间步长控制的建议。这让我意识到，之前很多草率的模拟设置其实存在潜在的误差风险。此外，书中大量的插图和表格——尤其是那些不同温度下材料性能曲线的对比图——极大地提高了理解效率。它们不像某些资料那样只是图示，而是具有明确的数据支撑，能够直观地展现材料衰减的速度和临界温度点。这本书更像是一本工具书，每次翻阅都能发现新的细节和可以优化的地方。

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我拿到这本书后，首先感受到的是其学术上的严谨性，随后的阅读过程则不断强化了这种印象。书中对边界条件复杂性的处理堪称教科书级别。我们知道，在真实的火灾场景中，构件与环境的接触面往往是多变的，热边界条件并非恒定的热流密度或恒定温度。作者详尽地讨论了如何根据通风条件、烟气温度梯度，以及构件暴露面积比，来动态地调整表面热边界条件，甚至还涉及了火灾模型（如Zone Model）与结构热应力模型的耦合接口问题。这部分内容对于那些试图构建高保真数字孪生的研究者来说，价值无法估量。它不仅告诉我们如何输入数据，更重要的是，指导我们如何基于物理现象来构建最符合实际的数学模型，这才是数值模拟的核心所在。

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这本书的装帧和设计都透露着一股严谨的气息，封面上那张清晰的有限元网格图，一下子就抓住了我的眼球。我本来以为这会是一本晦涩难懂的纯理论著作，但翻开目录后才发现，它涵盖的内容相当全面。从材料热物理性质的基础回顾，到热传导方程的求解方法，再到复杂的边界条件处理，作者似乎想把所有相关的知识点都串联起来。尤其让我惊喜的是，书中专门辟出了一章来介绍常用的商业软件（比如ABAQUS或ANSYS）在模拟这类问题时的具体操作流程和后处理技巧。这对于工程实践者来说，简直是雪中送炭。我特别欣赏作者在推导过程中对物理意义的强调，很多复杂的公式后面都有直观的解释，让人不至于迷失在数学符号的海洋里。可以说，它不仅仅是本教科书，更像是一本手把手的实战指南，为想要深入研究建筑热力学行为的工程师提供了一个坚实的理论和技术基础。

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