Tensor Calculus for Engineers

Tensor Calculus for Engineers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer Verlag
作者:Boer, R. De
出品人:
页数:600
译者:
出版时间:
价格:$ 90.34
装帧:Pap
isbn号码:9783540242246
丛书系列:
图书标签:
  • 张量分析
  • 工程数学
  • 微积分
  • 向量分析
  • 连续介质力学
  • 流体力学
  • 弹性力学
  • 偏微分方程
  • 物理学
  • 数学物理方法
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具体描述

This textbook introduces to the vector and tensor calculus as it is used in continuum mechanics. Therefore, it limits itself to the 3-dimensional Euclidian space. It contains, in addition, an introduction to continuum mechanics and linear shell theory. The theoretical concepts of small and finite strain elasticity, its numerical formulation and essential implementation aspects are presented in detail. After setting the variational framework of boundary value problems, several Finite Element representations are discussed. The formulation of isotropic and anisotropic elasticity is performed within a basis-independent formalism. As far as possible illustrative approaches are chosen although some of the concepts require axiomatic introduction. All chapters widely consist of examples and exercises. This book is written mainly for students in civil and mechanical engineering and bridges the gap between mathematics and its engineering application.

《张量分析在工程中的应用》 本书深入浅出地介绍了张量分析这一强大的数学工具,并重点阐述了其在现代工程领域中的广泛而关键的应用。我们旨在为工程师、研究人员以及对利用张量方法解决复杂工程问题感兴趣的学生提供一个全面而实用的指南。 核心内容概述: 张量基础概念与代数: 本书从最基本的张量定义出发,逐步介绍张量的类型(标量、矢量、二阶张量等)、张量的坐标表示、张量代数运算(加法、减法、标量乘法、外积、内积、张量乘法等)。我们将强调张量在不同坐标系下的协变和逆变性质,以及如何进行坐标变换。此外,还会介绍张量的张量积、迹、行列式等重要概念,为后续工程应用奠定坚实基础。 张量微积分: 本部分将聚焦于张量的微分运算,包括梯度、散度、旋度以及张量场的积分,如线积分、面积分和体积分。我们将详细讲解柯西-黎曼方程在张量形式下的体现,以及与标量和矢量微积分的关系。特别地,本书将介绍张量分析中的几种基本算子,如Del算子及其在不同坐标系下的具体形式,为理解物理场量的变化提供数学框架。 微分几何与张量: 张量分析与微分几何密不可分。本章将介绍曲线、曲面和流形的张量描述,包括曲率、法向量、切空间等概念。我们将利用张量工具分析曲面的度量张量、第二类微分形式,以及曲率张量(如里奇张量、魏尔斯特拉斯张量)的计算和几何意义。这对于理解材料的变形、结构应力分布等至关重要。 张量在连续介质力学中的应用: 这是本书的核心应用部分。我们将深入探讨张量在描述连续介质中的应力、应变、形变张量、应变率张量、应力张量等物理量中的作用。本书将详细推导并讲解本构方程,如线弹性材料的胡克定律(以张量形式表示)、粘性流体的Navier-Stokes方程(张量形式)、以及塑性材料的本构模型。通过具体的例子,例如杆件受力分析、板壳的弯曲、流体的流动模拟,展示张量分析如何简洁有效地捕捉复杂的物理行为。 张量在固体力学与结构工程中的应用: 本部分将聚焦于张量在结构分析中的具体应用。我们将介绍三维应力状态的分析、主应力、主应变以及最大剪应力面的求解。书中将详细讲解张量方法在计算复杂结构(如桥梁、高层建筑、航空航天器部件)的应力强度、刚度、屈曲稳定性以及疲劳寿命中的应用。例如,如何利用张量方法分析复合材料的力学性能,以及如何进行应力集中和裂纹扩展的数值模拟。 张量在流体力学与热力学中的应用: 张量在描述流体运动和热量传递方面同样不可或缺。本书将展示如何利用张量表示流体的速度梯度张量、涡量张量,以及描述湍流的雷诺应力张量。我们将讲解张量在求解Navier-Stokes方程中的数值方法,如有限元法和有限差分法。在热力学方面,本书将探讨如何用张量表示热流密度、温度梯度,以及热传导方程的张量形式。 张量在电磁学与材料科学中的应用: 本部分将介绍张量在描述电磁场中的电场张量、磁场张量、电导率张量、介电常数张量以及磁导率张量等概念。我们将分析电磁波的传播,以及在各向异性介质中的行为。在材料科学领域,张量分析被用于描述材料的晶体结构、缺陷、磁畴以及光学性质(如光学各向异性)。本书将通过实例说明如何利用张量表征材料的宏观性能与其微观结构之间的关系。 高级主题与计算方法: 本书还将触及一些更高级的张量概念,如张量代数中的张量分解(如奇异值分解)及其在数据降维和模式识别中的应用。此外,我们将介绍数值计算库(如NumPy、TensorFlow、PyTorch)在实现张量运算和解决复杂工程问题中的强大功能,并提供相关的编程示例。 本书的特点: 理论与实践相结合: 我们力求在提供扎实理论基础的同时,通过丰富的工程实例和具体案例分析,将抽象的张量概念与实际工程问题紧密联系起来。 循序渐进的学习路径: 本书的结构设计旨在引导读者从基础概念逐步深入到高级应用,确保不同背景的读者都能有效掌握张量分析的精髓。 面向工程实践: 全书的叙述和讲解都紧密围绕工程师在实际工作中可能遇到的问题和挑战,旨在为读者提供解决实际工程问题的有力工具。 详尽的公式推导与推演: 对于关键的张量公式和方程,本书将提供清晰的推导过程,帮助读者深入理解其数学原理。 通过学习本书,读者将能够熟练运用张量分析这一强大的数学语言,更深刻地理解和解决工程领域中遇到的各种复杂问题,提升分析能力和设计水平。

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读后感

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用户评价

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我一直对能够清晰、严谨地解释复杂数学概念的书籍情有独钟,而这本书的名字本身就预示着它将填补我在张量分析工程应用方面的知识空白。我对书中关于张量在非欧几何背景下的应用很感兴趣,因为在某些特定的工程领域,例如航空航天或大地测量学,欧几里得几何可能不再适用,而张量分析恰恰是处理这些弯曲时空中物理现象的有力工具。我希望书中能够深入探讨张量在曲面几何和微分几何中的应用,例如如何用张量来描述曲面的曲率、测地线等概念,并解释这些概念如何影响物体的运动轨迹或信号的传播。在材料科学领域,我特别关注书中是否会涉及到张量在描述晶体结构、相变以及裂纹扩展等复杂现象中的应用。例如,如何利用张量来表征材料的晶格畸变,或者如何用张量分析来研究裂纹尖端的应力集中。我期待书中能够提供丰富的图示和详细的推导过程,帮助我建立直观的理解,并将抽象的数学概念与具体的物理模型联系起来。

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收到这本书的那一刻,我就被它厚重的纸张和精美的排版所吸引。作为一名在工程领域深耕多年的研究人员,我始终认为,要真正解决复杂的工程问题,必须掌握一套能够描述多维、各向异性物理量的数学语言,而张量分析无疑是其中的翘楚。我期待这本书能够系统地梳理张量分析在各种工程分支中的应用脉络,从最基础的张量定义和运算,到更为高级的张量微分和积分,再到其在具体工程问题中的实例化。我非常好奇书中会如何讲解张量在连续介质力学中的作用,例如如何通过张量来精确描述物体在受力后的变形,以及如何理解不同材料在不同方向上的力学性能差异。此外,在电磁学领域,麦克斯韦方程组同样可以用张量形式来表达,这对于理解电磁场的传播和相互作用有着非凡的意义。我希望书中能够提供一些关于如何将张量方程应用于解决实际电磁问题(如天线设计、电磁屏蔽等)的指导。更重要的是,我希望书中能够突出张量分析在现代工程计算中的地位,比如如何将其应用于有限元分析(FEA)或计算流体动力学(CFD)等数值模拟方法中,从而提升计算的效率和精度。

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对于我这种偏向理论研究但又需要紧密结合实际应用的工程师来说,一本能够桥梁般连接理论与实践的教材至关重要。这本书的名字就恰好点出了我一直以来寻求的学习方向。我尤其希望书中能够详细介绍张量在高级热力学和传热学中的应用,比如如何用张量来描述热流密度、熵流,以及如何建立考虑材料各向异性的传热模型。在某些极端环境下,例如核反应堆或航空发动机内部,传热过程的复杂性使得传统的简化模型难以应对,我希望书中能揭示张量分析如何提供更精确的描述。此外,在机器人学和控制理论领域,运动学和动力学方程的表示常常涉及大量的矩阵运算,而张量分析或许能提供一种更统一、更简洁的框架来处理这些问题,例如如何用张量来描述机器人关节的运动以及末端执行器的位姿。我期待书中能够提供一些案例研究,展示如何将张量方法应用于解决这些实际的工程控制问题,并展示其相对于传统方法的优势。

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我对这本书的期待,源于它在工程领域内对张量分析这一强大数学工具的聚焦。我非常希望书中能够深入探讨张量在地震学和地球物理学中的应用。地震波在地球内部的传播过程极其复杂,受到地层结构、介质属性等多方面因素的影响,使用张量分析可以更全面地描述地震波的各项异性传播特性,以及地壳和地幔的应力状态。我希望书中能详细阐述如何利用张量方程来模拟地震波的产生、传播和接收,以及如何通过张量分析来反演地下结构参数。另外,在生物力学领域,人体的骨骼、肌肉和软组织都表现出复杂的非线性力学行为,我期待书中能够介绍如何用张量来描述这些生物材料的本构关系,以及如何进行生物力学模拟,例如模拟人体关节的受力情况或者分析骨折的发生机制。我希望这本书能够提供足够的理论基础和实例,让我能够将张量分析的思想和方法应用到我的研究工作中,解决那些传统方法难以触及的工程难题。

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这本书的封面设计就给人一种严谨而专业的印象,深蓝色的背景搭配金色的烫字,显得十分大气。我一直对张量分析在工程领域中的应用很感兴趣,尤其是它在力学、材料科学以及流体力学等方面的强大解释力。我希望这本书能为我打开一扇新的大门,让我能够更深入地理解那些复杂的物理现象和工程问题。我尤其期待书中能够详细阐述张量在描述材料各向异性、应力-应变关系、以及流体涡旋动力学等方面的具体应用。比如,在弹性力学中,如何用张量来表示应力张量和应变张量,以及它们之间的本构关系,这对我理解材料的微观结构和宏观力学行为至关重要。另外,在流体力学中,Navier-Stokes方程中的一些项,用张量形式来表示会更加简洁和直观,我希望这本书能够在这方面提供一些清晰的推导和解释。当然,数学工具的引入也是必不可少的,我希望书中能够循序渐进地介绍张量微积分和张量代数的相关知识,并且提供足够多的例子来帮助我理解这些抽象的概念。对于工程师来说,将理论知识转化为实际应用能力是关键,所以书中如果能包含一些实际的工程案例分析,那就再好不过了。

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