Numerical Modeling of Coupled Phenomena in Science and Engineering pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Arriaga, M. C. Suarez (EDT)/ Bundschuh, J. (EDT)/ Dominguez-Mota, F. J. (EDT)

出品人:

页数:496

译者:

出版时间:2008-12

价格:$ 248.54

装帧:

isbn号码:9780415476287

丛书系列:

图书标签:

数值模拟
耦合现象
科学计算
工程应用
偏微分方程
有限元
有限差分
计算物理
计算力学
多物理场耦合

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具体描述

Mathematics is a universal language. Differential equations, mathematical modeling, numerical methods and computation form the underlying infrastructure of engineering and the sciences. In this context mathematical modeling is a very powerful tool for studying engineering problems, natural systems and human society. This interdisciplinary book contains a comprehensive overview, including practical examples, of the progress achieved to date in the modeling of coupled phenomena, computational mathematics and mechanics, heat transfer, fluid-structure interactions, biomechanics, and the flow of mass and energy in porous media. Numerical subjects such as grid generation, optimization, finite elements, finite differences, spectral methods, boundary elements, finite volumes and meshless methods are also discussed in detail using real examples. The book provides a thorough presentation of the existing numerical techniques with specific applications to concrete, practical topics. The models and solutions presented here describe various systems: mechanical, biological, geophysical, technical, ecological, etc. The book is organized in thirty six chapters, each written by distinguished experts in their respective fields. The topics presented cover the current state of knowledge in numerical engineering practice including recent and ongoing developments and the presentation of new ideas for future research on applied computational engineering mathematics. The book will be of interest to scientists working in engineering (structural, civil, mechanical), geology, geophysics, aquifer research, petroleum engineering, applied mathematics, and physics, as well as students in any of these areas.

《多物理场耦合仿真：理论、方法与应用》内容简介本书致力于深入探讨多物理场耦合现象的数值建模与仿真技术。在现代科学研究和工程设计中，许多关键问题并非由单一物理规律支配，而是涉及多种物理效应之间的相互作用与耦合。例如，航空器在高速飞行过程中，气动加热效应与结构变形相互影响；核反应堆内的燃料棒，不仅发生核反应产生热量，同时热量又传递引起材料膨胀和应力变化；生物体内，电信号传递与细胞膜的离子浓度变化紧密关联。这些复杂的现象，往往需要综合考虑热、力、流、电、磁、化学反应等多个物理场的相互作用，才能得到准确的描述和预测。本书系统性地梳理了多物理场耦合问题的基本理论框架，包括各种基础物理场的数学描述、耦合机理以及相应的数值离散方法。我们从最基本的场方程出发，详细阐述了如何建立不同物理场之间的耦合关系，例如热-力耦合、流-固耦合、电-热耦合、电磁-热耦合等。在理论部分，我们将重点介绍有限元法（FEM）、有限体积法（FVM）、边界元法（BEM）等在处理不同类型物理场问题中的优势与局限，并重点阐述如何将这些方法有机地结合起来，以解决高度耦合的问题。在方法论层面，本书着重介绍了数值求解多物理场耦合方程组的策略。针对耦合的紧密程度，我们将讨论直接耦合（Monolithic Coupling）和迭代耦合（Iterative Coupling）两种主要策略。直接耦合方法将所有物理场方程组构成一个大型稀疏矩阵进行求解，优点在于精度较高，但计算量巨大，对内存要求苛刻。迭代耦合方法则通过迭代求解不同物理场方程，当各场之间耦合较弱时，这种方法可以显著降低计算成本，并且易于模块化实现。我们将深入分析不同耦合策略下的收敛性问题，以及如何选择合适的迭代算法和预条件子来加速求解过程。此外，本书还将专题介绍一些当前多物理场仿真领域的热点和难点问题。例如，如何处理不同物理场在时间和空间尺度上的差异性，如何构建高效的多尺度耦合模型；在处理复杂几何结构和网格时，如何实现自适应网格重构，以保证计算精度和效率；如何利用高性能计算（HPC）技术，例如并行计算和GPU加速，来应对大规模多物理场仿真所需的巨大计算资源。在应用层面，本书将通过多个典型的工程和科学案例，展示多物理场耦合仿真技术的实际应用价值。这些案例将涵盖但不限于：航空航天工程：高超声速飞行器热防护系统设计、发动机燃烧与结构耦合分析、卫星结构的热应力分析。能源工程：核反应堆安全分析、燃料电池性能仿真、太阳能电池板热效率评估、地热能开采过程中岩体变形与流体运移耦合。土木工程：桥梁和隧道结构的地震动力响应与土体固结耦合、地下水渗流与边坡稳定性分析。生物医学工程：组织在电刺激下的力学响应、生物电信号在复杂组织介质中的传播、药物在体内的扩散与反应过程。材料科学：焊接过程中材料的热-力-相变耦合、复合材料的力学性能预测、微纳器件的电热效应。电子工程：芯片过热问题的电热耦合仿真、射频器件的电磁-热耦合分析。每个案例都将从问题描述、物理模型建立、数值方法选择、仿真结果分析以及与实验数据的对比等方面进行详细阐述，旨在帮助读者将理论知识应用于实际问题。本书的内容组织力求严谨、系统，并兼顾理论深度与实践指导。既适合于从事相关领域研究的学者和工程师，也能够为高年级本科生和研究生提供扎实的理论基础和实践经验。通过阅读本书，读者将能够掌握多物理场耦合问题的分析思路，熟练运用数值仿真工具解决复杂工程挑战，并为开发更先进的仿真技术打下坚实基础。读者对象从事航空航天、能源、土木、生物医学、材料、电子等领域的研究人员和工程师。对数值模拟和多物理场耦合分析感兴趣的高年级本科生和研究生。需要利用多物理场仿真工具解决实际工程问题的技术人员。本书特点理论与实践相结合：既有深入的理论分析，也有丰富的工程案例。方法全面：涵盖了多种主流的数值方法和耦合策略。前沿性：关注了当前多物理场仿真领域的热点和难点问题。条理清晰：内容组织结构合理，逻辑性强。可读性强：语言表述力求清晰易懂，避免过多的专业术语堆砌。预期贡献本书旨在成为多物理场耦合仿真领域的权威参考，帮助读者深入理解该领域的核心概念和技术，提升解决复杂工程问题的能力，并推动相关科学技术的发展。通过对各种耦合现象的深入剖析，本书将有助于研究人员和工程师更准确地预测和优化复杂系统的性能，减少研发成本，提高创新效率。