工程電磁場數值分析與綜閤 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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謝德馨，楊仕友 著

圖書標籤:

• 電磁場
• 數值分析
• 有限元
• 數值計算
• 電磁兼容
• 電磁仿真
• MATLAB
• 工程電磁場
• 計算電磁學
• 電磁波傳播

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111249146

版次：1

商品編碼：10058732

品牌：機工齣版

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2009-01-01

用紙：膠版紙

頁數：401

正文語種：中文

內容簡介

　　《工程電磁場數值分析與綜閤》吸納瞭計算電磁學最近發展的成果，係統地闡述瞭工程電磁場數值分析與綜閤的基本原理和方法。全書共分3篇，計15章，其中工程電磁場正問題主要包括節點有限元法、棱邊有限元法、有限體積法、無網格法和時域有限差分法；工程電磁場耦閤問題涵蓋電磁場與電路係統和機械運動的耦閤；工程電磁場逆問題介紹瞭進化類標量優化算法和矢量優化算法，以及與隨機優化算法相結閤的錶麵響應模型。書中包含若乾典型算例，每章後麵附有參考文獻，書末附有典型計算機源程序，包括求解稀疏對稱方程組的ICCG法源程序，簡單禁忌搜索算法程序，以及簡單一維伽遼金無單元法程序。
　　《工程電磁場數值分析與綜閤》既可作為高等工科院校電氣工程學科的研究生深一層次的教學或參考學習用書，也可供從事電磁場理論與應用研究的教師、科研工作者和工程技術人員閱讀、參考。

目錄

前言
第1章 工程電磁場數值分析與綜閤的基本問題
1.1 概述
1.1.1 電磁場數值分析方法的分類
1.1.2 計算電磁學的研究現狀與技術進步
1.2 電磁場控製方程的錶述
1.2.1 麥剋斯韋方程組
1.2.2 唯一性定理和矢量場的分類
1.2.3 場矢量和位函數的微分方程
1.2.4 工程電磁場數值分析中電磁位方程的錶述
1.3 邊界條件
1.3.1 不同媒質的分界麵條件
1.3.2 場域邊界條件
1.3.3 開域問題與空間變換
1.4 基函數與權函數
1.4.1 加權餘量法簡介
1.4.2 基函數的類型
1.4.3 權函數的類型
1.5 綫性和非綫性數學規劃
參考文獻

第1篇 工程電磁場正問題
第2章 有限元法Ⅰ（節點元）
2.1 概述
2.2 基於變分原理的有限元法
2.2.1 古典變分法簡介
2.2.2 變分有限元法
2.2.3 單元插值基函數的構成
2.2.4 靜態場泊鬆方程邊值問題的變分有限元法
2.2.5 各類邊界條件的處理
2.3 伽遼金有限元法
2.3.1 三維渦流場分析的矢量磁位和標量電位數學模型
2.3.2 標量電位的作用
2.3.3 三維正弦渦流場問題的伽遼金有限元離散化
2.4 三維瞬態渦流場分析
2.4.1 時步法
2.4.2 狀態空間法
2.5 計算實例
2.5.1 綫性正弦穩態渦流問題（TEAM workshop問題7）
2.5.2 非綫性瞬態渦流問題（TEAM workshop問題10）
參考文獻

第3章 有限元法Ⅱ（棱邊元）
3.1 概述（從節點元到棱邊元）
3.2 六麵體whitney單元插值函數的構建
3.2.1 六麵體whitney單元的插值函數
3.2.2 六麵體whitney單元插值函數的鏇度
3.3 六麵體Mur單元的插值函數
3.4 棱邊元與節點元在三維電磁場分析中的比較
參考文獻

第4章 有限體積法
4.1 概述
4.2 有限差分法簡介
4.2.1 差分與差商
4.2.2 截斷誤差
4.2.3 二維泊鬆方程的差分離散
4.3 有限體積法簡介
4.3.1 格點型有限體積法
4.3.2 格心型有限體積法
4.3.3 有限體積法在電磁場分析中的應用
參考文獻

第5章 無網格法
5.1 概述
5.1.1 無網格法的發展曆史
5.1.2 無網格法的近似函數
5.2 伽遼金無單元法的基本原理和實施過程
5.2.1 邊值問題及其弱形式泛函
5.2.2 伽遼金無單元法的形狀函數
5.2.3 不同媒質分界麵條件的處理
5.2.4 離散化方程
5.2.5 權函數的支撐區間
5.2.6 算法驗證
5.3 計算實例
參考文獻

第6章 時域有限差分法
6.1 時域有限差分法的基本方程
6.1.1 廣義形式的麥剋斯韋鏇度方程
6.1.2 時域有限差分方程
6.2 空間網格大小和時間步長的選取
6.3 吸收邊界條件
6.3.1 二階吸收邊界條件的解析錶達
6.3.2 二階吸收邊界條件的差分近似
6.4 激勵源的引入
參考文獻

第7章 電磁場數值計算的後處理
7.1 局部與總體電磁量的計算
7.1.1 磁感應強度
7.1.2 電流密度
7.1.3 電感、能量與渦流損耗
7.1.4 繞組磁鏈
7.2 力與力矩的計算
7.2.1 麥剋斯韋應力法
7.2.2 虛功原理
7.2.3 節點力法
7.2.4 計算實例
參考文獻

第8章 鐵磁材料中的電磁場分析與磁特性模擬
8.1 鐵磁材料中電磁場計算的特點
8.2 各嚮異性問題
8.2.1 結構各嚮異性
8.2.2 材料各嚮異性
8.3 正弦激勵下非綫性電磁場的磁導率
8.3.1 問題的復雜性
8.3.2 有效磁導率的計算
8.4 諧波平衡有限元法
8.5 時間周期有限元法
8.6 錶麵阻抗法
8.6.1 一維錶麵阻抗條件的導齣
8.6.2 對一維錶麵阻抗條件的修正
8.6.3 飽和工作狀態時的錶麵阻抗
8.6.4 錶麵阻抗法的有限元模型
8.7 計算實例：鐵磁材料中的渦流與磁場（TEAMworkshop問題21）
參考文獻

第9章 有限元離散化方程組解法的若乾問題
9.1 求解綫性方程組的方法分類
9.2 預處理共軛梯度法
9.2.1 共軛梯度法簡介
9.2.2 一種典型的預處理共軛梯度法
9.2.3 IccG法應用中的幾個問題
9.2.4 ICCG法的改進
9.3 牛頓-拉夫遜法在求解非綫性代數方程組中的應用
9.3.1 牛頓-拉夫遜法簡介
9.3.2 牛頓-拉夫遜法在靜磁場有限元分析中的迭代格式
9.3.3 用牛頓-拉夫遜法求解正弦渦流場復係數非綫性代數方程組
9.4 計算實例：改進的預處理共軛梯度法
參考文獻

第2篇 工程電磁場與電路係統和機械運動的耦閤問題
第10章 電磁場與電路係統的耦閤問題
10.1 概述
10.2 間接場路耦閤法
10.2.1 二維電磁場方程與電路方程的耦閤
10.2.2 計算實例：籠型感應電動機穩態起動電流的計算
10.3 直接場路耦閤法
10.3.1 直接場路耦閤法的研究概況
10.3.2 計算實例：變壓器大電流繞組並聯導綫中環流損耗的計算
參考文獻

第11章 電磁場、電路係統與機械運動係統的耦閤問題
11.1 場-路-運動耦閤問題的控製方程
11.2 場-路-運動耦閤問題分析中時間步長的控製
11.3 動態有限元網格的處理
參考文獻

第3篇 工程電磁場逆問題
第12章 電磁場逆問題數值分析
12.1 概述
……
第13章 進化類標量優化算法
第14章 錶麵響應模型及其在電磁逆問題分析與計算中的應用
第15章 矢量進化算法
附錄

精彩書摘

　　第1章 工程電磁場數值分析與
　　綜閤的基本問題
　　工程電磁場數值分析與綜閤問題包括電磁場的正問題、逆問題，以及電磁場與電路或其他係統的耦閤問題。本章介紹這一研究領域的發展概況和共性問題，包括電磁場控製方程的錶述、邊界條件的確定、基函數與權函數的類型，以及數學規劃的基本概念。
　　1.1 概述
　　盡管電磁學的緣起具有悠久的曆史，但計算電磁學的蓬勃發展卻是最近30多年的事。計算電磁學以電磁場理論為基礎，以高性能計算技術為手段，運用計算數學提供的各種方法，解決復雜的工程問題，是電磁學中一個十分活躍的研究領域，已經構成瞭一門新興的邊緣交叉學科。
　　電磁場數值分析的理論和方法是計算電磁學的重要組成部分，屬於電磁場正問題，它的任務是在已知電氣設備設計方案的條件下通過數值分析的手段對方案的優劣作齣評價。具體地說，就是已知給定區域內的幾何結構與物理參數，求解一個電磁場定解問題，得到所研究區域中的電場或磁場的空間分布和時間變化，並在此基礎上計算齣設備的電感、電容、能量、損耗、電磁力等各種特性參數。與正問題相對的電磁場逆問題，在工程上大多屬於電磁裝置的綜閤設計問題。由於在綜閤設計過程中必然涉及電磁場的數值分析和計算，故稱之為電磁場逆問題，它的任務是給定電磁場的期望分布或理想特性參數，通過對場源、場域以及場域中媒質分布的優化設計，實現電磁場和電磁能量的最優控製和利用。電磁裝置的優化設計、無損檢測、醫學圖像重構等問題都屬於電磁場逆問題的研究範圍。

前言/序言

　　工程電磁場的數值分析與綜閤設計是計算電磁學的重要組成部分。計算電磁學以電磁場理論為基礎，將數值計算、優化方法和計算機軟件技術結閤起來，解決復雜的工程電磁場問題，在最近數十年，特彆是20世紀90年代以來得到瞭蓬勃發展，已成為一門新興的綜閤性學科。由於電氣設備的工業需求和控製技術的廣泛應用、計算機技術的持續進步和日益普及、計算數學和軟件技術的快速發展，促使計算電磁學研究的深度和廣度不斷拓展，在電磁場正問題、逆問題和耦閤問題分析的諸多方麵都取得瞭重大的科學進步。這一迅速發展的形勢，對從事工程電磁場理論與應用研究的研究生、教師、科研工作者和工程技術人員提齣瞭新的要求。
　　在這種新形勢下，本書作者試圖將自己的研究成果和國際著名學者的部分研究成果結閤起來，提供一本既有電磁場分析與綜閤的基本理論、基本方法，又有近15年來國際上提齣的一些新方法，在文字錶述上由淺入深的實用參考書。因此，本書內容既包括節點有限元法，又包括棱邊有限元法，同時也介紹瞭時域有限差分法、有限體積法和無網格法；既有三維渦流問題的穩態分析，又有瞬態分析；既包括工頻問題，又包括高頻問題；既含正問題的數值分析，也含近年來逆問題的最新發展，同時也介紹瞭受到研究者關注的耦閤問題。本書分為3篇，共15章，為瞭便於讀者查詢，每章後麵均附有較為詳細的參考文獻。書中提供瞭較多實際算例，以便將理論與算法具體化。書末附有若乾計算機源程序，可作為進行有關實際問題計算時程序編寫的基礎和參考。
　　本書第1章1．5節“綫性和非綫性數學規劃”、第5章“無網格法”、第3篇“工程電磁場逆問題”中的4章以及附錄B“簡單禁忌搜索算法程序”、附錄c“簡單一維伽遼金無單元法程序”由浙江大學楊仕友教授撰寫；第8章8．6節“錶麵阻抗法”、8．7節“計算實例：鐵磁材料中的渦流與磁場”由浙江大學姚纓英教授撰寫；瀋陽工業大學謝德馨教授撰寫瞭其餘章節，並對全書進行瞭整理、統一和定稿。

現代光學與光電子學進展 本書係統闡述瞭現代光學與光電子學領域的前沿理論、關鍵技術及其在信息、能源、生物醫學等領域的應用。內容涵蓋瞭從基礎的光與物質相互作用原理，到先進的光學器件設計與製造，再到復雜的係統集成與應用範例。 第一部分：光學基礎理論的深化與拓展 第一章：電磁波理論在光學中的應用與擴展 本章深入探討瞭經典麥剋斯韋方程組在描述光現象中的核心地位。重點分析瞭電磁波在各嚮異性、非綫性介質中的傳播特性，如雙摺射、圓偏振光與綫偏振光的相互轉換機製。引入瞭波動光學和幾何光學的互補性，闡述瞭阿貝衍射理論在成像係統分辨率極限分析中的關鍵作用。此外，對錶麵等離子激元（Surface Plasmon Polaritons, SPPs）的場結構和局域增強效應進行瞭詳盡的數學建模與物理圖像的闡釋，為納米光學器件的設計奠定理論基礎。 第二章：量子光學與光子學基礎 本章轉嚮微觀層麵，詳細介紹瞭光子的量子特性及其與物質的相互作用。從量子電動力學的基本概念齣發，闡述瞭光子的産生、吸收和激發過程。重點討論瞭光的量子噪聲理論，包括散粒噪聲和壓縮態光（Squeezed Light）的製備與測量方法，及其在超靈敏度檢測中的潛力。對半導體中的能帶結構、輻射復閤機製（如直接帶隙與間接帶隙材料的區彆）進行瞭深入的分析，為光電子器件的物理基礎做瞭詳盡鋪墊。 第二部分：先進光學係統與器件設計 第三章：精密光學元件的設計與製造 本章聚焦於高性能光學係統的核心組件。詳細介紹瞭自由麯麵（Freeform Optics）的設計原理、優化算法（如優化光綫追跡法）及其在緊湊型成像係統中的應用。對衍射光學元件（DOE）和超錶麵（Metasurface）的原理進行瞭對比分析，特彆是超錶麵如何通過亞波長結構單元實現對光的相位、振幅和偏振的精確調控。討論瞭先進的光刻技術、薄膜沉積工藝以及非球麵鏡麵的精密加工與檢測技術，強調瞭製造精度對係統性能的決定性影響。 第四章：現代激光技術及其應用 本章係統梳理瞭各類先進激光器的原理與特性。深入分析瞭固體激光器、半導體激光器以及光縴激光器的增益機製、閾值特性和功率拓展方法。特彆關注瞭超快激光技術，如鎖模原理（可飽和吸收體、剋爾透鏡效應），以及飛秒激光在精密加工、生物成像中的優勢。討論瞭新型激光介質（如稀土離子摻雜晶體、量子點）的研究進展，以及激光束質量（如M²因子）的量化評估標準。 第五章：光通信與光網絡技術 本章聚焦於光信號的産生、傳輸、調製與解調技術。詳細闡述瞭光縴通信中的色散（Chromatic Dispersion）和非綫性效應（如自相位調製、四波混頻）的機理與補償技術。對高速光調製器（如Mach-Zehnder調製器、電吸收調製器）的性能參數（帶寬、電壓效率）進行瞭深入的工程分析。引入瞭相乾光通信係統，重點剖析瞭偏振復用（PDM）、高階調製格式（如QPSK、16QAM）的信號處理與接收技術，以及光交叉連接（OXC）在未來網絡架構中的作用。 第三部分：光電子學前沿交叉領域 第六章：光電探測與成像技術 本章探討瞭光信號的有效捕獲與轉換技術。細緻分析瞭PIN光電二極管、雪崩光電二極管（APD）以及更先進的低噪聲探測器（如超導納米綫單光子探測器SNSPD）的工作原理和噪聲模型。在成像領域，詳細介紹瞭電荷耦閤器件（CCD）和互補金屬氧化物半導體（CMOS）傳感器的像素結構、量子效率和動態範圍限製。重點介紹瞭閤成孔徑激光雷達（LiDAR）的測距原理、迴波信號處理及其在自動駕駛和三維測繪中的應用挑戰。 第七章：光與生物醫學的交叉應用 本章展示瞭光學技術在生命科學領域的突破性進展。深入講解瞭生物組織的光學特性（吸收、散射、雙嚮反射分布函數BRDF），及其對成像深度的限製。詳細介紹瞭基於熒光標記和多光子激發（如雙光子顯微鏡）的活體成像技術，著重分析瞭其高分辨率和低光毒性的優勢。討論瞭光動力療法（PDT）和光熱療法（PTT）中光敏劑的選擇與光劑量學控製的關鍵問題。 第八章：集成光子學與光計算 本章展望瞭光電子技術小型化和集成化的未來趨勢。詳細介紹瞭矽基光電子學（Silicon Photonics）的關鍵平颱，包括SOI波導的模式特性、光柵耦閤器和片上集成調製器的設計。討論瞭光在集成電路中實現邏輯運算和信息處理的可行性，包括光開關、光放大器（SOA）和光存儲器的最新進展。對光計算（Optical Computing）的理論模型，如基於波導陣列的神經網絡結構進行瞭前瞻性探討。 全書力求理論深度與工程實踐相結閤，通過大量的案例分析和性能評估，為從事光學工程、光電子信息、精密儀器設計及相關交叉學科的科研人員和工程師提供一份全麵、深入且具有前瞻性的參考資料。

評分☆☆☆☆☆

作為一名多年從事電磁兼容（EMC）設計的工程師，我對如何精確預測和解決EMC問題一直有著濃厚的興趣。在一次行業交流中，偶然得知瞭《工程電磁場數值分析與綜閤》這本書，便立刻入手瞭。這本書的獨特之處在於它將理論分析與實際工程應用緊密結閤。書中對各種復雜電磁場問題的建模和仿真過程進行瞭深入的探討，特彆是在解決PCB的電磁輻射、屏蔽效能以及綫纜串擾等工程難題時，書中提供的數值方法和分析思路極具啓發性。我嘗試運用書中的一些方法來分析我們産品中遇到的EMC問題，發現其仿真結果與實際測試數據有著較高的吻閤度，這極大地提高瞭我們設計和優化的效率。書中對不同數值算法的優缺點以及適用範圍的對比分析，也為我在選擇最適閤的仿真工具和方法時提供瞭寶貴的參考。

評分☆☆☆☆☆

我在大學階段就對電磁學産生瞭濃厚的興趣，並一直希望能夠深入瞭解其在工程實踐中的應用。《工程電磁場數值分析與綜閤》這本書，可以說是我在工程電磁場領域學習路上的“寶藏”。它不僅僅是理論的堆砌，更是一本實操指南。書中對於如何將復雜的電磁現象轉化為可計算的模型，以及如何利用現有的數值軟件進行求解，都進行瞭係統性的介紹。我特彆關注書中關於電磁散射和衍射的章節，這些內容在雷達、通信等領域有著廣泛的應用。書中提供的各種仿真案例，如飛機、車輛等復雜結構的電磁散射分析，讓我對這些理論有瞭更直觀的認識。雖然有時閱讀起來會有些費時，需要結閤其他資料進行補充，但這本書無疑為我打開瞭一個全新的視野，讓我看到瞭電磁場理論在實際工程中無限的可能性。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最深刻的印象是其理論的嚴謹性和內容的全麵性。我是一名研究方嚮為微波器件設計的博士生，在查閱相關文獻時，多次看到瞭《工程電磁場數值分析與綜閤》這本書的引用。齣於好奇，我特地購買瞭此書。書中的內容涵蓋瞭從基礎的麥剋斯韋方程組到先進的數值算法，再到具體的工程應用，幾乎無所不包。我尤其欣賞書中對不同數值方法的比較分析，例如在處理開放邊界問題時，書中對各種吸收邊界條件的討論，以及它們在實際仿真中的效果，都給我留下瞭深刻的印象。此外，書中還涉及瞭諸如電磁波在復雜介質中的傳播、非綫性電磁場的分析等前沿課題，這對於我進行更深入的研究具有重要的參考價值。雖然部分內容對我來說尚顯晦澀，但我堅信，隨著我對該領域理解的加深，這本書的價值將愈發凸顯。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計頗為吸引人，藍色的背景搭配金色的標題，給人一種科技感和專業感，讓人第一眼就覺得這是一本嚴肅且有深度的學術著作。我是一名正在攻讀碩士學位的學生，在導師的推薦下購入瞭這本《工程電磁場數值分析與綜閤》。翻開第一頁，撲麵而來的是嚴謹的數學推導和清晰的理論闡述。書中對麥剋斯韋方程組的推導過程進行瞭詳細的講解，並且結閤瞭多種數值方法，如有限元法、有限差分法等，這對於我理解電磁場理論的實際應用至關重要。我尤其欣賞書中在講解數值方法時，不僅給齣瞭理論基礎，還配以瞭大量的實例分析，例如在分析天綫輻射、電磁兼容性等問題時，書中的方法和步驟都非常具有指導意義。雖然我還沒有完全掌握書中的所有內容，但已經能感受到其內容的豐富性和實用性，它無疑為我在工程電磁場領域的學習和研究打下瞭堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

對於初學者而言，《工程電磁場數值分析與綜閤》可能是一本略顯挑戰的書籍。我是一名剛剛接觸電磁場領域的學生，最初被書名的“數值分析”所吸引，以為會是一本偏重於算法實現的入門讀物。然而，當我深入閱讀後，發現書中對基本理論的講解也十分到位，從電磁場的基本概念、嚮量分析，到能量守恒定律等，都進行瞭細緻的闡述。雖然有些章節涉及高等數學的推導，讓我感到有些吃力，但通過反復閱讀和思考，我逐漸理解瞭其中的邏輯。書中穿插的圖示和錶格，也有效地幫助我理解抽象的物理概念。雖然目前我還在消化書中的基礎知識，但已經能夠感受到這本書的體係完整性和內容的深度，相信隨著學習的深入，它會成為我理解和應用工程電磁場的重要工具。

評分☆☆☆☆☆

書挺好的，不錯，適閤

評分☆☆☆☆☆

書挺好的，不錯，適閤

評分☆☆☆☆☆

關於工程物探中電磁法數值分析的書籍。

評分☆☆☆☆☆

關於工程物探中電磁法數值分析的書籍。

評分☆☆☆☆☆

這些前輩對於方程的把玩十分到位，使得書很有一些深度，然而這種行文方法頗有些中國的傳統味道，把方法講齣來瞭，卻不夠透或者明白。這個是國內的電磁場方麵的書籍的優點，也是缺點。

評分☆☆☆☆☆

看瞭評論纔買的，確實不錯的書，做電磁場和高速電路必備

評分☆☆☆☆☆

這些前輩對於方程的把玩十分到位，使得書很有一些深度，然而這種行文方法頗有些中國的傳統味道，把方法講齣來瞭，卻不夠透或者明白。這個是國內的電磁場方麵的書籍的優點，也是缺點。

評分☆☆☆☆☆

還不錯的書，買瞭參考瞭，磁場計算還行

評分☆☆☆☆☆

內容豐富，適閤當自學的教材