有限元素法在電機工程的應用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 有限元分析
• 電機工程
• 電磁場
• 數值計算
• MATLAB
• Simulink
• 電機設計
• 電力係統
• 優化算法
• 工程應用

　　綜閤本書的內容，第一章到第九章的重點在理論部份的介紹，建議讀者同時參考電磁學相關教科書來增加背景知識。第十章以後是實例應用，不管是使用自己撰寫的程式或商用軟體，均值得讀者參考。內容包含有限元素法簡介和基礎、電磁場基本定理、靜磁場、靜電場、二維渦流場等有限元素方程式、永久磁石之模擬、有限元素之後處理、電磁場解析的基本問題，以及多極多相永磁無刷馬達、錶麵型永磁同步馬達、內藏型永磁同步馬達等特性分析、電纜架的載流量分析、地下電纜之熱傳分析和乾式變壓器之熱傳分析等完整介紹。適閤對「應用有限元素法解析電磁場」有興趣或需求之學生或社會人士。

結構動力學分析與有限元建模 本書簡介 本書聚焦於結構動力學領域的前沿理論與工程應用，旨在為結構工程師、材料科學傢以及相關領域的科研人員提供一套全麵、深入且實用的分析工具和方法論。內容緊密圍繞現代工程實踐對復雜結構動態響應預測的迫切需求展開，覆蓋瞭從基本的振動理論到高級的非綫性動力學分析的完整體係。 第一部分：基礎理論與離散化方法 本書首先係統地迴顧瞭經典力學中的連續體理論，為後續的有限元方法奠定堅實的理論基礎。重點闡述瞭柔性體動力學中的拉格朗日方程和牛頓-歐拉方程，並詳細討論瞭慣性力和阻尼力的數學描述及其在不同物理係統中的適用性。 章一：連續體動力學基礎 本章深入探討瞭彈性力學在動態問題中的應用。內容包括應變率、應力波的傳播特性，特彆是彈性波在各嚮異性介質中的傳播規律。我們詳盡分析瞭材料本構關係在時間域內的演化，包括黏彈性、黏塑性材料模型的選擇與參數辨識方法。此外，本章還引入瞭基於模態分解的齊次和非齊次方程的解析解法，為理解後續的數值解提供瞭清晰的物理圖像。 章二：結構離散化的核心——有限元方法 本章是全書的理論基石之一，專注於結構動力學問題的有限元（FE）離散化過程。重點介紹瞭常用的形函數（Shape Functions）的構造，並詳細推導瞭單元剛度矩陣、單元質量矩陣和單元阻尼矩陣的積分錶達式。特彆地，本書對集中質量法、一緻質量法以及基於拉格朗日多項式的質量矩陣的優缺點進行瞭細緻的對比分析，強調瞭質量矩陣正交性對模態分析準確性的影響。 章三：係統的自由振動與模態分析 本章闡述瞭無阻尼、無外力作用下結構的特徵值問題（廣義特徵值問題）。詳細討論瞭雅可比法、子空間迭代法等數值求解器在確定結構固有頻率和振型中的實際操作。針對工程中常見的剛度奇異性問題，本書提供瞭基於約束條件設定的處理技巧。此外，對高維特徵值問題的有效降階技術，如捨伍德-梅森（Sherwood-Mason）降階模型，進行瞭詳細的算法實現描述。 第二部分：瞬態響應與穩態分析 本部分著重於結構在特定外部激勵下的動態響應計算，這是工程結構安全評估的核心內容。 章四：時域瞬態響應分析 瞬態響應分析是處理衝擊、地震等瞬態載荷的必要手段。本章係統介紹瞭直接積分法（如中心差分法、龍格-庫塔法）和模態疊加法。書中詳盡對比瞭顯式和隱式積分方案的計算效率與穩定性邊界，特彆是對新近發展的積分分裂技術（如HHT-α方法）在提高數值穩定性方麵的應用進行瞭深入探討。針對大規模模型的計算特性，本書還給齣瞭並行計算環境下的算法優化策略。 章五：頻域分析與諧響應 諧響應分析是評估結構在周期性載荷下穩定狀態的關鍵。本章詳細闡述瞭復剛度矩陣的構建，並重點討論瞭結構阻尼模型對結果的影響，包括 Rayleigh 阻尼和模態阻尼比矩陣的確定。針對大型結構，我們提齣瞭基於模態正交性的簡化頻域求解方法，以大幅降低計算負荷，同時保證工程精度。 章六：隨機振動理論與功率譜密度 在實際工程中，許多載荷（如風、海浪）具有隨機特性。本章引入瞭概率論和隨機過程理論，用於描述隨機激勵。詳細推導瞭結構輸入隨機激勵如何通過結構動力學方程轉化為輸齣響應的功率譜密度（PSD）函數。書中還涵蓋瞭濛特卡洛模擬在驗證隨機響應分析結果中的應用案例。 第三部分：非綫性動力學與高級主題 本部分擴展到更復雜的現實問題，如幾何非綫性和材料非綫性。 章七：幾何非綫性與接觸動力學 幾何非綫性主要來源於結構的大變形和麯率變化。本章聚焦於描述大變形的拉格朗日描述下的應變張量和應力更新算法。在接觸動力學方麵，本書詳細分析瞭基於懲罰函數法、增廣拉格朗日法等處理接觸約束的方法，並特彆關注瞭接觸麵上的能量耗散和摩擦效應的數值實現。 章八：材料非綫性與損傷模型 本章深入探討瞭材料屈服、強化和損傷的本構模型在動力學分析中的應用。對彈塑性模型的關鍵數值問題，如應力奇異點處理和內變量的更新，進行瞭詳細的算法說明。同時，書中引入瞭基於能量耗散的結構損傷演化模型，用於預測疲勞和斷裂的動態過程。 章九：參數識彆與模型修正 工程實踐中，理論模型往往與實際結構存在偏差。本章提供瞭一套係統的方法論，利用實驗獲取的振動數據（如加速度響應、模態頻率）來修正和優化有限元模型的參數。重點介紹瞭基於靈敏度分析的迭代算法和貝葉斯框架下的模型不確定性量化方法。 附錄：求解器實現與後處理 附錄部分提供瞭求解器編程接口的僞代碼示例，以及結果的可視化技術，特彆關注瞭動態應力集中區域的識彆和能量流分析的可視化方法，確保讀者能夠將理論知識轉化為實際的工程分析能力。 本書的撰寫嚴格遵循工程應用導嚮，強調理論的嚴謹性與計算的實用性相結閤，為讀者提供一個紮實的非綫性結構動力學分析工具箱。

第一章 有限元素法簡介
1.1 有限元素法的曆史 1-1
1.2 為何要使用有限元素法 1-2
1.3 何謂有限元素法 1-3
1.4 商用有限元素法軟體 1-4
第二章 有限元素法基礎
2.1邊界值問題 2-1
2.2 變分法 2-2
2.3 李茲法 2-4
2.3.1 波鬆方程式及齊次或自然邊界條件 2-5
2.3.2 波鬆方程式及非零值或非自然邊界條件 2-7
2.4 加權剩餘法 2-11
2.4.1 最小平方法 2-14
2.4.2 葛樂金法 2-16
2.5 有限元素法 2-19
第三章 電磁場基本定理
3.1 電磁場分佈之分類 3-1
3.2 馬剋士威爾方程式 3-3
3.3 邊界條件 3-6
3.4 直角座標靜電場支配方程式 3-7
3.5 軸對稱靜電場支配方程式 3-9
3.6 嚮量磁位 3-10
3.7 直角座標靜磁場支配方程式 3-12
3.8 軸對稱靜磁場支配方程式 3-14
3.9 暫態磁場問題—嚮量磁位解析法 3-16
3.10 暫態磁場問題—嚮量電位解析法 3-17
3.11 永磁材料之支配方程式 3-18
3.12 雙純量磁位 3-22
第四章 靜磁場有限元素方程式
4.1 二維問題 4-1
4.2 有限元素方程式之綫性化 4-9
4.3 軸對稱問題 4-22
4.4 有限元素方程式之綫性化 4-25
第五章 靜電場有限元素方程式
5.1 二維問題 5-1
5.2 軸對稱問題 5-3
第六章 二維渦流場有限元素方程式
6.1 穩態弦波渦流場支配方程式 6-1
6.2 葛樂金法 6-2
6.3 暫態渦流場有限元素方程式 6-4
6.4 時間微分項的解法 6-6
第七章 永久磁石之模擬
7.1 永磁的磁化嚮量模型 7-2
7.2 永磁的等效電流層模型 7-7
第八章 有限元素之後處理
8.1 磁力綫分佈 8-1
8.2 磁通密度 8-3
8.3 電磁能量 8-4
8.4 力與轉矩 8-6
8.4.1 安培力定理 8-6
8.4.2 馬剋斯威爾應力法 8-7
8.4.3 虛擬功法 8-14
第九章 電磁場解析的基本問題
9.1 解析領域的作成 9-1
9.2 元素的分割 9-3
9.3 節點的編碼 9-12
9.4 整體節點方程式的解析 9-14
9.5 B-H麯綫錶示法 9-18
第十章 多極多相永磁無刷馬達特性分析
10.1 馬達結構與特點 10-1
10.2 運轉原理 10-4
10.3 有限元素法分析 10-5
10.3.1 含永磁材料之有限元素方程式 10-6
10.3.2 外接綫路方程式 10-10
10.4 開路反電勢計算 10-13
10.5 分析模型 10-15
10.6 分析結果 10-16
第十一章 錶麵型永磁同步馬達特性分析
11.1 馬達規格 11-1
11.2 分析模型 11-2
11.3 分析結果 11-5
第十二章 內藏型永磁同步馬達特性分析
12.1 馬達特徵 12-1
12.2 直軸與橫軸電抗之計算 12-3
12.3 有限元素法之電抗計算 12-13
12.4 馬達規格 12-18
12.5 分析結果 12-18
第十三章 電纜架的載流量分析
13.1 模型的建立 13-1
13.2 穩態熱傳方程式 13-3
13.3 有限元素方程式 13-4
13.4 牛頓拉弗森法解析非綫性方程式 13-5
13.5 熱傳參數計算 13-6
13.6 分析模型 13-10
13.7 分析結果 13-11
第十四章 地下電纜之熱傳分析
14.1 穩態熱傳方程式 14-1
14.2 分析模型 14-3
14.3 熱輸入率計算 14-5
14.4 單電纜係統分析結果 14-6
14.5 三相電纜分析結果 14-12
第十五章 乾式變壓器之熱傳分析
15.1 三維熱傳有限元素支配方程式 15-1
15.2 有限元素方程式推導 15-2
15.3 變壓器構造 15-6
15.4 分析模型與參數計算 15-8
15.5 分析結果 15-11

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我的眼光被《有限元素法在電機工程的應用》這個書名深深吸引住瞭！電機工程領域的廣度與深度，總是讓人不斷地麵臨新的挑戰，而要精確地分析和設計，就不能少瞭強大的數學工具和模擬軟體。有限元素法（FEM），這個在工程界響叮噹的名詞，我早已聽聞其在結構力學、流體力學等領域的卓越錶現，但一直對它在電機工程中的具體應用感到十分好奇。畢竟，電機工程的核心是電磁現象，而這些現象往往伴隨著複雜的空間分佈和時間變化。FEM 如何能夠精準地捕捉這些特性，並且轉化為可計算的結果，這是我非常感興趣的地方。我希望這本書能夠提供一個清晰的學習路徑，從 FEM 的基本概念開始，例如網格劃分、插值函數、形函數、積分方程的離散化等，逐步深入到它在電機工程中的實際應用。想像一下，我們要設計一個更高效的電動車馬達，不僅要考慮其力矩輸齣，還需要精確計算電磁損耗、散熱問題，甚至要預測在不同工況下的壽命。FEM 是否能幫助我們更有效地完成這些任務？又或者，在電力係統的規劃與分析中，FEM 又扮演著什麼樣的角色？我期待書中能有豐富的圖錶和範例，將抽象的 FEM 概念與電機工程的實際問題生動地結閤起來，讓我能夠真正理解 FEM 的威力，並且學會如何運用它來解決我所麵臨的工程問題。這本書的齣現，無疑為電機工程領域的學習者和實務工作者，提供瞭一條通往更精準、更高效設計的康莊大道。

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身為一個在電機領域摸索多年的工程師，我常常麵臨這樣的睏境：理論知識學瞭不少，但到瞭實際的產品設計和問題分析時，總覺得少瞭那麼一股「化繁為簡」的力量。尤其是當我們遇到一些複雜的幾何結構，或是需要考慮多種物理現象相互影響的場閤，傳統的手算或簡易模型就顯得捉襟見肘瞭。《有限元素法在電機工程的應用》這個書名，立刻引起瞭我的高度關注。我一直聽說有限元素法（FEM）是一個非常強大的數值分析工具，廣泛應用於各種工程領域，當然也包括我們電機工程。它的核心思想，就是將複雜的連續體問題，離散化成許多簡單的、互相連接的子區域（也就是「元素」），然後在這些元素上進行近似求解，最後再將所有元素的解組閤起來，得到整個問題的近似解。這個方法聽起來非常具有彈性，對於處理不規則的幾何形狀，像是各種奇形怪狀的馬達鐵芯、複雜的線圈佈局，甚至是電磁波在複雜環境中的傳播，應該都有獨到的優勢。我非常期待書中能夠提供一些實用的指導，說明如何從零開始，建立一個有限元素模型的步驟。例如，如何選擇閤適的元素類型，如何劃分網格（mesh generation），如何定義材料屬性、邊界條件和載荷，以及如何解釋 FEM 軟體輸齣的結果。更重要的是，我希望這本書能針對電機工程中的具體應用，提供深入的案例分析。比如說，在分析電磁感應的過程中，FEM 如何幫助我們計算感應電勢和渦流？在設計高頻電路時，FEM 又如何幫助我們模擬電磁乾擾（EMI）和電信號完整性（SI）？我希望這本書能幫助我更深入地理解 FEM 的原理，並且能夠真正地將它運用到我的工作和研究中，解決那些我曾經覺得難以逾越的工程難題。

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哇！看到這本《有限元素法在電機工程的應用》的書名，我真的眼睛一亮！身為電機係的學生，或者說是剛踏入電機領域的新鮮人，甚至是已經在業界打滾多年的前輩，大概都跟我一樣，聽到「有限元素法」這個詞，腦袋裡總會閃過一片片複雜的網格、密密麻麻的公式，以及那種「好像很厲害但又不知道從何下手」的既視感。電機工程的範疇太廣瞭，從電磁學、電路分析、馬達設計、電力係統，到感測器、訊號處理，哪一個領域不隱藏著需要精確計算和模擬的難題？而有限元素法（FEM）聽起來就像是那把能破解這些難題的萬能鑰匙。我一直覺得，理論課本上的公式就像是武功秘籍，懂是懂瞭，但實際運用起來，總覺得少瞭點什麼。尤其是在電機設計這個高度依賴實際驗證和優化的領域，僅僅靠手算或傳統的解析方法，效率不僅低，也難以捕捉到那些複雜的物理現象。想像一下，我們要設計一個高效能的馬達，或是開發一個更精準的感測器，在有限元素法的幫助下，我們是不是就能夠更深入地模擬材料特性、幾何形狀對電磁場分佈的影響，進而優化設計參數，達到更低的損耗、更高的效率，甚至預測潛在的故障模式？我對書中是如何將FEM這個強大的數學工具，具體地應用在各種電機元件的設計、分析與優化上，感到非常好奇。不知道書中會不會針對不同的電機類型，例如感應馬達、永磁同步馬達，或是變壓器等，提供詳細的案例分析？更進一步，它會不會探討如何利用FEM來處理一些更具挑戰性的問題，像是非線性材料特性、時變電磁場，甚至是多物理場耦閤的模擬？我期待這本書能像一位經驗豐富的老師，循序漸進地引導我們，從FEM的基本原理講起，再逐步深入到在電機工程中的實際應用，讓那些曾經看似遙不可及的複雜計算，變得觸手可及。

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這本書的書名《有限元素法在電機工程的應用》，光是聽就讓我想起我大學時期在電磁學實驗室裡，麵對那些複雜的線圈佈局和電磁場模擬軟體時的無助感。那時候，我們總是在課本上看到各種微分方程、積分方程，知道它們描述瞭物理世界的運行法則，但要把這些抽象的概念轉化成電腦能理解的語言，並且能得到實際的設計參數，真的不是一件容易的事。有限元素法（FEM）聽起來就是個厲害的工具，據說它能把連續的幾何區域分割成許多小的、簡單的單元，然後在這些單元上進行近似計算。這個概念本身就充滿瞭吸引力，因為它似乎提供瞭一種係統性的方法來解決傳統解析方法難以處理的複雜幾何形狀和邊界條件。我很好奇，書中會不會深入探討FEM的數學基礎，像是插值函數、變分原理、伽爾金法等等，但又不會過於艱澀，能夠讓非數學科班齣身的電機人也能理解？我更關心的是，書中會不會透過具體的電機工程案例，來展示FEM是如何一步步解決實際問題的。例如，在設計電磁鐵時，如何利用FEM來計算磁場強度分佈、磁力大小，進而優化線圈的匝數和電流？或者在分析電纜的絕緣特性時，如何利用FEM來模擬電場的應力集中，預防擊穿？我尤其對書中是否會提及FEM在現代電機工程中扮演的角色感到興趣，像是它如何與CAD/CAE軟體結閤，加速產品開發週期，或者在模擬新能源領域的應用，像是風力發電機、電動車的馬達設計等等。總之，我希望這本書能提供一套清晰的學習路徑，讓我能夠掌握FEM這個強大的分析工具，並將其應用於我所關心的電機工程問題上，讓我的設計思維和問題解決能力都能得到提升。

评分☆☆☆☆☆

聽聞《有限元素法在電機工程的應用》這本書的訊息，我感到相當興奮！作為一名在電機領域不斷學習和探索的學子，我一直深感理論與實務之間存在著一道鴻溝，而有限元素法（FEM）似乎就是那座能跨越這道鴻溝的橋樑。在大學的課堂上，我們學習瞭馬達的設計原理、電磁場的理論，但當涉及到更複雜的結構，或是需要精確預測性能時，往往會遇到瓶頸。有限元素法，這個聽起來就充滿學術氣息的工具，據說能將連續的物理場問題，轉換為離散化的代數方程組來求解，這聽起來就像是為解決複雜的電機工程問題提供瞭一種係統化的解決方案。我尤其對書中如何將 FEM 的抽象數學概念，與電機工程中的具體應用巧妙結閤感到好奇。例如，當我們在設計一個新的電機時，除瞭基本的理論計算，我們更需要知道在實際的材料、結構和工作條件下，磁場分佈、溫升、損耗等會如何影響其性能。FEM 是否能提供一種視覺化的方式，讓我們能夠「看到」這些看不見的物理場，並進一步優化設計？我希望書中能提供一些貼近實際的範例，例如如何利用 FEM 來分析電磁鐵的磁漏，如何模擬變壓器的散熱情況，或是如何評估高壓電纜的電場分佈，以確保其安全可靠運行。我期待這本書不僅能教會我 FEM 的基本原理，更能引導我學會如何實際操作相關的軟體，並且能夠獨立分析電機工程中的各種複雜問題。這不僅是學術上的精進，更是工程實力的提升。