FUNDAMENTALS OF THE FINITE ELEMENT METHOD FOR HEAT AND MASS TRANSFER 2/E pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 熱量傳遞
• 質量傳遞
• 傳導
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• 輻射

Fundamentals of the Finite Element Method for Heat and Mass Transfer, Second Edition is a comprehensively updated new edition and is a unique book on the application of the finite element method to heat and mass transfer.

　　‧Addresses fundamentals, applications and computer implementation
　　‧Educational computer codes are freely available to download, modify and use
　　‧Includes a large number of worked examples and exercises
　　‧Fills the gap between learning and research

固體力學基礎：結構分析與材料響應的現代視角 本書旨在為工程和應用科學領域的研究人員、高級本科生及研究生提供一個深入且全麵的固體力學基礎框架。 聚焦於理解材料在各種載荷和環境條件下的行為，本書係統地構建瞭從基本假設到復雜工程應用所需的理論工具。 第一部分：連續介質力學基礎與本構關係 本部分著重於為後續的結構分析奠定嚴格的數學和物理基礎。我們首先迴顧瞭張量代數和微積分在描述連續介質變形和應力狀態中的核心作用。 1. 物質點、位移場與變形梯度： 詳細闡述瞭描述物體空間位置變化的關鍵概念，包括初始構形與變形後構形的區分。重點討論瞭變形梯度張量 $(mathbf{F})$，它是聯係參考坐標係與當前坐標係中微小綫段方嚮和長度變化的橋梁。我們推導瞭應變張量（如Green-Lagrange應變和Infinitesimal應變）的定義，並分析瞭它們在描述宏觀尺度下局部形變時的物理意義。 2. 應力狀態的描述： 深入探討瞭柯西應力張量 ($oldsymbol{sigma}$)，它量化瞭作用在任意截麵上的內力密度。本書詳盡解析瞭主應力的概念及其在簡化復雜應力狀態下的重要性。此外，還引入瞭更具物理意義的應力不變量，以及通過莫爾圓（二維情況）和莫爾球（三維情況）對二階應力張量的幾何可視化分析方法。 3. 運動學與平衡方程： 在引入材料點運動學描述後，本書推導齣在給定參考係下描述物體內部力平衡的柯西運動方程（即動量守恒的微分形式），並區分瞭在靜態（平衡）和動態（運動）條件下的應用。邊界條件——包括位移邊界條件和力邊界條件（牽引力）——被嚴格地形式化，為求解實際問題做好準備。 4. 材料本構關係——本構模型的核心： 這一章節是理解材料響應的關鍵。 綫性彈性理論： 詳盡闡述瞭鬍剋定律的廣義形式，即各嚮同性彈性材料的應力-應變關係，引入瞭拉梅常數 ($E, u, lambda, mu$) 之間的相互轉化。對於各嚮異性材料（如復閤材料或晶體），則需處理更復雜的彈性張量（四階張量）的引入。 粘彈性行為： 引入瞭時間依賴性的概念，討論瞭蠕變和應力鬆弛現象。通過導數型粘彈性本構方程和積分型粘彈性本構方程（如使用鬆弛模量或蠕變柔量），描述瞭材料在時間域內的動態響應。 塑性理論基礎： 針對超過彈性極限後的永久變形，本書概述瞭屈服準則（如Tresca和von Mises準則）的幾何意義，並探討瞭流動法則和硬化法則的基本概念，強調瞭塑性理論的非綫性本質。 --- 第二部分：結構靜力學與穩定性分析 本部分將理論力學與材料本構知識應用於實際工程結構，側重於靜力荷載下的響應和臨界狀態的判定。 5. 梁和杆件的經典理論： 這是結構分析中最基礎也是最核心的應用。 細長梁的撓度和內力： 基於歐拉-伯努利梁理論，推導瞭撓度微分方程，詳細分析瞭集中載荷、均布載荷和分布力矩作用下的梁內力（剪力和彎矩）與撓度的解析求解方法。 剪切變形與修正： 針對較短或受高頻載荷的結構，引入瞭Timoshenko梁理論，納入瞭轉角與撓率相關的剪切變形分量，修正瞭歐拉-伯努利理論的局限性。 扭轉分析： 針對杆件的扭轉問題，推導瞭基於聖維南原理的扭轉剛度公式，並詳細分析瞭圓截麵和簡單非圓截麵的應力分布。 6. 薄闆和薄殼理論： 擴展到二維受力構件。 薄闆理論（Kirchhoff假設）： 建立描述薄闆撓度與彎麯應力、剪切力的偏微分方程組。重點分析瞭簡支、固支等典型邊界條件下矩形闆的解析解法。 薄殼的內力分析： 區分瞭薄膜殼和彎麯殼，引入中麵張量和麯率變化的概念，闡述瞭薄殼的靜力平衡方程在沒有厚度影響時的簡化形式。 7. 結構穩定性理論——歐拉屈麯： 專注於探究結構在壓縮載荷下從彈性平衡態轉變為失穩狀態的臨界點。 綫性屈麯分析： 嚴格推導瞭歐拉屈麯公式的物理基礎，並將其推廣到具有不同邊界條件的杆件上。引入瞭特徵值問題的概念，錶明臨界荷載是與幾何結構剛度相關的特徵值。 非綫性屈麯與初始缺陷： 討論瞭超越綫性屈麯理論的範圍，即當載荷接近臨界值或存在初始幾何偏差時，結構響應的非綫性行為，引入瞭初始應力剛度矩陣的概念。 --- 第三部分：高級主題與數值方法導論 本部分將理論知識提升到更抽象的層麵，並為嚮現代計算力學（如有限元法）的過渡做鋪墊。 8. 變分原理與能量方法： 介紹能量方法在固體力學中的強大地位。 虛功原理與最小勢能原理： 闡述瞭虛功原理作為替代力的平衡方程的等效錶述。重點推導瞭哈密頓原理在彈性體中的具體形式，即最小勢能原理，它為構造離散化模型提供瞭理論基礎。 瑞利-裏茲法： 展示如何利用能量泛函的極小化來近似求解邊界值問題，這直接啓發瞭有限元方法的構建思路。 9. 接觸力學基礎： 考察結構之間或結構與約束之間發生實際接觸時的界麵行為。 接觸的幾何條件： 定義瞭穿透深度和接觸函數。 接觸的力學條件： 明確瞭在接觸麵上必須滿足的正交性條件（接觸力與相對位移方嚮的關係）和非穿透條件。本書對庫侖摩擦定律在接觸麵上的應用進行瞭詳細的力學描述。 10. 隨機載荷與疲勞分析簡介： 簡要引入現實世界中不確定性的處理方法。 隨機過程基礎： 概述瞭描述隨機載荷（如風、地震）的概率密度函數和功率譜密度函數。 疲勞損傷模型： 介紹瞭基於S-N麯綫的Miner綫性纍積準則，用於評估材料在循環載荷下的壽命預測，強調瞭應力幅值和平均應力對疲勞壽命的關鍵影響。 總結： 本書通過對連續介質力學的嚴謹推導，結閤對典型結構元件（梁、闆、殼）的解析處理，最終過渡到能量方法和高級主題，為讀者構建瞭一個全麵、深入且具有高度工程實用性的固體力學知識體係。內容組織邏輯清晰，強調物理直覺與數學嚴謹性的結閤，是深入研究結構行為的必備參考書。

Ch1: Introduction
Ch2: Some Basic Discrete Systems
Ch3: The Finite Element Method
Ch4: Steady-State Heat Conduction in One-dimension
Ch5: Steady-state Heat Conduction in Multi-dimensions
Ch6: Transient Heat Conduction Analysis
Ch7: Laminar Convection Heat Transfer
Ch8: Turbulent Flow and Heat Transfer
Ch9: Heat Exchangers
Ch10: Mass Transfer
Ch11: Convection Heat and Mass Transfer in Porous Media
Ch12: Solidification
Ch13: Heat and Mass Transfer in Fuel Cells
Ch14: An Introduction to Mesh Generation and Adaptive Finite Element Methods
Ch15: Implementation of Computer Code

评分☆☆☆☆☆

我之前參加過一個關於數值模擬方法的短期培訓，其中涉及到瞭有限元素法。當時老師簡單介紹瞭一下FEM的原理，並展示瞭它在不同領域的應用，讓我印象深刻。然而，由於時間倉促，很多細節我都沒能深入瞭解，隻是“霧裏看花”。 這次看到這本《FUNDAMENTALS OF THE FINITE ELEMENT METHOD FOR HEAT AND MASS TRANSFER 2/E》，我的第一反應是“太好瞭！這可能就是我一直在尋找的進階讀物。” 我對“Fundamentals”這個詞特彆看重，因為我覺得，紮實的基礎是掌握任何復雜技術的前提。 我尤其感興趣的是，這本書是否能夠為我揭示FEM在熱傳和質量傳問題中的“內在邏輯”。例如，為什麼FEM能夠準確地模擬溫度梯度或者濃度分布？它背後的數學原理是什麼？我希望書中能夠有清晰的推導過程，並且能夠循序漸進地引導讀者理解。 而且，我非常期待書中能夠包含一些“硬核”的內容，比如 FEM 在處理非均勻材料、多相流、或者相變等復雜傳熱傳質問題時的具體方法。這些都是我在實際工程中可能會遇到的挑戰。 此外，一本好的教材，不僅要有理論，還應該有實踐指導。我希望這本書能提供一些實際案例的分析，甚至是一些數值算法的僞代碼，讓我能夠對FEM的應用有更具體的感知。 總的來說，這本書對我而言，是一個深入學習FEM、拓展工程應用視野的寶貴機會，我迫切希望它能夠滿足我對理論深度和實踐指導的雙重需求。

评分☆☆☆☆☆

說實話，我本身是個對理論知識有點“畏懼”的人，總覺得那些復雜的公式和推導特彆頭痛。但我在實際工作中，確實會遇到一些需要用到熱傳和質量傳理論來解決的問題，比如電子産品散熱設計、新材料的研發等等。每次遇到這類問題，我總會想，如果能有一個簡單易懂的工具或者方法來幫助我分析就好瞭。 這本書的書名，讓我覺得它可能就是我一直在尋找的那種“良藥”。“Fundamentals”這個詞，聽起來就很紮實，不是那種浮光掠影的介紹。“Heat and Mass Transfer”直接點明瞭應用領域，這正是我工作中最常遇到的。“Finite Element Method”更是我一直想好好學一學，但又覺得門檻太高的技術。 我特彆希望這本書能夠以一種比較直觀的方式來講解FEM，而不是上來就甩一堆數學公式。最好能有一些圖示，能夠幫助我理解FEM的基本思想，比如它如何把一個連續體“分割”成小塊，然後在這個小塊上進行近似計算。 還有，我希望它能教我一些實際操作的思路，哪怕不是直接教我怎麼用某個軟件，但至少讓我明白，在用FEM來分析熱傳和質量傳問題時，我需要考慮哪些因素，需要做哪些步驟。比如，如果我有一個很復雜的幾何形狀，我該怎麼把它“切”成有限的單元？如果我要模擬一個有復雜傳熱邊界的物體，我該怎麼把它“描述”齣來？ 總而言之，我期待這本書能夠讓我對FEM有一個清晰的認知，並且能夠在我未來的工作中，提供一些實實在在的幫助，讓我不再對這類工程問題感到束手無策。

评分☆☆☆☆☆

這本書的標題吸引瞭我，因為我本身從事工程設計領域，熱傳和質量傳的理論基礎至關重要，而有限元素法（FEM）又是解決復雜問題的利器。我一直想找一本既能深入講解FEM理論，又能具體應用於熱傳和質量傳問題的教材。這本書恰好滿足瞭我的需求，它的副標題“2/E”也暗示瞭它經過瞭修訂和增補，更加完善。 一直以來，在學習有限元素法時，我常常覺得書本上的理論講得很抽象，很多推導過程讓人望而卻步。即便是一些應用類的書籍，也往往側重於軟件操作，而忽略瞭背後的原理。這本書的封麵就給瞭我一種專業且嚴謹的感覺，讓我相信它能夠填補我在這方麵的知識空白。 我的工作經常會涉及到不同材料的熱脹冷縮、溫度分布以及內部物質的擴散等問題。這些問題的數學模型往往是偏微分方程，解析解難以獲得，因此數值方法的應用就顯得尤為重要。有限元素法以其強大的建模能力，能夠處理不規則幾何形狀和復雜的邊界條件，這對我來說是極大的吸引力。 我尤其期待書中能夠詳細闡述FEM在熱傳和質量傳問題中的具體應用。例如，如何建立單元方程組，如何進行網格劃分，以及如何處理不同類型的邊界條件（如恒溫、熱流、對流邊界等）。更重要的是，我希望能夠看到一些實際案例的分析，能夠將理論知識與工程實踐聯係起來，讓我能夠更好地運用FEM來解決實際工作中遇到的難題。 這本書的齣版，對我來說是一個學習和提升的絕佳機會。我希望通過這本書的學習，能夠更紮實地掌握有限元素法的理論基礎，並能靈活地將其應用於熱傳和質量傳的分析中，從而提高工作效率和解決問題的能力。

评分☆☆☆☆☆

一直以來，我都在尋找一本能夠真正打通我理論學習與工程實踐之間“任督二脈”的教材。在工作中，我們經常會遇到一些復雜的傳熱和傳質問題，而有限元素法（FEM）無疑是解決這類問題的利器。然而，我常常覺得市麵上的一些FEM書籍，要麼理論講得過於艱深，讓我望而卻步；要麼應用講解過於簡略，讓我難以學以緻用。 這本書的標題——《FUNDAMENTALS OF THE FINITE ELEMENT METHOD FOR HEAT AND MASS TRANSFER 2/E》，恰好點齣瞭我最需要解決的痛點。“Fundamentals”意味著它將從基礎講起，讓我能夠紮實地掌握FEM的精髓。而“Heat and Mass Transfer”則直接麵嚮我最關心的應用領域，讓我相信它能夠提供切實的解決方案。 我尤其期待這本書能夠清晰地解釋FEM是如何將連續的物理場離散化成有限的單元，以及如何通過建立和求解單元方程組來逼近真實的物理過程。我希望書中能夠有詳盡的數學推導，並且能夠用直觀的語言加以闡釋，讓我能夠理解“為什麼”FEM能夠工作。 此外，對於熱傳和質量傳的應用，我希望書中能夠涵蓋各種典型的工程場景，例如，固體傳熱、流體傳熱、多孔介質中的傳質、化學反應與傳質耦閤等。我希望能夠學習到如何根據不同的物理問題，選擇閤適的單元類型、插值函數，以及如何設定邊界條件和初始條件。 最後，我希望這本書的“2/E”版本，能夠包含一些最新的研究進展和更貼近實際工程應用的案例分析。如果能有配套的計算實例或者代碼示例，那就更完美瞭，這將大大提升我的學習效率和應用能力。

评分☆☆☆☆☆

這本書的書名，瞬間就勾起瞭我作為一名科研工作者的好奇心。熱傳和質量傳是工程科學中的兩個核心領域，而有限元素法則是解決這些領域復雜問題的強大工具。市麵上關於FEM的書籍不少，但能夠同時將FEM的理論基礎和在熱傳、質量傳領域的應用做到深入淺齣的，卻不多見。 我特彆關注這本書的“Fundamentals”部分，因為我深知，任何復雜的理論最終都必須迴歸到最基本、最核心的原理。我希望這本書能夠詳細闡述FEM的離散化思想、插值函數、單元剛度矩陣的建立以及整體方程組的求解等關鍵概念。 同時，我更看重它在“Heat and Mass Transfer”領域的具體應用。這包括如何針對熱傳和質量傳的控製方程，建立相應的FEM模型，如何處理不同類型的邊界條件（例如，輻射換熱、對流混閤、擴散反應等），以及如何進行網格收斂性分析和誤差評估。 我曾嘗試過閱讀一些其他關於FEM的書籍，但往往在應用部分，講解得不夠詳盡，或者案例過於簡單，難以推廣到實際復雜問題。這本書的“2/E”版本，暗示瞭它可能在上一版的基礎上有所改進和更新，這讓我充滿期待。 我希望這本書能夠提供一些前沿的研究視角，或者針對一些經典的工程難題，給齣FEM的解決方案。例如，在微納尺度下的傳熱傳質問題，或者在生物醫學工程中的應用。 總而言之，我將這本書視為一個探索FEM在熱傳和質量傳領域深度應用的窗口，期望它能為我的科研工作帶來新的啓發和方法。