目錄
上篇 多場(chǎng)耦合基本方法與理論
第1章 耦合場(chǎng)理論概述3
1.1 耦合及耦合問題3
1.2 耦合問題的分類4
1.3 耦合問題的基本特征7
1.3.1 物理模型上的基本特征7
1.3.2 數(shù)學(xué)模型上的基本特征8
1.4 多場(chǎng)耦合力學(xué)問題及其特征10
1.4.1 多場(chǎng)耦合力學(xué)概述10
1.4.2 多場(chǎng)耦合力學(xué)問題的基本特征13
1.5 多場(chǎng)耦合力學(xué)問題的基本理論及模型15
1.5.1 基于場(chǎng)方程的理論模型建立15
1.5.2 基于圖形場(chǎng)唯象概念的理論模型建立18
參考文獻(xiàn)21
第2章 多場(chǎng)問題的基本場(chǎng)方程與模型23
2.1 固體與結(jié)構(gòu)力學(xué)問題23
2.1.1 固體的變形描述23
2.1.2 固體變形的力學(xué)基本定律26
2.1.3 本構(gòu)關(guān)系26
2.1.4 邊界條件及初始條件30
2.2 溫度場(chǎng)問題31
2.2.1 熱傳導(dǎo)方程31
2.2.2 邊界條件及初始條件32
2.3 電磁場(chǎng)問題33
2.3.1 Maxwell電磁場(chǎng)方程33
2.3.2 電磁本構(gòu)關(guān)系34
2.3.3 電磁場(chǎng)跳變條件36
2.4 流體力學(xué)問題36
2.4.1 流體運(yùn)動(dòng)的兩種描述方法37
2.4.2 流體力學(xué)基本方程38
2.4.3 流體的本構(gòu)關(guān)系及狀態(tài)方程39
2.4.4 邊界條件及初始條件40
2.5 聲場(chǎng)問題41
2.5.1 聲場(chǎng)基本方程41
2.5.2 方程線性化42
2.5.3 邊界條件及初始條件42
參考文獻(xiàn)43
第3章 一些典型的兩場(chǎng)耦合力學(xué)問題及其特征44
3.1 熱彈性耦合問題44
3.1.1 耦合場(chǎng)基本方程45
3.1.2 耦合效應(yīng)及特征46
3.2 流固耦合問題47
3.2.1 耦合場(chǎng)基本方程49
3.2.2 耦合效應(yīng)及特征50
3.2.3 空氣彈性耦合問題及方程50
3.2.4 聲結(jié)構(gòu)耦合問題及方程52
3.3 電磁固體力學(xué)耦合問題54
3.3.1 耦合場(chǎng)基本方程55
3.3.2 電磁固體力學(xué)本構(gòu)關(guān)系57
3.3.3 耦合效應(yīng)及特征59
3.3.4 電彈性耦合問題及方程60
3.3.5 磁彈性耦合問題及方程66
3.4 電磁流變力學(xué)耦合問題73
3.4.1 耦合場(chǎng)基本方程74
3.4.2 耦合效應(yīng)及特征76
參考文獻(xiàn)77
第4章 三場(chǎng)及多場(chǎng)耦合力學(xué)問題80
4.1 高速飛行器氣動(dòng)熱力耦合問題80
4.1.1 耦合模型及基本方程81
4.1.2 耦合效應(yīng)及特征84
4.2 電子器件電磁熱力耦合問題85
4.2.1 耦合模型及基本方程87
4.2.2 耦合效應(yīng)及特征89
4.3 鐵磁介質(zhì)磁熱力耦合問題89
4.3.1 耦合模型及基本方程90
4.3.2 耦合效應(yīng)及特征94
4.4 超導(dǎo)材料電磁熱力耦合問題95
4.4.1 耦合模型及基本方程97
4.4.2 耦合效應(yīng)及特征100
4.5 智能軟材料熱電化學(xué)力耦合問題102
4.5.1 智能軟材料及分類102
4.5.2 耦合模型及基本方程105
4.5.3 耦合效應(yīng)及特征108
4.6 多孔介質(zhì)的滲流溫度變形耦合問題108
4.6.1 多孔介質(zhì)的多場(chǎng)性能109
4.6.2 耦合模型及基本方程111
4.6.3 耦合效應(yīng)及特征113
參考文獻(xiàn)114
第5章 多場(chǎng)耦合問題的一般解法116
5.1 耦合問題的一般解法116
5.2 耦合問題的分場(chǎng)降維解法118
5.2.1 準(zhǔn)靜態(tài)耦合問題118
5.2.2 動(dòng)力學(xué)耦合問題120
5.3 耦合問題的合場(chǎng)統(tǒng)一解法124
5.3.1 準(zhǔn)靜態(tài)耦合問題125
5.3.2 動(dòng)力學(xué)耦合問題125
5.4 分場(chǎng)降維解法與合場(chǎng)統(tǒng)一解法的比較127
參考文獻(xiàn)128
第6章 多場(chǎng)耦合問題的數(shù)值離散化方法130
6.1 微分方程的數(shù)值計(jì)算概述130
6.1.1 數(shù)值計(jì)算的一般流程130
6.1.2 數(shù)值計(jì)算相關(guān)的基本特征132
6.1.3 數(shù)值計(jì)算中的主要誤差來源133
6.2 多場(chǎng)耦合問題空間域的數(shù)值離散化方法134
6.2.1 空間域離散——網(wǎng)格與節(jié)點(diǎn)134
6.2.2 空間域離散——微分方程138
6.3 瞬態(tài)多場(chǎng)耦合問題時(shí)間域的數(shù)值離散化方法143
6.3.1 單時(shí)間步的離散方法144
6.3.2 高階精度的時(shí)間步離散方法145
6.3.3 多時(shí)間步的離散方法148
6.3.4 高階時(shí)間導(dǎo)數(shù)的離散方法149
6.4 邊界耦合問題的移動(dòng)邊界數(shù)值方法151
6.4.1 動(dòng)網(wǎng)格方法152
6.4.2 流固耦合問題的浸入邊界法155
6.5 耦合問題中的時(shí)空多尺度數(shù)值方法158
6.5.1 時(shí)空多尺度特征158
6.5.2 空間多尺度的一般離散方法159
6.5.3 時(shí)間多尺度的一般離散方法162
6.6 耦合及多非線性問題的數(shù)值方法163
6.6.1 非線性代數(shù)方程組的一般形式163
6.6.2 解非線性方程組的基本概念及幾類經(jīng)典方法165
6.6.3 其他改進(jìn)方法172
參考文獻(xiàn)173
下篇 多場(chǎng)耦合力學(xué)應(yīng)用
第7章 鐵磁介質(zhì)與結(jié)構(gòu)的磁熱力多場(chǎng)耦合行為177
7.1 鐵磁梁結(jié)構(gòu)的磁熱力耦合問題的解析求解177
7.1.1 耦合場(chǎng)理論模型177
7.1.2 復(fù)雜磁場(chǎng)環(huán)境中鐵磁梁式板的磁力分布181
7.1.3 鐵磁梁式板的磁熱力耦合穩(wěn)定性問題及求解183
7.2 鐵磁薄板的磁力耦合動(dòng)力學(xué)行為及磁阻尼效應(yīng)186
7.2.1 耦合場(chǎng)理論模型187
7.2.2 耦合效應(yīng)下的磁力分析188
7.2.3 鐵磁薄板的磁力耦合動(dòng)力學(xué)問題求解190
7.3 鐵磁薄殼的磁熱力多場(chǎng)耦合理論及數(shù)值模擬193
7.3.1 磁熱力耦合廣義變分模型194
7.3.2 磁熱力耦合問題有限元數(shù)值模型201
7.3.3 鐵磁薄殼的多場(chǎng)耦合行為模擬206
參考文獻(xiàn)211
第8章 磁敏功能復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)的多場(chǎng)耦合行為212
8.1 磁敏多相復(fù)合材料的磁電熱力多場(chǎng)性能參數(shù)表征212
8.1.1 磁敏三相復(fù)合材料的多場(chǎng)耦合性能213
8.1.2 多場(chǎng)有效性能的有限元法數(shù)值模型215
8.1.3 多場(chǎng)性能參數(shù)預(yù)測(cè)217
8.2 磁敏功能復(fù)合軟材料的磁力耦合特征222
8.2.1 微觀結(jié)構(gòu)特征222
8.2.2 宏觀耦合特征223
8.3 磁敏功能復(fù)合軟材料的磁熱力耦合行為226
8.3.1 剪切變形模式下的多場(chǎng)耦合理論模型226
8.3.2 多場(chǎng)行為預(yù)測(cè)229
8.4 磁敏仿生結(jié)構(gòu)的磁流固耦合行為模擬231
8.4.1 磁驅(qū)動(dòng)的仿生魚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)231
8.4.2 磁流固耦合模型及有限元求解232
8.4.3 仿生魚多場(chǎng)行為模擬236
參考文獻(xiàn)238
第9章 鐵磁形狀記憶合金的磁力耦合行為240
9.1 鐵磁形狀記憶合金材料的基本特性241
9.1.1 磁致大變形效應(yīng)241
9.1.2 形狀記憶效應(yīng)242
9.1.3 力學(xué)性能242
9.2 鐵磁形狀記憶合金馬氏體變體重定向的磁力耦合模型243
9.2.1 馬氏體變體重定向過程的應(yīng)力與應(yīng)變表征243
9.2.2 耦合系統(tǒng)的熱力學(xué)本構(gòu)模型245
9.3 磁場(chǎng)與應(yīng)力共同作用下的磁力耦合行為分析248
9.3.1 兩場(chǎng)作用下的馬氏體重定向演化模型248
9.3.2 磁力耦合行為模擬250
參考文獻(xiàn)255
第10章 鐵電功能材料的相變及電力耦合行為256
10.1 鐵電功能材料的相變動(dòng)力學(xué)及宏觀性能256
10.1.1 鐵電反鐵電相變的熱力學(xué)唯象模型256
10.1.2 靜水壓力下鐵電材料PZT95/5的宏觀性能259
10.2 鐵電材料的相變放電及電擊穿失效262
10.2.1 PZT95/5靜電場(chǎng)下的電擊穿失效262
10.2.2 沖擊載荷下的相變放電過程264
10.2.3 沖擊載荷下的電擊穿失效預(yù)測(cè)266
10.3 鐵電材料電力耦合作用下的相變和疇變微結(jié)構(gòu)演化269
10.3.1 相場(chǎng)方法及有限元模型269
10.3.2 弛豫鐵電材料的微結(jié)構(gòu)演化數(shù)值仿真273
參考文獻(xiàn)279
第11章 超導(dǎo)復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)的廣義熱彈性及磁力耦合行為281
11.1 基于力學(xué)響應(yīng)的超導(dǎo)復(fù)合材料失超預(yù)測(cè)281
11.1.1 超導(dǎo)材料的臨界特性及失超281
11.1.2 失超的廣義熱彈性理論模型283
11.1.3 耦合場(chǎng)有限元模型286
11.1.4 超導(dǎo)復(fù)合帶材的熱觸發(fā)失超及演化模擬287
11.2 超導(dǎo)復(fù)合帶材的熱彈及塑性行為292
11.2.1 基本控制方程292
11.2.2 3D/2D混合維度有限元模型及模擬過程293
11.2.3 數(shù)值模擬結(jié)果296
11.3 超導(dǎo)復(fù)合磁體結(jié)構(gòu)的磁力耦合行為多尺度有限元模擬298
11.3.1 超導(dǎo)磁體的磁力耦合模型299
11.3.2 超導(dǎo)復(fù)合磁體的多尺度耦合有限元模型300
11.3.3 數(shù)值模擬結(jié)果306
參考文獻(xiàn)309
第12章 高速旋轉(zhuǎn)柔性結(jié)構(gòu)空氣彈性耦合行為311
12.1 高速旋轉(zhuǎn)圓盤的空氣彈性耦合動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性311
12.1.1 耦合動(dòng)力學(xué)模型311
12.1.2 基于模態(tài)展開的耦合場(chǎng)統(tǒng)一解法313
12.1.3 兩類動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性現(xiàn)象的預(yù)測(cè)318
12.2 高速旋轉(zhuǎn)圓盤顫振失穩(wěn)的反饋控制322
12.2.1 耦合動(dòng)力學(xué)模型322
12.2.2 基于模態(tài)展開的耦合場(chǎng)統(tǒng)一解法324
12.2.3 顫振失穩(wěn)的反饋控制324
12.3 旋轉(zhuǎn)柔性圓盤的空氣彈性耦合動(dòng)力學(xué)模擬軟件研發(fā)328
12.3.1 問題描述和軟件基本框架328
12.3.2 應(yīng)用平臺(tái)和軟件功能329
12.3.3 軟件界面簡(jiǎn)介331
參考文獻(xiàn)335