開本：16開 紙張：膠版紙 包裝：平裝-膠訂 是否套裝：否 國際標準書號ISBN：9787111740315 作者：趙彥普 出版社：機械工業出版社 出版時間：2023年12月
"編輯推薦 電磁場數值方法及算法實現是電氣工程領域的核心理論和技術，也是實現先進電氣繫統、裝備、部件、器件性能參數仿真及電磁場優化設計的關鍵支撐。，《電磁場數值計算及基於FreeFEM的編程實現》書中所展示的案例非常豐富並具有代表性，特別是針對TEAM（Testing Electromagnetic Analysis Methods）繫列基準測試問題（第7、第9、第30及第33問題）給出了詳細算法實現過程及參數後處理方法，這也是國際電磁場計算學界對數值算法正確性做驗證和評估的權Wei標準。通過該書中所展示的數值結果與實測結果的吻合精度，可見所提供的FreeFEM代碼的專業性及重要參考價值。此外，該書中也提供了初步的場路耦合分析案例，這部分內容在低頻電磁工程應用中非常重要但不多見，所提供的代碼具有很高的參考價值。 內容簡介 《電磁場數值計算及基於FreeFEM的編程實現》簡明介紹了工程電磁場理論方法，重點給出了應用開分析軟件FreeFEM進行二維及三維低頻電磁場問題自編程計算的方法和技巧，並對約30個典型問題進行編程求解。在內容組織編排上，以七大低頻電磁場應用場景（包括靜電場、交/直流傳導電場、瞬態電場、靜磁場、渦流場及瞬態磁場）為主線，以典型場景應用案例為牽引，遵循了計算電磁學理論與FreeFEM算法編程並重的原則。在理論方面，給出了七大場景下計算電磁場問題的數學模型（包括控制方程、邊界條件、界面連續性條件及激勵條件）及相應弱形式。在FreeFEM編程實踐方面，本書所選取的案例來自經典教材及學術論文,且部分為實際工程案例，通過代碼語句詳細展示電磁場問題自編程數值計算的全過程。通過將復雜的實際工程計算問題以FreeFEM示例代碼的形式呈現，可以幫助讀者對電磁場理論、電氣工程問題數學建模分析過程有更深入的理解。
本書可作為廣大工程技術人員、科研工作者、FreeFEM 軟件開發者的參考書，也可作為理工科院校電氣工程、電子工程及計算數學相關專業的高年級本科生研究生學習工程電磁分析的教材。 作者簡介 趙彥普 教授，博士生導師。2006年本科畢業於河北工業大學理學院，2009年碩士畢業於南開大學數學繫計算數學專業，隨後在中科院深圳先進技術研究院高性能計算中心工作14個月。?2010年10月赴香港理工大學電機工程繫從事科研工作並於2012年7月開始攻讀博士學位。獲博士學位後，於2016年5月加入美國ANSYS公司賓州Canonsburg研發總部，擔任ANSYS Maxwell 3D電磁分析模塊高級研發工程師。2019年7月全職回國，加入武漢大學電氣與自動化學院，獲國家級青年人纔和省級海外高層次人纔項目。
擔任IEEE Senior Member，ICS (International Compumag Society) Member，中國電工技術學高級會員，中國電工技術學會電工理論與新技術專委會委員，中電聯輸變電設備仿真技術標準化技術委員會委員，中國仿真學會?綜合能源繫統數字孿生專委會委員，IEEE PES中國區電力繫統數字孿生技術分委會委員。長期致力於工程電磁場數值方法、多物理場耦合計算、電氣裝備仿真優化設計和高精算法研究及軟件開發，在IEEE等多個國際期刊發表SCI期刊論文35篇，其中第一作者（通信作者）論文24篇。 目錄 目錄推薦序一
推薦序二
前言
第1章電磁計算的基本理論
1.1電磁場基本理論
1.1.1麥克斯韋方程組
1.1.2標量及矢量位函數表示的電磁場方程
1.1.3電磁場問題的邊界條件
1.1.4電磁場的激勵源
1.2電磁場數值計法介紹
1.2.1二維靜電法初步
1.2.2前處理網格技術
1.2.3電磁場量的後處理方法
參考文獻目錄推薦序一
推薦序二
前言
第1章電磁計算的基本理論
1.1電磁場基本理論
1.1.1麥克斯韋方程組
1.1.2標量及矢量位函數表示的電磁場方程
1.1.3電磁場問題的邊界條件
1.1.4電磁場的激勵源
1.2電磁場數值計法介紹
1.2.1二維靜電法初步
1.2.2前處理網格技術
1.2.3電磁場量的後處理方法
參考文獻
第2章FreeFEM軟件介紹及基本編程方法
2.1FreeFEM軟件簡介
2.2入門指南
2.2.1FreeFEM語言的特色及功能
2.2.2FreeFEM程序的開發流程
2.3FreeFEM腳本編程語法介紹
2.3.1數據類型
2.3.2主要類型
2.3.3保留字及全局變量
2.4網格生成功能
2.4.1square網格生成命令
2.4.2區域邊界的定義
2.4.3三維網格生成
2.4.4網格數據格式及讀寫
2.5靜電場問題FreeFEM編程舉例
參考文獻
第3章二維電場計算方法及FreeFEM代碼
3.1二維靜電場問題
3.1.1二維平面靜電場控制方程
3.1.2二維平面靜電計算格式
3.1.3二維軸對稱靜電場控制方程
3.1.4二維軸對稱靜電計算格式
3.1.5算例1TEAM 33B靜電場問題
3.1.6算例2多導體繫統電容矩陣的計算
3.1.7算例3圓柱形電容器自電容的計算
3.2二維直流傳導電場問題
3.2.1二維平面直流傳導電場控制方程
3.2.2二維平面恆定電流計算格式
3.2.3二維軸對稱直流傳導電場
3.2.4二維軸對稱恆定電流計算格式
3.2.5算例4金屬薄片電阻計算
3.2.6算例5半球接地極接地電阻計算
3.3二維交流傳導電場問題
3.3.1二維平面交流傳導電場控制方程
3.3.2二維平面交流傳導電場計算格式
3.3.3二維軸對稱交流傳導電場控制方程
3.3.4二維軸對稱交流傳導電場計算格式
3.3.5算例6有損電介質平板電容器的介質損耗計算
3.3.6算例7電纜接頭的交流電場計算
3.4二維瞬態電場問題
3.4.1二維平面瞬態電場控制方程
3.4.2二維平面瞬態電計算格式
3.4.3二維軸對稱瞬態電場
3.4.4二維軸對稱瞬態電計算格式
3.4.5算例8多層電容器瞬態電場分析
3.4.6算例9圓盤形電容器瞬態電場分析
參考文獻
第4章二維磁場計算方法及FreeFEM代碼
4.1二維靜磁場問題
4.1.1二維平行平面靜磁場控制方程
4.1.2二維平面靜磁格式
4.1.3二維軸對稱靜磁場控制方程
4.1.4二維軸對稱靜磁格式
4.1.5算例1兩塊矩形永磁體的作用力（xy平面坐標）
4.1.6算例2無限長平行輸電線回路單位長度的電感（xy坐標）
4.1.7算例3兩個線圈的作用力（rz坐標）
4.1.8算例4螺線管中心軸線Bz的解析解以及電感計算（rz坐標）
4.2二維渦流場（時諧磁場/交流磁場）問題
4.2.1二維平面渦流場控制方程
4.2.2二維平面渦流格式
4.2.3二維軸對稱渦流場控制方程
4.2.4二維軸對稱渦流格式
4.2.5算例5TEAM Workshop Problem 30 A：二維平面渦流場分析
4.2.6算例6單匝實體線圈之間的互感
4.3二維瞬態磁場問題
4.3.1二維平面瞬態磁場控制方程
4.3.2二維平面瞬態磁格式
4.3.3二維軸對稱瞬態磁場控制方程
4.3.4二維軸對稱瞬態磁格式
4.3.5算例7TEAM Workshop第30A問題：二維平面瞬態磁場分析
4.3.6算例8TEAM Workshop第9-1問題：柱對稱瞬態磁場計算
參考文獻
第5章三維電場計算方法及FreeFEM代碼
5.1三維靜電場問題
5.1.1三維靜電場控制方程
5.1.2三維靜電格式
5.1.3電容矩陣的提取及靜電力的計算方法
5.1.4算例1孤立金屬球電容的計算
5.1.5算例2兩個導體球繫統的電容計算
5.2三維直流傳導電場問題
5.2.1三維直流傳導電場控制方程
5.2.2三維直流傳導電格式
5.2.3損耗的計算及電阻矩陣的提取
5.2.4算例3三維接地電阻計算問題
5.3三維交流傳導電場問題
5.3.1三維交流傳導電場控制方程
5.3.2三維交流傳導電計算格式
5.3.3算例4平板電容器（有損電介質）
5.4三維瞬態電場問題
5.4.1三維瞬態電場控制方程
5.4.2三維瞬態電格式
5.4.3算例5三維麥克斯韋電容器（有損電介質）
參考文獻
第6章三維低頻磁場計算方法及FreeFEM編程案例
6.1三維靜磁場問題
6.1.1三維靜磁場控制方程、激勵源及邊界條件
6.1.2三維靜磁場矢量磁位法（A→方法）
6.1.3三維靜磁場標量磁位方法（Ω方法）
6.1.4三維靜磁場混方法（H→方法）
6.1.5Whitney基函數
6.1.6算例13D螺線管（A→-χ方法）
6.1.7算例13D螺線管（H→方法）
6.1.8算例13D螺線管（T→0-Ω方法）
6.1.9算例2永磁體間作用力
6.2三維渦流場問題
6.2.1三維渦流場控制方程、激勵源及邊界條件
6.2.2三維渦流問題A→-φ方法的數學表達
6.2.3三維渦流問題A→-φ方法格式
6.2.4三維渦流問題的A→方法
6.2.5三維渦流問題A→方格式
6.2.6算例3TEAM Workshop第7基準問題：頻域損耗計算（A→-φ方法）
6.2.7算例4功率電感參數提取（A→格式）
6.3三維瞬態磁場問題
6.3.1三維瞬態磁場控制方程、激勵條件及邊界條件
6.3.2三維瞬態磁格式
6.3.3算例5TEAM Workshop第7基準問題：時域瞬態磁場分析
參考文獻
前言 前言隨著計算機硬件技術的發展，工程電磁場數值計算的應用越來越廣泛並發揮著越來越重要的作用，其目標主要是基於先進的計算硬件和編程方法，研究與之匹配的速度快、精度高的數值方法，解決越來越復雜的電磁結構的物理場分布、性能參數計算及優化設計問題。自20世紀80年代起，電磁場數值計算特別計算迎來了高速發展的黃金時期，隨後的二三十年間，各種商業及工業電磁場數值計算軟件相繼出現並在迭代中日漸成熟，呈現出軟件越來越復雜及功能越來越強大的趨勢。在給電氣工程領域諸多應用場景帶來仿真設計支撐的同時，先進數值算法不斷被封裝集成，導致參與底層開發的門檻越來越高。電磁場數值計算算法及軟件技術也是與時俱進不斷發展的交叉學科技術，這對新一代的研究者在數量和質量上都提出了更高的要求。前言隨著計算機硬件技術的發展，工程電磁場數值計算的應用越來越廣泛並發揮著越來越重要的作用，其目標主要是基於先進的計算硬件和編程方法，研究與之匹配的速度快、精度高的數值方法，解決越來越復雜的電磁結構的物理場分布、性能參數計算及優化設計問題。自20世紀80年代起，電磁場數值計算特別計算迎來了高速發展的黃金時期，隨後的二三十年間，各種商業及工業電磁場數值計算軟件相繼出現並在迭代中日漸成熟，呈現出軟件越來越復雜及功能越來越強大的趨勢。在給電氣工程領域諸多應用場景帶來仿真設計支撐的同時，先進數值算法不斷被封裝集成，導致參與底層開發的門檻越來越高。電磁場數值計算算法及軟件技術也是與時俱進不斷發展的交叉學科技術，這對新一代的研究者在數量和質量上都提出了更高的要求。
在工程電磁場數值計算領域，已經有不少國內外學者出版了相關專著介紹工程電磁場問題的數值方法，特別方法，包括定解問題的給出弱形式的推導、邊界條件的處理及代數方程組的求解，並結合一些典型案例展示了問題描述及計算結果。但是很遺憾，大部分著作沒有給出詳細完整可直接運行計算程序範例，這一欠缺導致讀者在數值實現時受到不同程度的限制。本書前兩位作者致力於工程電磁場數值計算算法相關研究已有十餘年時間，並具有計算數學背景，在開軟件FreeFEM的使用方面也都有10年以上的應用經驗。在本書出版前的科研合作及學術探討中，得益於FreeFEM的方便簡捷，極大地促進了二人的交流合作。有別於復雜的商業代碼，FreeFEM作為一個相對簡潔的工具，可以幫助初學者很快地對電磁計算形成全面的認識。兩位作者在中法兩國電磁場計算的學生培養中也都借助了FreeFEM，為學生在理論基礎和待開發的商業及工業代碼之間構建了一座橋梁，使學生可以更快地理解電磁計算並進入到更高層的開發工作中去。正是基於這些經驗，前兩位作者產生了撰寫本專著的想法。本書旨在彌補電磁理論分析、公式推導與實際編程脫節的不足，將抽像的電磁場理論與簡明的FreeFEM實際工程案例程序相結合，旨在提高讀者的學習效率，特別是本科生和研究生在學習低頻工程電磁數值計算時。同時，本書也有助於讀者快速進入工程電磁場數值算法研究和應用開發領域，為解決目前我國電磁場仿真領域廣泛使用商業軟件卻缺乏核心算法研究的問題提供幫助。
在總結多年科研和教學經驗的基礎上，本書從經典工程電磁場理論出發，針對不同場景下的二維和三維低頻電磁場計算問題，給出了微分方程的（初）邊值問題描述以及相應弱形式表達，並結合典型的工程案例，詳細介紹了基於FreeFEM軟件的編程實現過程。在內容組織上，本書主要以不同場景下的二維和三維低頻電磁場計算類型為主線，強調工程電磁場理論和FreeFEM編程實踐的雙重原則。全書共分為六章，包括簡明電磁場理論理論的介紹、FreeFEM軟件的使用介紹（參考了FreeFEM的使用手冊）、二維電場（包括平面坐標繫和柱面坐標繫下的靜電場、交直流傳導電場和瞬態電場）、二維磁場（包括平面坐標繫和柱面坐標繫下的靜磁場、渦流場和瞬態磁場），以及三維電場和三維磁場問題的偏微分方程描述和相應推導。第3~6章分別提供了典型案例的描述，以及FreeFEM程序代碼和計算結果展示。部分案例還是驗證電磁場數值方法計算精度的國際標準測試算例。
本書得到國家海外高層次人纔青年項目、湖北省海外高層次創新人纔項目以及武漢大學“雙一流”建設專項人纔經費的資助。在此表示衷心感謝！
全書共6章，主要由趙彥普負責完成，承擔著作工作量80%；三維計算的展示大多基於趙彥普和唐祖祁的科研合作成果，後者承擔工作量9%；全書初步的公式編輯，案例作圖及若干二維電場程序案例由李海林完成，承擔工作量7%；部分電場測試案例由程建偉提供，承擔工作量2%；部分磁場測試案例由黨艷陽提供，承擔工作量2%。
在有限的時間和水平限制下，本書所呈現的內容可能還不夠成熟，對於復雜電氣工程領域的案例介紹可能存在一定的局限性。因此，我們非常希望各位專家學者能夠提供寶貴的意見和建議。您的反饋和指導將對進一步改進和完善本書起到重要的作用。同時，我們也鼓勵更多的青年學生和學術同行投身於電磁場核心底層計算算法研究、基於開源工具編程以及自主開發電磁計算軟件等領域的研究。期待本書能為推動自主軟件開發相關人纔的培養做出一定指引和啟發作用，也很期待能看到更多的年輕力量在這一領域展現出優秀的纔華和創新精神。
作者2023年8月24日
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