本書主要介紹有限元法基礎知識及COMSOL在彈性力學、流體力學、電磁學、電化學、多物理場耦合等方面的應用。全書先介紹有限元法的基礎知識，然后介紹COMSOL的界面組成與基本操作和網(wǎng)格劃分的方法與實例，最后給出了結構力學分析實例、流體力學分析實例、電磁學分析實例、電化學分析實例和多物理場耦合分析實例，即以實例方式介紹COMSOL各方面應用分析的詳細操作過程及一些需要注意的問題，多數(shù)案例有明確的工程應用背景，部分案例有實驗對比結果，具有較強的實用性。
本書可作為機械、材料、水利、土木、暖通、動力、能源、化工、航空、冶金、環(huán)境、交通、電力電子、建筑等領域的科研與工程技術人員使用COMSOL軟件進行CAE/CFD分析的參考書，也可作為這些專業(yè)的本科生和研究生學習有限元及COMSOL軟件的教學用書。
內容針對性強：使用COMSOL軟件進行CAE/CFD分析，展示了COMSOL在彈性力學、流體力學、電磁學等方面的應用；
實例實用性強：COMSOL軟件最新版本 軟件操作 實際工程案例，實例均來自工程實踐，有明確的工程應用背景；
零基礎入門學：從基本計算到復雜工況分析，幫助初學者快速提升應用技能。
配套資源豐富：案例文件 示例操作視頻 教學PPT課件，既適合讀者自學也適合作為院校教材。
江帆，廣州大學機械與電氣工程學院教授、研究生導師，長期從事機械創(chuàng)新設計、機械 CAE/CFD 的教學、研究工作；中國人工智能學會可拓學專業(yè)委員會副秘書長、可拓創(chuàng)新方法研究中心副主任，中國圖學學會制圖技術委員會副秘書長。主持或參與科研立項 20 余項，發(fā)表論文 70 余篇，授權專利 20 余件，兩項成果獲廣東省科技進步二等獎；已出版《機械原理》《TRIZ 創(chuàng)新應用與創(chuàng)新工程教育研究》《TRIZ 與可拓學比較及融合機制研究》《創(chuàng)新方法與創(chuàng)新設計》等圖書。 溫錦鋒，廣州大學機械與電氣工程學院研究生，主要研究方向為微流控、CFD，熟練使用 COMSOL、ANSYS 和 ABAQUS 等仿真軟件；已發(fā)表 COMSOL 相關論文 1 篇， 授權發(fā)明專利 7 項。 謝智銘，廣州大學碩士研究生，主要 研 究 方 向 為 機 械 CAE/CFD 仿真分析，熟 練使用 COMSOL、ANSYS 和 ABAQUS 等仿真軟件。 葉宇星，廣州大學碩士研究生，主要研究方向為機械 CAE/CFD 仿真分析，熟練使用 COMSOL、ANSYS和 ADAMS 等仿真軟件。
第 1章 有限元理論基礎 1
1.1 彈性力學與有限元 1
1.1.1 彈性力學中的基本概念 1
1.1.2 彈性力學的基本方程 4
1.1.3 平面問題的基本理論 7
1.1.4 彈性力學中的能量原理 9
1.1.5 彈性力學有限元法 10
1.1.6 平面問題的單元構造 15
1.1.7 動力學分析簡介 25
1.1.8 有限元分析中的若干問題 26
1.1.9 減小解題規(guī)模的常用措施 28
1.2 流體力學基礎 30
1.3 CFD基本模型 34
1.3.1 基本控制方程 35
1.3.2 湍流模型 36
1.3.3 流動的初始條件和邊界條件 38
1.4 多相流 39
1.4.1 多相流模型的分類 39
1.4.2 分離多相流模型 40
1.4.3 分散多相流模型 41
1.4.4 水平集法 43
1.4.5 相場法 44
1.4.6 混合物模型 45
1.4.7 歐拉-歐拉模型 46
1.4.8 氣泡流模型 47
1.4.9 移動網(wǎng)格模型 48
1.5 其他物理場分析模型 49
1.5.1 傳熱模型 49
1.5.2 電磁場 50
1.5.3 多孔介質 52
1.5.4 聲學 53
1.5.5 化學工程 53
1.5.6 電化學 54
練習題 55
第 2章 COMSOL基本操作 56
2.1 COMSOL主界面 56
2.2 COMSOL建模流程 60
2.2.1 常規(guī)建模流程 60
2.2.2 建模案例 61
2.3 內置的常數(shù)、變量與函數(shù) 66
2.4 自定義參數(shù)、變量、函數(shù)和材料 69
2.5 COMSOL自定義參量的常見錯誤 72
2.6 COMSOL錯誤處理的技巧 73
練習題 75
第3章 COMSOL的網(wǎng)格劃分 76
3.1 網(wǎng)格設置 76
3.1.1 常用的網(wǎng)格 76
3.1.2 添加網(wǎng)格的方法 78
3.1.3 網(wǎng)格的刪除、禁用和啟用 78
3.1.4 網(wǎng)格的自動劃分 79
3.1.5 網(wǎng)格的尺寸設置 80
3.1.6 映射網(wǎng)格 83
3.1.7 掃掠網(wǎng)格 85
3.1.8 邊界層網(wǎng)格 87
3.1.9 復制網(wǎng)格 90
3.2 不同定型幾何的網(wǎng)格 90
3.2.1 形成聯(lián)合體 91
3.2.2 形成裝配體 91
3.3 網(wǎng)格檢查 91
3.3.1 網(wǎng)格的警告和錯誤提示 92
3.3.2 網(wǎng)格的統(tǒng)計信息 93
3.4 網(wǎng)格導入和導出 94
3.5 網(wǎng)格劃分實例 95
3.5.1 球閥二維網(wǎng)格劃分 95
3.5.2 U形管三維網(wǎng)格劃分 98
練習題 100
第4章 結構力學分析 101
4.1 結構靜力學分析 101
4.1.1 問題描述 101
4.1.2 具體計算 101
4.2 模態(tài)分析 111
4.2.1 問題描述 111
4.2.2 具體計算 112
4.3 諧響應分析 116
4.3.1 問題描述 116
4.3.2 具體計算 117
4.4 瞬態(tài)動力學分析 123
4.4.1 問題描述 123
4.4.2 具體計算 123
4.5 屈曲分析 146
4.5.1 問題描述 146
4.5.2 具體計算 146
4.6 聲場分析 153
4.6.1 問題描述 153
4.6.2 具體計算 154
4.7 MEMS分析 164
4.7.1 問題描述 164
4.7.2 具體計算 164
練習題 177
第5章 流體力學分析 180
5.1 COMSOL流體模塊介紹 180
5.1.1 單相流模塊 180
5.1.2 多相流模塊 181
5.1.3 多孔介質模塊 182
5.1.4 變形網(wǎng)格 183
5.2 單相流動分析 184
5.2.1 卡門渦街分析 184
5.2.2 攪拌中的自由液面分析 191
5.3 多相流動分析 198
5.3.1 十字交叉形通道中微液滴成形分析 198
5.3.2 放射性廢樹脂顆粒在彎管中的流動分析 206
5.4 多孔介質流動分析 216
練習題 222
第6章 電磁學分析 224
6.1 COMSOL求解高頻電磁場的物理接口 224
6.2 軸承的感應加熱分析 225
6.3 單模光纖傳輸分析 236
6.4 射頻消融、微波燒蝕腫瘤分析 246
練習題 260
第7章 電化學分析 262
7.1 COMSOL求解電化學場的物理接口 262
7.1.1 通用接口 262
7.1.2 腐蝕與電鍍接口 262
7.1.3 電池接口 263
7.2 母線板腐蝕分析 263
7.3 方管電鍍分析 275
7.4 異型孔的電解加工分析 288
7.5 鋰離子電池分析 297
練習題 308
第8章 耦合分析 311
8.1 COMSOL中的多物理場耦合 311
8.1.1 常見的內置多物理場接口 311
8.1.2 自定義多物理場耦合 312
8.2 基于溫差驅動的微混合分析 313
8.3 柔性單向閥流固耦合分析 320
8.4 精密過濾器密封蓋的可靠性分析 325
8.5 振動生熱分析 332
練習題 338
參考文獻 341
書單推薦
