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谢德馨，杨仕友 著

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• 电磁场
• 数值分析
• 有限元
• 数值计算
• 电磁兼容
• 电磁仿真
• MATLAB
• 工程电磁场
• 计算电磁学
• 电磁波传播

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111249146

版次：1

商品编码：10058732

品牌：机工出版

包装：平装

开本：16开

出版时间：2009-01-01

用纸：胶版纸

页数：401

正文语种：中文

内容简介

　　《工程电磁场数值分析与综合》吸纳了计算电磁学最近发展的成果，系统地阐述了工程电磁场数值分析与综合的基本原理和方法。全书共分3篇，计15章，其中工程电磁场正问题主要包括节点有限元法、棱边有限元法、有限体积法、无网格法和时域有限差分法；工程电磁场耦合问题涵盖电磁场与电路系统和机械运动的耦合；工程电磁场逆问题介绍了进化类标量优化算法和矢量优化算法，以及与随机优化算法相结合的表面响应模型。书中包含若干典型算例，每章后面附有参考文献，书末附有典型计算机源程序，包括求解稀疏对称方程组的ICCG法源程序，简单禁忌搜索算法程序，以及简单一维伽辽金无单元法程序。
　　《工程电磁场数值分析与综合》既可作为高等工科院校电气工程学科的研究生深一层次的教学或参考学习用书，也可供从事电磁场理论与应用研究的教师、科研工作者和工程技术人员阅读、参考。

目录

前言
第1章 工程电磁场数值分析与综合的基本问题
1.1 概述
1.1.1 电磁场数值分析方法的分类
1.1.2 计算电磁学的研究现状与技术进步
1.2 电磁场控制方程的表述
1.2.1 麦克斯韦方程组
1.2.2 唯一性定理和矢量场的分类
1.2.3 场矢量和位函数的微分方程
1.2.4 工程电磁场数值分析中电磁位方程的表述
1.3 边界条件
1.3.1 不同媒质的分界面条件
1.3.2 场域边界条件
1.3.3 开域问题与空间变换
1.4 基函数与权函数
1.4.1 加权余量法简介
1.4.2 基函数的类型
1.4.3 权函数的类型
1.5 线性和非线性数学规划
参考文献

第1篇 工程电磁场正问题
第2章 有限元法Ⅰ（节点元）
2.1 概述
2.2 基于变分原理的有限元法
2.2.1 古典变分法简介
2.2.2 变分有限元法
2.2.3 单元插值基函数的构成
2.2.4 静态场泊松方程边值问题的变分有限元法
2.2.5 各类边界条件的处理
2.3 伽辽金有限元法
2.3.1 三维涡流场分析的矢量磁位和标量电位数学模型
2.3.2 标量电位的作用
2.3.3 三维正弦涡流场问题的伽辽金有限元离散化
2.4 三维瞬态涡流场分析
2.4.1 时步法
2.4.2 状态空间法
2.5 计算实例
2.5.1 线性正弦稳态涡流问题（TEAM workshop问题7）
2.5.2 非线性瞬态涡流问题（TEAM workshop问题10）
参考文献

第3章 有限元法Ⅱ（棱边元）
3.1 概述（从节点元到棱边元）
3.2 六面体whitney单元插值函数的构建
3.2.1 六面体whitney单元的插值函数
3.2.2 六面体whitney单元插值函数的旋度
3.3 六面体Mur单元的插值函数
3.4 棱边元与节点元在三维电磁场分析中的比较
参考文献

第4章 有限体积法
4.1 概述
4.2 有限差分法简介
4.2.1 差分与差商
4.2.2 截断误差
4.2.3 二维泊松方程的差分离散
4.3 有限体积法简介
4.3.1 格点型有限体积法
4.3.2 格心型有限体积法
4.3.3 有限体积法在电磁场分析中的应用
参考文献

第5章 无网格法
5.1 概述
5.1.1 无网格法的发展历史
5.1.2 无网格法的近似函数
5.2 伽辽金无单元法的基本原理和实施过程
5.2.1 边值问题及其弱形式泛函
5.2.2 伽辽金无单元法的形状函数
5.2.3 不同媒质分界面条件的处理
5.2.4 离散化方程
5.2.5 权函数的支撑区间
5.2.6 算法验证
5.3 计算实例
参考文献

第6章 时域有限差分法
6.1 时域有限差分法的基本方程
6.1.1 广义形式的麦克斯韦旋度方程
6.1.2 时域有限差分方程
6.2 空间网格大小和时间步长的选取
6.3 吸收边界条件
6.3.1 二阶吸收边界条件的解析表达
6.3.2 二阶吸收边界条件的差分近似
6.4 激励源的引入
参考文献

第7章 电磁场数值计算的后处理
7.1 局部与总体电磁量的计算
7.1.1 磁感应强度
7.1.2 电流密度
7.1.3 电感、能量与涡流损耗
7.1.4 绕组磁链
7.2 力与力矩的计算
7.2.1 麦克斯韦应力法
7.2.2 虚功原理
7.2.3 节点力法
7.2.4 计算实例
参考文献

第8章 铁磁材料中的电磁场分析与磁特性模拟
8.1 铁磁材料中电磁场计算的特点
8.2 各向异性问题
8.2.1 结构各向异性
8.2.2 材料各向异性
8.3 正弦激励下非线性电磁场的磁导率
8.3.1 问题的复杂性
8.3.2 有效磁导率的计算
8.4 谐波平衡有限元法
8.5 时间周期有限元法
8.6 表面阻抗法
8.6.1 一维表面阻抗条件的导出
8.6.2 对一维表面阻抗条件的修正
8.6.3 饱和工作状态时的表面阻抗
8.6.4 表面阻抗法的有限元模型
8.7 计算实例：铁磁材料中的涡流与磁场（TEAMworkshop问题21）
参考文献

第9章 有限元离散化方程组解法的若干问题
9.1 求解线性方程组的方法分类
9.2 预处理共轭梯度法
9.2.1 共轭梯度法简介
9.2.2 一种典型的预处理共轭梯度法
9.2.3 IccG法应用中的几个问题
9.2.4 ICCG法的改进
9.3 牛顿-拉夫逊法在求解非线性代数方程组中的应用
9.3.1 牛顿-拉夫逊法简介
9.3.2 牛顿-拉夫逊法在静磁场有限元分析中的迭代格式
9.3.3 用牛顿-拉夫逊法求解正弦涡流场复系数非线性代数方程组
9.4 计算实例：改进的预处理共轭梯度法
参考文献

第2篇 工程电磁场与电路系统和机械运动的耦合问题
第10章 电磁场与电路系统的耦合问题
10.1 概述
10.2 间接场路耦合法
10.2.1 二维电磁场方程与电路方程的耦合
10.2.2 计算实例：笼型感应电动机稳态起动电流的计算
10.3 直接场路耦合法
10.3.1 直接场路耦合法的研究概况
10.3.2 计算实例：变压器大电流绕组并联导线中环流损耗的计算
参考文献

第11章 电磁场、电路系统与机械运动系统的耦合问题
11.1 场-路-运动耦合问题的控制方程
11.2 场-路-运动耦合问题分析中时间步长的控制
11.3 动态有限元网格的处理
参考文献

第3篇 工程电磁场逆问题
第12章 电磁场逆问题数值分析
12.1 概述
……
第13章 进化类标量优化算法
第14章 表面响应模型及其在电磁逆问题分析与计算中的应用
第15章 矢量进化算法
附录

精彩书摘

　　第1章 工程电磁场数值分析与
　　综合的基本问题
　　工程电磁场数值分析与综合问题包括电磁场的正问题、逆问题，以及电磁场与电路或其他系统的耦合问题。本章介绍这一研究领域的发展概况和共性问题，包括电磁场控制方程的表述、边界条件的确定、基函数与权函数的类型，以及数学规划的基本概念。
　　1.1 概述
　　尽管电磁学的缘起具有悠久的历史，但计算电磁学的蓬勃发展却是最近30多年的事。计算电磁学以电磁场理论为基础，以高性能计算技术为手段，运用计算数学提供的各种方法，解决复杂的工程问题，是电磁学中一个十分活跃的研究领域，已经构成了一门新兴的边缘交叉学科。
　　电磁场数值分析的理论和方法是计算电磁学的重要组成部分，属于电磁场正问题，它的任务是在已知电气设备设计方案的条件下通过数值分析的手段对方案的优劣作出评价。具体地说，就是已知给定区域内的几何结构与物理参数，求解一个电磁场定解问题，得到所研究区域中的电场或磁场的空间分布和时间变化，并在此基础上计算出设备的电感、电容、能量、损耗、电磁力等各种特性参数。与正问题相对的电磁场逆问题，在工程上大多属于电磁装置的综合设计问题。由于在综合设计过程中必然涉及电磁场的数值分析和计算，故称之为电磁场逆问题，它的任务是给定电磁场的期望分布或理想特性参数，通过对场源、场域以及场域中媒质分布的优化设计，实现电磁场和电磁能量的最优控制和利用。电磁装置的优化设计、无损检测、医学图像重构等问题都属于电磁场逆问题的研究范围。

前言/序言

　　工程电磁场的数值分析与综合设计是计算电磁学的重要组成部分。计算电磁学以电磁场理论为基础，将数值计算、优化方法和计算机软件技术结合起来，解决复杂的工程电磁场问题，在最近数十年，特别是20世纪90年代以来得到了蓬勃发展，已成为一门新兴的综合性学科。由于电气设备的工业需求和控制技术的广泛应用、计算机技术的持续进步和日益普及、计算数学和软件技术的快速发展，促使计算电磁学研究的深度和广度不断拓展，在电磁场正问题、逆问题和耦合问题分析的诸多方面都取得了重大的科学进步。这一迅速发展的形势，对从事工程电磁场理论与应用研究的研究生、教师、科研工作者和工程技术人员提出了新的要求。
　　在这种新形势下，本书作者试图将自己的研究成果和国际著名学者的部分研究成果结合起来，提供一本既有电磁场分析与综合的基本理论、基本方法，又有近15年来国际上提出的一些新方法，在文字表述上由浅入深的实用参考书。因此，本书内容既包括节点有限元法，又包括棱边有限元法，同时也介绍了时域有限差分法、有限体积法和无网格法；既有三维涡流问题的稳态分析，又有瞬态分析；既包括工频问题，又包括高频问题；既含正问题的数值分析，也含近年来逆问题的最新发展，同时也介绍了受到研究者关注的耦合问题。本书分为3篇，共15章，为了便于读者查询，每章后面均附有较为详细的参考文献。书中提供了较多实际算例，以便将理论与算法具体化。书末附有若干计算机源程序，可作为进行有关实际问题计算时程序编写的基础和参考。
　　本书第1章1．5节“线性和非线性数学规划”、第5章“无网格法”、第3篇“工程电磁场逆问题”中的4章以及附录B“简单禁忌搜索算法程序”、附录c“简单一维伽辽金无单元法程序”由浙江大学杨仕友教授撰写；第8章8．6节“表面阻抗法”、8．7节“计算实例：铁磁材料中的涡流与磁场”由浙江大学姚缨英教授撰写；沈阳工业大学谢德馨教授撰写了其余章节，并对全书进行了整理、统一和定稿。

现代光学与光电子学进展 本书系统阐述了现代光学与光电子学领域的前沿理论、关键技术及其在信息、能源、生物医学等领域的应用。内容涵盖了从基础的光与物质相互作用原理，到先进的光学器件设计与制造，再到复杂的系统集成与应用范例。 第一部分：光学基础理论的深化与拓展 第一章：电磁波理论在光学中的应用与扩展 本章深入探讨了经典麦克斯韦方程组在描述光现象中的核心地位。重点分析了电磁波在各向异性、非线性介质中的传播特性，如双折射、圆偏振光与线偏振光的相互转换机制。引入了波动光学和几何光学的互补性，阐述了阿贝衍射理论在成像系统分辨率极限分析中的关键作用。此外，对表面等离子激元（Surface Plasmon Polaritons, SPPs）的场结构和局域增强效应进行了详尽的数学建模与物理图像的阐释，为纳米光学器件的设计奠定理论基础。 第二章：量子光学与光子学基础 本章转向微观层面，详细介绍了光子的量子特性及其与物质的相互作用。从量子电动力学的基本概念出发，阐述了光子的产生、吸收和激发过程。重点讨论了光的量子噪声理论，包括散粒噪声和压缩态光（Squeezed Light）的制备与测量方法，及其在超灵敏度检测中的潜力。对半导体中的能带结构、辐射复合机制（如直接带隙与间接带隙材料的区别）进行了深入的分析，为光电子器件的物理基础做了详尽铺垫。 第二部分：先进光学系统与器件设计 第三章：精密光学元件的设计与制造 本章聚焦于高性能光学系统的核心组件。详细介绍了自由曲面（Freeform Optics）的设计原理、优化算法（如优化光线追迹法）及其在紧凑型成像系统中的应用。对衍射光学元件（DOE）和超表面（Metasurface）的原理进行了对比分析，特别是超表面如何通过亚波长结构单元实现对光的相位、振幅和偏振的精确调控。讨论了先进的光刻技术、薄膜沉积工艺以及非球面镜面的精密加工与检测技术，强调了制造精度对系统性能的决定性影响。 第四章：现代激光技术及其应用 本章系统梳理了各类先进激光器的原理与特性。深入分析了固体激光器、半导体激光器以及光纤激光器的增益机制、阈值特性和功率拓展方法。特别关注了超快激光技术，如锁模原理（可饱和吸收体、克尔透镜效应），以及飞秒激光在精密加工、生物成像中的优势。讨论了新型激光介质（如稀土离子掺杂晶体、量子点）的研究进展，以及激光束质量（如M²因子）的量化评估标准。 第五章：光通信与光网络技术 本章聚焦于光信号的产生、传输、调制与解调技术。详细阐述了光纤通信中的色散（Chromatic Dispersion）和非线性效应（如自相位调制、四波混频）的机理与补偿技术。对高速光调制器（如Mach-Zehnder调制器、电吸收调制器）的性能参数（带宽、电压效率）进行了深入的工程分析。引入了相干光通信系统，重点剖析了偏振复用（PDM）、高阶调制格式（如QPSK、16QAM）的信号处理与接收技术，以及光交叉连接（OXC）在未来网络架构中的作用。 第三部分：光电子学前沿交叉领域 第六章：光电探测与成像技术 本章探讨了光信号的有效捕获与转换技术。细致分析了PIN光电二极管、雪崩光电二极管（APD）以及更先进的低噪声探测器（如超导纳米线单光子探测器SNSPD）的工作原理和噪声模型。在成像领域，详细介绍了电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器的像素结构、量子效率和动态范围限制。重点介绍了合成孔径激光雷达（LiDAR）的测距原理、回波信号处理及其在自动驾驶和三维测绘中的应用挑战。 第七章：光与生物医学的交叉应用 本章展示了光学技术在生命科学领域的突破性进展。深入讲解了生物组织的光学特性（吸收、散射、双向反射分布函数BRDF），及其对成像深度的限制。详细介绍了基于荧光标记和多光子激发（如双光子显微镜）的活体成像技术，着重分析了其高分辨率和低光毒性的优势。讨论了光动力疗法（PDT）和光热疗法（PTT）中光敏剂的选择与光剂量学控制的关键问题。 第八章：集成光子学与光计算 本章展望了光电子技术小型化和集成化的未来趋势。详细介绍了硅基光电子学（Silicon Photonics）的关键平台，包括SOI波导的模式特性、光栅耦合器和片上集成调制器的设计。讨论了光在集成电路中实现逻辑运算和信息处理的可行性，包括光开关、光放大器（SOA）和光存储器的最新进展。对光计算（Optical Computing）的理论模型，如基于波导阵列的神经网络结构进行了前瞻性探讨。 全书力求理论深度与工程实践相结合，通过大量的案例分析和性能评估，为从事光学工程、光电子信息、精密仪器设计及相关交叉学科的科研人员和工程师提供一份全面、深入且具有前瞻性的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

对于初学者而言，《工程电磁场数值分析与综合》可能是一本略显挑战的书籍。我是一名刚刚接触电磁场领域的学生，最初被书名的“数值分析”所吸引，以为会是一本偏重于算法实现的入门读物。然而，当我深入阅读后，发现书中对基本理论的讲解也十分到位，从电磁场的基本概念、向量分析，到能量守恒定律等，都进行了细致的阐述。虽然有些章节涉及高等数学的推导，让我感到有些吃力，但通过反复阅读和思考，我逐渐理解了其中的逻辑。书中穿插的图示和表格，也有效地帮助我理解抽象的物理概念。虽然目前我还在消化书中的基础知识，但已经能够感受到这本书的体系完整性和内容的深度，相信随着学习的深入，它会成为我理解和应用工程电磁场的重要工具。

评分☆☆☆☆☆

作为一名多年从事电磁兼容（EMC）设计的工程师，我对如何精确预测和解决EMC问题一直有着浓厚的兴趣。在一次行业交流中，偶然得知了《工程电磁场数值分析与综合》这本书，便立刻入手了。这本书的独特之处在于它将理论分析与实际工程应用紧密结合。书中对各种复杂电磁场问题的建模和仿真过程进行了深入的探讨，特别是在解决PCB的电磁辐射、屏蔽效能以及线缆串扰等工程难题时，书中提供的数值方法和分析思路极具启发性。我尝试运用书中的一些方法来分析我们产品中遇到的EMC问题，发现其仿真结果与实际测试数据有着较高的吻合度，这极大地提高了我们设计和优化的效率。书中对不同数值算法的优缺点以及适用范围的对比分析，也为我在选择最适合的仿真工具和方法时提供了宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

我在大学阶段就对电磁学产生了浓厚的兴趣，并一直希望能够深入了解其在工程实践中的应用。《工程电磁场数值分析与综合》这本书，可以说是我在工程电磁场领域学习路上的“宝藏”。它不仅仅是理论的堆砌，更是一本实操指南。书中对于如何将复杂的电磁现象转化为可计算的模型，以及如何利用现有的数值软件进行求解，都进行了系统性的介绍。我特别关注书中关于电磁散射和衍射的章节，这些内容在雷达、通信等领域有着广泛的应用。书中提供的各种仿真案例，如飞机、车辆等复杂结构的电磁散射分析，让我对这些理论有了更直观的认识。虽然有时阅读起来会有些费时，需要结合其他资料进行补充，但这本书无疑为我打开了一个全新的视野，让我看到了电磁场理论在实际工程中无限的可能性。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计颇为吸引人，蓝色的背景搭配金色的标题，给人一种科技感和专业感，让人第一眼就觉得这是一本严肃且有深度的学术著作。我是一名正在攻读硕士学位的学生，在导师的推荐下购入了这本《工程电磁场数值分析与综合》。翻开第一页，扑面而来的是严谨的数学推导和清晰的理论阐述。书中对麦克斯韦方程组的推导过程进行了详细的讲解，并且结合了多种数值方法，如有限元法、有限差分法等，这对于我理解电磁场理论的实际应用至关重要。我尤其欣赏书中在讲解数值方法时，不仅给出了理论基础，还配以了大量的实例分析，例如在分析天线辐射、电磁兼容性等问题时，书中的方法和步骤都非常具有指导意义。虽然我还没有完全掌握书中的所有内容，但已经能感受到其内容的丰富性和实用性，它无疑为我在工程电磁场领域的学习和研究打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最深刻的印象是其理论的严谨性和内容的全面性。我是一名研究方向为微波器件设计的博士生，在查阅相关文献时，多次看到了《工程电磁场数值分析与综合》这本书的引用。出于好奇，我特地购买了此书。书中的内容涵盖了从基础的麦克斯韦方程组到先进的数值算法，再到具体的工程应用，几乎无所不包。我尤其欣赏书中对不同数值方法的比较分析，例如在处理开放边界问题时，书中对各种吸收边界条件的讨论，以及它们在实际仿真中的效果，都给我留下了深刻的印象。此外，书中还涉及了诸如电磁波在复杂介质中的传播、非线性电磁场的分析等前沿课题，这对于我进行更深入的研究具有重要的参考价值。虽然部分内容对我来说尚显晦涩，但我坚信，随着我对该领域理解的加深，这本书的价值将愈发凸显。

评分☆☆☆☆☆

《工程电磁场数值分析与综合》吸纳了计算电磁学最近发展的成果，系统地阐述了工程电磁场数值分析与综合的基本原理和方法。全书共分3篇，计15章，其中工程电磁场正问题主要包括节点有限元法、棱边有限元法、有限体积法、无网格法和时域有限差分法；工程电磁场耦合问题涵盖电磁场与电路系统和机械运动的耦合；工程电磁场逆问题介绍了进化类标量优化算法和矢量优化算法，以及与随机优化算法相结合的表面响应模型。书中包含若干典型算例，每章后面附有参考文献，书末附有典型计算机源程序，包括求解稀疏对称方程组的ICCG法源程序，简单禁忌搜索算法程序，以及简单一维伽辽金无单元法程序。

评分☆☆☆☆☆

内容好，小地方难买。学习电磁场基础用书，需要用心好好琢磨。

评分☆☆☆☆☆

不错

评分☆☆☆☆☆

谢德馨、杨仕友编著，汤蕴璆、颜威利主审，这样牛死了的阵容打造出一本经典的电磁场数值分析的书籍。真的很好。

评分☆☆☆☆☆

看了评论才买的，确实不错的书，做电磁场和高速电路必备

评分☆☆☆☆☆

非常好了，我非常满意

评分☆☆☆☆☆

关于工程物探中电磁法数值分析的书籍。

评分☆☆☆☆☆

因为学习电磁场数值分析与计算这门课，所以选用本校的老师的作品。沈阳工业大学谢德馨教授的著作。本校出的书当然得支持一下。但是买来后发现，如果没有电磁场的基本功底与过得硬的微积分本领，本书是很难看得懂的。

评分☆☆☆☆☆

到书店主要目的是买一大堆书，上次专程去买却被告知缺货，这次应该可以买到了吧。可是到一楼的查询处问，小姐却说昨天刚到的一批又卖完了！晕！为什么不多进点货，于是上京东挑选书。好了，废话不说。好了，我现在来说说这本书的观感吧，一个人重要的是找到自己的腔调，不论说话还是写字。腔调一旦确立，就好比打架有了块趁手的板砖，怎么使怎么顺手，怎么拍怎么有劲，顺带着身体姿态也挥洒自如，打架简直成了舞蹈，兼有了美感和韵味。要论到写字，腔调甚至先于主题，它是一个人特有的形式，或者工具不这么说，不这么写，就会别扭工欲善其事，必先利其器，腔调有时候就是器，有时候又是事，对一篇文章或者一本书来说，器就是事，事就是器。这本书，的确是用他特有的腔调表达了对腔调本身的赞美。|发货真是出乎意料的快，昨天下午订的货，第二天一早就收到了，赞一个，书质量很好，正版。独立包装，每一本有购物清单，让人放心。帮人家买的书，周五买的书，周天就收到了，快递很好也很快，包装很完整，跟同学一起买的两本，我们都很喜欢，谢谢！了解京东2013年3月30日晚间，京东商城正