非綫性動力學叢書14：液體大幅晃動動力學 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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嶽寶增 著

圖書標籤:

• 非綫性動力學
• 流體力學
• 晃動動力學
• 液體動力學
• 數學物理
• 工程應用
• 復雜係統
• 動力係統
• 數值模擬
• 物理學

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030324481

版次：1

商品編碼：12044313

包裝：平裝

叢書名： 非綫性動力學叢書

開本：16開

齣版時間：2011-10-01

用紙：膠版紙

頁數：255

字數：323000

正文語種：中文

內容簡介

　　《非綫性動力學叢書14：液體大幅晃動動力學》詳細介紹基於有限元方法的自由液麵任意的拉格朗日-歐拉描述（arbitrary Lagrange-Euler，ALE）跟蹤技術，采用Galerkin方法詳細推導瞭ALE分步有限元計算方法的係統控製方程和有限元離散方程.鑒於液體晃動動力學在航天器動力學領域中的重要應用，《非綫性動力學叢書14：液體大幅晃動動力學》對於微重力環境下液體大幅晃動問題進行瞭深入研究，藉助現代微分幾何理論建立瞭復雜邊界條件下的自由液麵追蹤問題描述.具有二維及三維數值仿真算例和理論分析結果，揭示瞭液體大幅晃動動力學的重要非綫性特性，並附有二維大幅晃動計算機仿真程序.《非綫性動力學叢書14：液體大幅晃動動力學》是由作者長期從事此領域研究及承擔國傢自然科學基金項目的科研成果凝練而成的；體係完整、內容豐富，《非綫性動力學叢書14：液體大幅晃動動力學》對充液航天器動力學研究具有重要的理論及應用價值。
　　《非綫性動力學叢書14：液體大幅晃動動力學》的主要讀者對象是高等學校力學、應用數學、航空航天及其他相關專業的高年級大學生與研究生，以及從事液體大幅晃動、流-固耦閤係統與流-固-控耦閤係統等研究的教師和科學技術工作者。

內頁插圖

目錄

《非綫性動力學叢書》序
前言

第1章 流體力學中的有限元方法
1．1 概述
1．2 流體動力學控製方程
1．3 初始條件和邊界條件詳述
1．4 Galerkin有限元方法
1．5 對流問題的流綫迎風有限元方法
1．6 注記

第2章 分步有限元方法計算格式
2．1 基本方程
2．2 數值離散近似公式
2．3 速度勢函數修正分步格式
2．4 速度修正分步格式
2．5 直接計算壓力分步格式
2．6 速度迭代修正格式
2．7 注記

第3章 自由液麵流動問題的ALE描述方法
3．1 自由液麵追蹤方法
3．2 ALE描述下的運動學關係
3．3 ALE描述下的流體動力學方程
3．4 ALE網格的速度確定及網格更新
3．5 自由液麵上結點法嚮矢量的數值算法
3．6 注記

第4章 求解帶自由液麵黏性流動的ALE有限元方法
4．1 ALE流綫迎風有限元方法
4．2 ALE描述下Navier—Stokes方程的速度修正格式
4．3 ALE分步有限元方法
4．4 注記

第5章 液體晃動的基本理論簡介
5．1 液體晃動的基本方程
5．2 自由液麵晃動的變分公式
5．3 儲腔類液體自由晃動簡介
5．4 儲腔類液體強迫晃動簡介
5．5 儲腔類微重力液體晃動簡介
5．6 液體晃動等效力學模型研究
5．7 液體晃動的被動及主動控製問題研究
5．8 注記

第6章 液體大幅晃動數值仿真研究
6．1 求解液體大幅晃動問題的數值方法評述
6．2 非慣性坐標係中ALE描述的Navier—Stokes方程
6．3 作用於儲腔的液動壓力與力矩的計算
6．4 二維液體非綫性大幅晃動算例與結果分析
6．5 三維液體非綫性大幅晃動算例與結果分析
6．6 帶防晃隔闆儲腔中液體大幅晃動數值模擬
6．7 注記

第7章 微重力環境下液體非綫性晃動動力學
7．1 微重力環境下靜液麵數值仿真
7．2 空間麯麵上的基本微分量
7．3 錶麵張力的有限元數值計算
7．4 微重力環境下三維液體非綫性晃動數值模擬
7．5 注記

第8章 液體大幅晃動與結構運動耦閤問題研究
8．1 流體域及結構運動基本方程
8．2 耦閤係統液—固接觸麵約束條件
8．3 液—固耦閤係統動力學方程
8．4 數值計算、分析與結論
8．5 注記
8．6 結語
參考文獻

附錄
附錄一 空間微分幾何基礎理論簡介
附錄二 二維液體大幅晃動計算機數值仿真程序

前言/序言

　　帶有自由液麵液體大幅晃動問題的研究在數學上涉及求解Navier-Stokes方程等的初邊值問題。由於方程是非綫性的，自由液麵的位置未知，並且自由液麵邊界條件也是復雜的非綫性方程，這個問題的有關研究和求解是相當睏難的，在閤乎工程要求、保持實際物理意義的條件下，采用液體晃動問題的簡化模型，即液體晃動的綫性化模型：液體是理想不可壓流體，而且假定液體的晃動是微幅的，再加上抑製晃動和管理措施後，雖然可以得到具有實際意義、在一定的工況下滿足工程應用要求的結果，但由於綫性簡化，實際流體運動的非綫性效應被忽略瞭，而這些非綫性效應在一定情況下錶現得非常強烈。
　　要完成長時間及復雜的飛行任務，現代航天器需要攜帶更多的發動機液體燃料。以美國航空航天管理局（NASA）1997年發射的Cassini航天器為例，其攜帶的液體推進劑質量為3100kg，占航天器總質量的60%;2004年Cassini航天器與土星交會，目前仍處於良好狀態並超期在軌運行，航天器在變軌、交會、對接及裝配過程中，液體推進劑可能會産生劇烈的晃動；根據外激勵頻率及腔體的幾何形狀不同，液體自由麵可能會産生諸如麵外晃動、鏇轉、非規則拍振、僞周期運動及混沌等復雜的非綫性運動，由此所産生的晃動力及晃動力矩對整體係統動力學具有顯著影響。盡管液體大幅晃動持續的時間可能較短，但其危害性卻遠遠超過微幅晃動，可能導緻儲液結構完全失效（破壞）和使航天器姿態失控。因此工程應用上需要深入研究液體大幅晃動問題。
　　在美國西南研究院從事晃動動力學及相關研究達50年之久的資深專傢H.Nor-man Abramson教授指齣，在低重力環境下，晃動動力學在兩種情況下的動力學行為尤為值得關注：其一是航天器交會對接過程；其二是航天器姿態控製推進器啓動點火過程，我國著名航天器姿態動力學與控製學者吳宏鑫院士指齣：在液體遠地點發動機工作期間，液體晃動和由燃料消耗引起的動力學特性的變化是航天器姿態控製的重大難題。實踐錶明：即使少量燃料（1.2kg）的非綫性行為也足以引起災難性的後果，這是最終導緻美國試驗5號衛星ATS-V（453kg）航天器失蹤的主要因素。最近一次文獻公開報道的航天器事故，是美國航空航天管理局的“近地號”太空探測器（Near Earth Asteroid Rendezvous，NEAR）1998年在對433“愛神”（433Eros）小衛星探測過程中所發生的，最終使得此次探測使命嚮後延遲瞭13個月。而美國的空間10號衛星SpaceX在2007年由於其中一個燃料腔中的推進劑晃動導緻瞭發射任務的失敗。星載控製係統傳感器傳齣數據錶明以上所發生的一係列事故均是由燃料晃動誘發大於預期的橫嚮加速度所緻。

好的，以下是基於您提供的圖書信息，為您撰寫的另一本虛構圖書的詳細簡介，旨在避免提及“液體大幅晃動動力學”及其相關內容，並力求文字自然、專業： --- 理論物理前沿：量子場論的路徑積分錶述與高能散射 書籍簡介 本書深入探討瞭現代理論物理學的核心支柱之一——量子場論（Quantum Field Theory, QFT）的路徑積分錶述方法，並聚焦於其在描述高能粒子散射過程中的實際應用與理論進展。本書麵嚮具有紮實高等數學基礎和初步量子力學背景的研究生、博士後研究人員以及緻力於理論物理前沿探索的資深學者。 核心主題與結構 本書結構嚴謹，邏輯清晰，旨在提供一個從基礎概念到尖端應用的全景式視角。全書共分為七個主要章節，輔以詳盡的附錄和大量的參考文獻。 第一部分：路徑積分錶述的數學基礎與物理內涵 第一章：經典場論迴顧與量子化的過渡 本章首先對經典場論，特彆是拉格朗日密度形式下的正則量子化方法進行瞭係統性的迴顧。隨後，引入瞭費曼的路徑積分概念，強調其在處理復雜約束係統和非微擾效應方麵的優越性。我們將詳細闡述路徑積分的數學定義，包括對實時間與歐幾裏得時間路徑積分的辨析，並探討路徑積分與正則對易關係之間的深刻聯係。重點分析瞭經典作用量在路徑積分中的核心地位。 第二章：自由場的路徑積分與關聯函數 本章緻力於構建最簡單的模型——自由標量場和自由狄拉剋場。我們將詳細推導自由場的配分函數（Partition Function）和N點關聯函數（N-point Correlation Functions）的路徑積分錶達式。針對高斯積分技巧在處理這些積分中的關鍵作用，本章進行瞭詳盡的論述，並引入瞭泛函微分為計算生成泛函（Generating Functional）的方法。讀者將在此章中掌握利用路徑積分計算物理可觀測量的基本工具。 第二部分：相互作用場論與重整化 第三章：相互作用的引入與微擾展開 將相互作用項（Interaction Term）引入拉格朗日密度是構建描述真實粒子的量子場論的關鍵步驟。本章聚焦於S矩陣元（S-Matrix Elements）的路徑積分計算。通過戴森級數（Dyson Series）的展開，我們將路徑積分轉化為費曼圖（Feynman Diagrams）的微積分錶述。詳細講解瞭費曼規則（Feynman Rules）是如何從路徑積分中係統性地推導齣來的，特彆是針對$phi^4$理論和量子電動力學（QED）的初步介紹。 第四章：發散的處理與重整化群 高階微擾展開必然導緻無窮大——紫外發散（UV Divergences）。本章是本書的難點與核心之一，詳細介紹瞭處理這些發散的係統性方法。我們將深入探討兩種主要的重整化方案：常規正則化（如截斷）和維度正則化（Dimensional Regularization）。重點分析瞭“重整化”的概念，即通過定義物理的、可觀測的參數來吸收這些無窮大。此外，本書將引入重整化群（Renormalization Group, RG）的概念，闡釋有效場論（Effective Field Theory）的視角，並討論跑動耦閤常數（Running Coupling Constants）的物理意義。 第三部分：高能散射的路徑積分應用 第五章：色散關係與洛奇定理 在高能物理中，散射截麵（Scattering Cross Sections）的計算至關重要。本章連接瞭路徑積分計算的格林函數與物理可觀測的散射振幅。詳細闡述瞭斯蒂爾吉斯定理（Stieglitz Theorem）在路徑積分框架下的重新錶述，以及色散關係（Dispersion Relations）如何對散射過程施加約束。本章將通過$2 o 2$散射過程的實例，演示如何從關聯函數過渡到物理上的梅林變換（Mellin Transform）結構。 第六章：高階微擾計算與特定過程 本章側重於將前述工具應用於更復雜的物理場景。我們將詳細分析高階費曼圖的計算技巧，特彆是對圈圖（Loop Integrals）的處理，如利用費曼參數和維空間積分技巧。選取的案例包括高能$ ext{QCD}$中的$ ext{Jet}$形成過程的初步分析，以及$ ext{QED}$中電子-電子對散射（Bhabha Scattering）的高階修正。本書將強調如何識彆並計算主要的紫外和紅外（Infrared）發散及其物理意義。 第七章：非微擾路徑積分方法前瞻 盡管本書主要基於微擾理論，但本章簡要介紹瞭處理非微擾效應的現代工具。這包括對瞬子（Instanton）解的路徑積分理解，特彆是它們在誇剋禁閉（Confinement）和真空結構中的潛在作用。同時，簡要展望瞭格子場論（Lattice Field Theory）中路徑積分的數值實現方法，為讀者指明未來的研究方嚮。 附錄 附錄部分提供瞭詳細的數學工具箱，包括：歐幾裏得空間與閔可夫斯基空間的轉換、$ ext{Fierz}$恒等式、常用高斯積分的詳細推導、以及各種常見場論拉格朗日密度的匯總。 本書的特色 本書的顯著特點在於其對路徑積分方法的內在一緻性和物理完備性的強調。我們避免瞭僅僅將路徑積分視為正則量子化的替代品，而是將其視為一種更基礎、更具規範性（Covariant）的量子理論構造框架。書中大量的例題和習題（附帶詳細解題思路）旨在鞏固讀者的理論理解和計算能力。本書對於理解規範場論（Gauge Theories）和弦理論（String Theory）的構造原理也具有不可替代的鋪墊作用。 ---

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我感覺自己對“晃動”這個詞有瞭全新的認識。它不再僅僅是簡單的搖擺，而是蘊含著復雜而迷人的動力學規律。作者在書中巧妙地將理論與實踐相結閤，通過大量的實驗數據和模擬結果，揭示瞭液體大幅晃動過程中所遵循的非綫性法則。我特彆欣賞書中對“相空間”和“吸引子”的介紹，雖然概念聽起來有些抽象，但作者通過直觀的圖示和生動的比喻，讓我能夠清晰地理解液體運動軌跡的演化過程，以及其最終趨於穩定的狀態。書中的一些章節，還探討瞭液體晃動在工程領域中的應用，比如船舶的穩定性、橋梁的抗震設計，以及航空航天中的燃料晃動問題，這些都讓我看到瞭理論研究與實際工程之間緊密的聯係。作者在講解過程中，並沒有一味地追求數學的嚴謹，而是更加注重物理概念的清晰傳達，這對於我這樣的非專業讀者來說，極大地降低瞭閱讀門檻。總而言之，這是一本非常值得推薦的書，它不僅拓寬瞭我的視野，更讓我對液體動力學産生瞭濃厚的興趣。

評分☆☆☆☆☆

這本書給瞭我一種“撥雲見日”的感覺，讓我對液體晃動這個看似簡單的現象有瞭更深刻、更全麵的認識。作者在書中以一種非常獨特的方式，將復雜的非綫性動力學理論娓娓道來。我非常喜歡書中對“分岔”和“混沌吸引子”的講解，作者通過精妙的圖例和通俗易懂的語言，將這些抽象的概念形象化，讓我能夠直觀地理解液體運動狀態的突變以及其不可預測性。書中還涉及瞭一些與我們日常生活息息相關的例子，比如遊泳池裏的水波、汽車裏的燃油晃動，甚至是大氣中的氣流變化，這些都讓我覺得物理學離我們並不遙遠。作者在講解過程中，並沒有迴避數學工具，但卻能將其巧妙地融入到對物理現象的闡釋中，使得數學不再是阻礙，而是理解現象的有力工具。這本書讓我開始用一種全新的視角去觀察和思考周圍的世界，也讓我對物理學的魅力有瞭更深的體會。

評分☆☆☆☆☆

我最近剛讀完一本關於液體大幅晃動的書，雖然書名看起來有點專業，但我被裏麵的內容深深吸引瞭。它不是那種枯燥的理論堆積，而是以一種非常直觀的方式，將那些看似復雜的物理現象呈現在我麵前。書裏用瞭大量的圖例和模擬動畫，讓我能夠清晰地看到液體在容器內運動的各種軌跡，從最基本的振蕩到更復雜的渦鏇和破碎。我尤其喜歡書中關於“自由液麵”的探討，它詳細解釋瞭錶麵張力、重力以及慣性力在塑造液麵形狀和運動中的作用。作者通過幾個經典的實驗案例，比如水箱晃動時的能量耗散，以及液體在鏇轉容器中的行為，一步步引導我們理解非綫性動力學在實際問題中的應用。讀這本書的過程，就像在進行一場精彩的物理實驗，隻不過所有操作都在我的腦海裏完成，而且比真實的實驗更加安全和可控。書中的數學模型雖然存在，但作者似乎有意將其隱藏在現象的背後，更多地是通過定性的描述和形象的比喻來傳達核心概念，這對於非物理專業背景的我來說，簡直是福音。整體而言，這本書成功地將抽象的物理理論與生動的物理現象聯係起來，讓我對液體動力學的理解達到瞭一個新的高度。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗可以說是“身臨其境”的。作者在書中營造瞭一種強烈的“現場感”，仿佛我正站在實驗室裏，親眼觀察著那些液體在容器中翻滾、跳躍、甚至變形。書中的案例分析非常詳盡，涵蓋瞭從簡單的方形水箱到復雜的自由錶麵流動，每一種情況都進行瞭深入的剖析。我特彆喜歡書中對於“錶麵波”的講解，作者用生動的語言解釋瞭錶麵張力、重力以及液體的粘性如何共同作用，形成各種波的形態，從簡單的周期性波紋，到不規則的破碎浪花，都描繪得淋灕盡緻。更讓我驚嘆的是，書裏還涉及瞭一些更前沿的研究方嚮，比如液體在高速運動中的非綫性效應，以及如何利用動力學模型來預測和控製液體的行為。雖然這些內容聽起來有些高深，但作者通過大量的數據圖錶和直觀的物理模型，將它們解釋得非常易於理解。這本書不僅讓我增長瞭知識，更激發瞭我對流體力學研究的濃厚興趣，讓我開始思考，那些看似平凡的液體，背後隱藏著多麼深邃的物理規律。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺就像是走進瞭一個奇妙的流體世界，那些平時被我們忽略的、關於液體運動的細微之處，在這裏被放大、被解析，變得異常精彩。作者以一種近乎詩意的筆觸，描繪瞭液體晃動的各種形態，從平靜水麵上的微小漣漪，到巨浪滔天的壯觀景象，都仿佛在我眼前活靈活現。我印象最深刻的是關於“混沌”理論在液體晃動中的體現，書中通過一些巧妙的實驗設計，展示瞭即使是微小的初始擾動，也能在液體運動中引發截然不同的結果，這讓我對“蝴蝶效應”有瞭更深刻的感悟。此外，書中對“阻尼”和“共振”的講解也十分到位，通過生動的例子，比如橋梁因為風力引起的晃動，以及樂器中聲波的傳播，我纔真正理解瞭這些概念的實際意義。作者在講解過程中，並沒有迴避復雜的數學公式，但卻很巧妙地將其與直觀的物理圖像結閤，使得即使不擅長數學的我，也能從中汲取營養，理解其中的奧秘。這本書讓我開始重新審視日常生活中的各種液體現象，仿佛打開瞭一扇新的大門，看到瞭一個更加豐富多彩的物理世界。