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多物理場相場裂縫數值模擬--建模離散及求解(精)

  • 作者:(德)托馬斯·威克|責編:劉信力//楊探|譯者:侯冰//戴一凡
  • 出版社:科學
  • ISBN:9787030777638
  • 出版日期:2024/03/01
  • 裝幀:精裝
  • 頁數:260
人民幣:RMB 188 元      售價:
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內容大鋼
    相場法(phase field method)近年來在裂縫擴展問題的研究中嶄露頭角,為工程和科學領域帶來了一項重大技術進步。與傳統模擬方法相比,該方法引入了一個相場參數來表徵模型中空間點的物理狀態,可利用該參數作為指示函數搭建耦合系統。同時該方法採用基於能量最小化原理判斷裂縫擴展,因此在處理複雜地質結構、模擬裂縫分叉、轉向等問題時不需要添加額外的判別準則,計算過程簡單,結果準確率高,計算量相對較小。本書針對多物理場相場裂縫擴展模型的基本概念、模型建立、時間/空間離散、求解及自適應方法進行了討論。旨在幫助地質學家、工程師和數值計算人員理解並掌握這一強大的數值模擬工具,以解決裂縫擴展問題和相關多物理場耦合問題,
    本書可供高等院校石油類研究生閱讀,也可供油田現場數值模擬等工程技術人員參考使用。

作者介紹
(德)托馬斯·威克|責編:劉信力//楊探|譯者:侯冰//戴一凡

目錄
中文版序
譯者序
相關機構與課程
課題來源與相關工作
第1章  簡介
  1.1  多物理場
  1.2  相場裂縫變分模型
  1.3  界面定義與處理方法
    1.3.1  固定界面
    1.3.2  移動界面
    1.3.3  擴展界面
    1.3.4  界面處理方法
  1.4  工程問題:螺釘斷裂和損壞
  1.5  相關文獻
  1.6  章節介紹
第2章  數學符號、模型條件和原始模型問題
  2.1  數學符號
    2.1.1  空間域、邊界條件、裂縫
    2.1.2  載入時間/載入步
    2.1.3  模型、材料以及離散化參數
    2.1.4  解變數
    2.1.5  梯度、散度、跡、拉普拉斯運算元
    2.1.6  函數空間
    2.1.7  內積、雙線性型、半線性型的符號表示
    2.1.8  參數符號表
  2.2  微分與積分的前提條件
    2.2.1  高斯-格林定理/散度定理
    2.2.2  分部積分與格林公式
    2.2.3  Lebesgue積分
    2.2.4  Banach空間中的微分問題
    2.2.5  鏈式法則
  2.3  原始相場模型公式
  2.4  原始相場模型問題
    2.4.1  簡單障礙問題
    2.4.2  能量方程
  2.5  動態相場裂縫模型
第3章  偏微分方程及變分不等式的分類
  3.1  線性/非線性偏微分方程
    3.1.1  微分方程的一般定義
    3.1.2  偏微分方程分類
    3.1.3  示例
  3.2  變分方程與變分不等式
    3.2.1  變分不等式
    3.2.2  函數極小化問題
  3.3  耦合問題與多物理場偏微分方程
    3.3.1  域耦合
    3.3.2  界面耦合
    3.3.3  耦合方法
  3.4  彈性力學Biot方程耦合問題
    3.4.1  符號與方程

    3.4.2  控制方程
    3.4.3  典型示例
    3.4.4  變分公式
    3.4.5  離散,建模,結果分析
  3.5  原型准靜態模型問題
  3.6  原型動態模型問題
第4章  相場裂縫模型
  4.1  連續介質力學介紹與本構關係
  4.2  簡單脆性斷裂建模
  4.3  Griffith模型
  4.4  Francfort-Marigo脆性斷裂變分模型
    4.4.1  表面能與體積勢能
    4.4.2  模型準則
    4.4.3  系統總能量的具體表現形式
    4.4.4  准靜態脆性相場裂縫問題弱形式
  4.5  熱力學擴展
    4.5.1  裂縫拉伸或壓縮的能量問題
    4.5.2  基於應力分解的相場裂縫模型
    4.5.3  利用應變場替換不可逆約束的相場裂縫模型
  4.6  變分能量公式與Euler-Lagrange系統總結
第5章  數值建模Ⅰ:正則化與離散化
  5.1  裂縫不可逆性約束
    5.1.1  應變場函數
    5.1.2  簡單補償法與增廣Lagrangian補償法
    5.1.3  原始-對偶活動集法
  5.2  時間離散化
    5.2.1  單次θ分解法與分步θ分解法
    5.2.2  例題
    5.2.3  非線性時間導數
    5.2.4  准靜態相場裂縫
    5.2.5  非穩態多物理場模擬過程中的時間步設置
  5.3  空間離散化
    5.3.1  有限元空間
    5.3.2  准靜態脆性相場裂縫模型空間離散弱形式
  5.4  模型離散參數介紹
    5.4.1  ε與h的關係
    5.4.2  簡化原型數值模型分析
    5.4.3  正則化參數取值建議
  5.5  動態相場裂縫模型
第6章  數值模擬Ⅰ:相場裂縫域
  6.1  研究對象與特徵
  6.2  建模方案
  6.3  邊界條件
  6.4  初始條件
  6.5  模型參數
  6.6  解變數與相關參數
  6.7  本章小結
第7章  數值建模Ⅱ:線性/非線性求解器及線性解
  7.1  分部耦合和全耦合
  7.2  線性化方案

  7.3  不動點迭代法
  7.4  函數迭代法
  7.5  PDE系統分部耦合模型
  7.6  相場裂縫分部耦合模型
  7.7  相場裂縫全耦合模型
    7.7.1  模型挑戰
    7.7.2  准全耦合方案
    7.7.3  外推迭代演算法
  7.8  牛頓迭代法概述
    7.8.1  單調性測試
    7.8.2  基於殘差的牛頓法基本演算法
    7.8.3  全耦合方案概述及其數值解-圖片公式化
  7.9  牛頓迭代法在相場裂縫問題中的運用
    7.9.1  面向殘差的牛頓迭代法演算法
    7.9.2  面向誤差的牛頓迭代法
    7.9.3  修正Jacobian矩陣的牛頓迭代法
    7.9.4  基於修正Jacobian矩陣的面向誤差牛頓迭代法
    7.9.5  基於原始-對偶活動集的牛頓迭代法
  7.10  基於牛頓迭代法的全耦合相場裂縫問題線性求解
    7.10.1  預處理矩陣P
    7.10.2  外推格式的塊-對角預處理器
    7.10.3  無矩陣幾何多重網格求解器
    7.10.4  自適應網格並行求解
  7.11  增廣Lagrangian補償法與原始-對偶活動集法
第8章  數值模擬Ⅱ:單邊剪切實驗
  8.1  模型框架
  8.2  測試案例
  8.3  建模方案
  8.4  邊界條件
  8.5  初始條件
  8.6  模型參數
  8.7  本章小結
    8.7.1  不同耦合方案下模擬結果研究
    8.7.2  不同載入步條件下模擬結果研究
第9章  數值建模Ⅲ:自適應方法
  9.1  自適應方法簡介
    9.1.1  時間/空間自適應相場裂縫模型簡介
    9.1.2  相關研究進展
    9.1.3  有效性,可靠性以及基本自適應演算法
    9.1.4  誤差估計量η
  9.2  面向目標的穩態相場裂縫后驗誤差分析
    9.2.1  問題陳述與設置
    9.2.2  非線性問題中的雙重加權殘差法
    9.2.3  局部誤差估計
    9.2.4  基於伴隨誤差的有限元近似問題
    9.2.5  PU-DWR准靜態相場裂縫誤差分析
    9.2.6  網格細化與標記方法
  9.3  靜態二維Navier-Stokes模型誤差分析
    9.3.1  基本方程
    9.3.2  目標函數

    9.3.3  基於對偶的后驗誤差估計
    9.3.4  二維幾何模型
    9.3.5  模型參數
    9.3.6  算例1
    9.3.7  算例2
    9.3.8  模擬雲圖
  9.4  面向多目標的后驗誤差估計
    9.4.1  多目標函數介紹
    9.4.2  多目標函數組合方法
    9.4.3  面向多目標函數的穩態相場模型后驗誤差估計
    9.4.4  面向多目標函數的自適應演算法
  9.5  預測-矯正-自適應方法
    9.5.1  擴展裂縫周邊局部網格細化方案
    9.5.2  非侵入性式自適應方法
  9.6  自適應時間步長控制演算法
第10章  數值模擬Ⅲ:面向目標的相場狹縫誤差控制和螺桿時間控制
  10.1  基於雙加權殘差法的相場裂縫模擬
    10.1.1  目標函數
    10.1.2  面向目標的后驗誤差分析
  10.2  非相場法多目標誤差分析
    10.2.1  模型設置
    10.2.2  研究對象
    10.2.3  單目標函數誤差分析
    10.2.4  多目標函數誤差分析
  10.3  螺釘斷裂實驗中的誤差控制
    10.3.1  模型配置
    10.3.2  邊界條件與初始條件
    10.3.3  模型參數
    10.3.4  模擬結果
第11章  多物理場相場裂縫模型
  11.1  界面定義與界麵條件
  11.2  水平集方法
  11.3  縫寬與裂縫總體積計算
  11.4  相場裂縫模型建模
    11.4.1  彈性固體壓裂模型
    11.4.2  非等溫裂縫模型
    11.4.3  面向目標的誤差分析
  11.5  多孔介質中的壓力傳播方程
  11.6  連續介質力學簡介
    11.6.1  Euler-Lagrange坐標系
    11.6.2  Nanson公式和Piola變換
    11.6.3  Reynolds傳輸定理及動量守恆
    11.6.4  本構關係
  11.7  固體變形中的裂縫問題
    11.7.1  動態裂縫的Lagrangian描述
    11.7.2  動態壓裂裂縫的Lagrangian描述
    11.7.3  固定網格下的歐拉框架
  11.8  流固耦合相場裂縫問題
    11.8.1  Lagrangian-Eulerian耦合框架
    11.8.2  全Eulerian固定網格模型

    11.8.3  Navier-Stokes流固耦合相場裂縫模型
    11.8.4  模擬結果
  11.9  多物理相場裂縫模型難點
第12章  數值模擬Ⅳ
  12.1  准靜態裂縫模型
    12.1.1  Sneddon模型
    12.1.2  混合邊界條件
  12.2  非等溫相場裂縫模型
    12.2.1  模型配置
    12.2.2  例1:二維Sneddon模型
    12.2.3  例2:二維Sneddon定壓恆溫模型
    12.2.4  例3:二維Sneddon非等溫模型
  12.3  多孔介質中的裂縫擴展模型
    12.3.1  主要概念
    12.3.2  模擬結果
  12.4  Navier-Stokes流固耦合相場裂縫模型
    12.4.1  例1:定流量模型
    12.4.2  例2:竇性流
第13章  數值模擬研究軟體
  13.1  團隊建設
第14章  結論及問題
第15章  結束語
參考文獻
索引

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