《計算聲學》是科學出版社2021年06月出版的書籍。
基本介紹
- 中文名：計算聲學
- 作者：張海瀾
- 出版社：科學出版社
- ISBN：9787030689672
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
隨著科學技術的發展，數值計算在聲學研究中的套用越來越廣泛，計算聲學已逐漸成為聲學研究的一個重要分支。《計算聲學》介紹計算聲學多種方法的基本原理和實際步驟，主要包括角譜方法、有限差分法、射線跟蹤法、有限元方法、格子氣自動機及非線性聲學的數值計算。重點介紹如何把基本的物理問題變換為計算機能夠處理的形式，再選用合適的計算方法解決問題，同時給出了具體計算實例的源碼，以方便讀者學習和使用。
圖書目錄
目錄
緒論 1
0.1 計算聲學 1
0.2 本書的內容和重點 2
0.3 計算軟體的選擇 3
複習題 5
第1章 直角坐標系中的角譜方法 6
1.1 傅立葉變換和頻譜 6
1.1.1 傅立葉級數和傅立葉變換 6
1.1.2 傅立葉變換的一些性質 9
1.1.3 離散傅立葉變換的混疊 12
1.1.4 截斷信號的頻譜 17
1.1.5 離散傅立葉變換對和快速傅立葉變換 18
1.2 角譜 20
1.2.1 聲波方程 20
1.2.2 角譜的概念 22
1.2.3 半空間聲場邊值問題 25
1.2.4 有限寬波束的反射和透射 31
1.2.5 有限寬聲束穿透多層介質的問題 40
1.3 角譜法研究聲束穿透固體薄板 42
1.3.1 頻率波數域中計算透射係數 43
1.3.2 聲束穿透薄板的計算結果的分析 47
複習題 55
第2章 圓柱坐標系中的角譜方法 56
2.1 圓柱面波 56
2.1.1 基本方程 56
2.1.2 柱面波的例子 60
2.1.3 平面波和柱面波的關係 61
2.2 圓柱坐標系中平面分層問題的角譜方法 62
2.2.1 柱坐標系中的角譜和漢克爾變換 62
2.2.2 球面波在平面界面上的反射和透射 65
2.2.3 程式和結果 66
2.3 柱面分層結構的角譜方法 71
2.3.1 用於共軸的多層圓柱分層介質問題的角譜方法 71
2.3.2 計算參數和接收波形 77
2.3.3 聲場分布 79
2.3.4 廣義射線聲場 85
複習題 87
第3章 球坐標系中的角譜方法 88
3.1 球坐標系中波動方程的解 88
3.2 剛性圓球對平面波的散射 92
3.2.1 散射問題 92
3.2.2 用角譜方法求剛性球的散射問題 93
3.2.3 不同材料的球的散射問題 97
3.3 點力在流體中固體球殼內外產生的振動 98
3.3.1 流體中固體球殼的振動 98
3.3.2 計算程式 99
複習題 104
第4章 有限差分法 105
4.1 導數的有限差分格式 105
4.2 瞬態聲場的交錯格線有限差分算法 107
4.2.1 瞬態聲場的疊代算法 107
4.2.2 計算程式和結果 110
4.3 有限差分算法的性能 114
4.3.1 算法性能的基本概念 114
4.3.2 有限差分疊代算法的穩定性 114
4.3.3 有限差分的數值頻散 118
4.4 有限差分在穩態問題中的套用 119
4.4.1 穩態問題的有限差分方程 119
4.4.2 二維矩形結構例子 121
4.4.3 計算程式 123
4.4.4 有限差分的物理類比 126
4.5 吸收邊界和完全匹配層 126
複習題 129
第5章 射線跟蹤法 130
5.1 射線的基本概念 130
5.1.1 非均勻介質中的準行波 130
5.1.2 射線 133
5.1.3 費馬原理 136
5.2 均勻介質中的射線 136
5.2.1 聲波沿直線勻速傳播 136
5.2.2 射線管中的聲壓 138
5.3 不均勻介質中的射線 138
5.3.1 一維不均勻介質中的射線方程 138
5.3.2 典型海洋中的射線 140
5.3.3 射線在界面上的反射和透射 142
5.4 焦線附近的聲場 145
5.4.1 圓弧焦線聲場的射線解 146
5.4.2 聲波方程分析的結果 148
5.4.3 球腔內的焦點聲場 150
5.4.4 非均勻介質中的焦線聲場 151
複習題 152
第6章 有限元方法 153
6.1 有限元方法的基本原理 153
6.1.1 線性剖分和插值 153
6.1.2 弱形式的聲波方程 157
6.1.3 有限元方程 158
6.2 其他幾種計算方法 160
6.2.1 高階有限元算法 160
6.2.2 譜元法 162
6.2.3 輻射和散射問題的邊界元方法 164
6.3 有限元商用軟體 166
6.3.1 有限元建模 166
6.3.2 特徵值算例 170
6.3.3 流固耦合問題 174
6.3.4 波導的2.5維算法 176
複習題 182
第7章 格子氣自動機 183
7.1 格子氣方法 183
7.1.1 HPP模型 183
7.1.2 FHP模型 185
7.2 格子玻爾茲曼方法 186
7.3 傳輸線方法 187
複習題 189
第8章 非線性聲學的數值計算 190
8.1 高強度聚焦超聲聲場 190
8.1.1 背景 190
8.1.2 非線性聲學基本方程 191
8.1.3 有限差分算法 192
8.1.4 數值模擬結果 194
8.1.5 格子玻爾茲曼方法 195
8.2 空化氣泡振動仿真 195
8.2.1 超聲空化概念 195
8.2.2 超聲空化泡振動模型 196
8.2.3 氣泡振動方程線性化 197
8.2.4 數值計算方法 198
8.2.5 計算結果 198
複習題 199
參考文獻 200
