工程应用中四种常见的场

  从哲学的角度讲，结构及其相互作用的矛盾构成了世界发展的根本原因。从物理学的角度来说，结构和相互作用被译为物质和场。所以，场就是物质之间的相互作用。物理学上所谈的场包括引力场、电磁场、核场和弱场。场的相互作用是通过交换量子而实现的，现在所发现的量子有：光子和8种核场量子。

  但是，工程应用所谈的场的与上述概念略有不同，它主要从实用而非量子角度来谈场，如结构场、流场、声场、浓度场、温度场、静电场、稳恒磁场和电磁场等。工程中经常面对的四种物理场：结构场，流场，温度场，电磁场。这些场是计算机仿真的基本求解对象。

  物理场这个名词听上去高深莫测，令人肃然起敬，但其实并不复杂，它就在你我身边。

温度场

  春分刚过，全国各地也开启了回暖进程，人们脱去厚重的外套开始换上轻便的衣装，温暖的阳光从窗外直射进来，尽管许多人已经身穿短袖，仍感到有些微微发热。显然，在我们周围，温度在渐渐升高，而在离开窗户稍远的地方，比如靠近走廊的门边，温度会稍微低一些。可以想象，在房间内不同的点，温度都是不一样的。这就是说，温度是空间坐标的函数。如果以房间的某一个角落为坐标原点，以三条墙角线为坐标轴建立一个直角坐标系，那么，在此房间内任何一点的温度都是它所在点的三个坐标的函数。这就是说

  实际上，还不仅如此。空间中任意一个点，它的温度并不总是恒定的。随着中午的来临，空间每个点的温度都会逐渐上升，而当夜幕降临时，它的温度又会逐渐降低，这就是说，空间任意一点的温度还是时间的函数。所以，上面的式子需要加以修正，加入时间变量，于是有

  上述函数说明了，温度T是它的三个空间坐标以及一个时间坐标的函数。这样，在这个房间，如果我们可以把每个点的温度都标志出来的话，那么这些温度就构成了一个数值空间，这个空间称为温度场。

流场

  随着房间的温度的逐渐升高，我们开始感受到太阳的热力。突然一阵轻风拂过，不禁让人神清气爽。对于微风，我们首先感受到的，就是风的压力以及它的速度。实际上，在我们周围的空气并非静止不动的，由于温度在改变，而不同地方的温度不同，热空气在上升，而冷空气在下降，空气的流动就产生了风。虽然这种风力并不大，但是它们的确存在。同样，仿照温度场的分析方法，取房间的某个角落为坐标原点，而建立一个直角坐标系，则空间中任何一点的速度和压力也是空间三个坐标以及时间坐标的函数，这样，就有

  即速度和压力是空间以及时间坐标的函数。这样，在我们的周围，实际上空气的压力形成了一个数值空间，而空气的速度也形成了一个数值空间，前者是压力场，后者是速度场，二者合在一起，就是流场。

  流场存在于空气中，也存在于奔流的长江黄河里，存在于风平浪静的太平洋，也存在于我们的血管里。

结构场

  当我们坐在办公桌前工作时，我们的屁股上的肌肉、皮肤实际上承受了我们整个身体的重量而变形，换一句话说，与凳子接触的身体上的每个点，都发生了位移。如果我们以凳子表面的中心为坐标原点，建立一个直角坐标系的话，那么我们屁股上的每一个点都发生了位移，而每个点的位移，显然都是空间坐标的函数，就是说，不同的点，其位移是不一样的。这就构成了一个所谓的位移场。如果深入其内，我们知道，实际上每个点也是有应力的，这就构成了应力场；而每个点也有应变，这就构成了应变场。总之，是构成了一个所谓的结构场。

  所谓结构场，实际上是指，一个结构在受到外力后发生了变形，从而导致了位移，应力，应变，这些量在空间的连续分布，就构成了结构场。如果我们久坐的话，某些地方的应力总是很大，如果此处刚好是血管，则此处的血管被压瘪，血流艰难，养料不能顺利的供应到相应的部位，则这些地方就会感到不快。而此处如果是神经被压制，则更会直接引发神经的反射，而以光速传递到我们的大脑，敦促我们及早改变坐姿，不要让他们承受如此巨大的压力。

电磁场

  当我们正在工作时，手机铃声突然响起，我们才蓦然感到，还有一个场就在我们身边，这就是电磁场。电磁波其实一直就在我们身边环绕，只是在适当的时候，其发射频率与我们手机里面某一个接受部件的频率保持一致时，手机感受到了从远方发出的信号，于是铃声大作。

  综上所述，物理场实际上就是某种在空间连续分布，在时间上持续存在的某种物理量。如果这个物理量是温度，则是温度场；如果它是压力和速度，就是流场；如果是位移，应力和应变，就是结构场，如果是电势，磁场强度，则是电磁场。

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