本书简明介绍了工程电磁场理论及有限元方法，重点给出了应用开源有限元分析软件FreeFEM进行二维及三维低频电磁场问题自编程计算的方法和技巧，并对约30个典型问题进行编程求解。在内容组织编排上，以七大低频电磁场应用场景（包括静电场、交/直流传导电场、瞬态电场、静磁场、涡流场及瞬态磁场）为主线，以典型场景应用案例为牵引，遵循了计算电磁学理论与FreeFEM算法编程并重的原则。在理论方面，给出了七大场景下计算电磁场问题的数学模型（包括控制方程、边界条件、界面连续性条件及激励条件）及相应的有限元弱形式。在FreeFEM编程实践方面，本书所选取的案例来自经典教材及学术论文，且部分为实际工程案例，通过代码语句详细展示电磁场问题自编程数值计算的全过程。通过将复杂的实际工程计算问题以FreeFEM示例代码的形式呈现，可以帮助读者对电磁场理论、电气工程问题数学建模与有限元分析过程有更深入的理解。
本书可作为广大工程技术人员、科研工作者、FreeFEM软件开发者的参考书，也可作为理工科院校电气工程、电子工程及计算数学相关专业的高年级本科生研究生学习工程电磁场有限元分析的教材。

赵彦普教授，
博士生导师。2006年本科毕业于河北工业大学理学院，2009年硕士毕业于南开大学数学系计算数学专业，随后在中科院深圳先进技术研究院高性能计算中心工作14个月。2010年10月赴香港理工大学电机工程系从事科研工作并于2012年7月开始攻读博士学位。获博士学位后，于2016年5月加入美国ANSYS公司宾州Canonsburg研发总部，担任ANSYS Maxwell 3D电磁场有限元分析模块高级研发工程师。2019年7月全职回国，加入武汉大学电气与自动化学院，获国家级青年人才和省级海外高层次人才项目。担任IEEE Senior Member，ICS(International Compumag Society)Member，中国电工技术学高级会员，中国电工技术学会电工理论与新技术专委会委员，中电联输变电设备仿真技术标准化技术委员会委员，中国仿真学会综合能源系统数字孪生专委会委员，IEEE PES中国区电力系统数字孪生技术分委会委员。长期致力于工程电磁场数值方法、多物理场耦合计算、电气装备仿真优化设计和高精度有限元算法研究及软件开发，在IEEE等多个国际期刊发表SCI期刊论文35篇其中第一作者(通信作者)论文24篇。

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前言
第1章 电磁场有限元计算的基本理论
1.1 电磁场基本理论
1.1.1 麦克斯韦方程组
1.1.2 标量及矢量位函数表示的电磁场方程
1.1.3 电磁场问题的边界条件
1.1.4 电磁场的激励源
1.2 电磁场数值计算有限元法介绍
1.2.1 二维静电场有限元法初步
1.2.2 前处理网格技术
1.2.3 电磁场量的后处理方法
参考文献
第2章 FreeFEM软件介绍及基本编程方法
2.1 FreeFEM软件简介
2.2 入门指南
2.2.1 FreeFEM语言的特色及功能
2.2.2 FreeFEM程序的开发流程
2.3 FreeFEM脚本编程语法介绍
2.3.1 数据类型
2.3.2 主要类型
2.3.3 保留字及全局变量
2.4 网格生成功能
2.4.1 square网格生成命令
2.4.2 区域边界的定义
2.4.3 三维网格生成
2.4.4 网格数据格式及读写
2.5 静电场问题FreeFEM编程举例
参考文献
第3章 二维电场计算的有限元方法及FreeFEM代码
3.1 二维静电场问题
3.1.1 二维平面静电场控制方程
3.1.2 二维平面静电场有限元计算格式
3.1.3 二维轴对称静电场控制方程
3.1.4 二维轴对称静电场有限元计算格式
3.1.5 算例1 TEAM 33B静电场问题
3.1.6 算例2 多导体系统电容矩阵的计算
3.1.7 算例3 圆柱形电容器自电容的计算
3.2 二维直流传导电场问题
3.2.1 二维平面直流传导电场控制方程
3.2.2 二维平面恒定电流场有限元计算格式
3.2.3 二维轴对称直流传导电场
3.2.4 二维轴对称恒定电流场有限元计算格式
3.2.5 算例4 金属薄片电阻计算
3.2.6 算例5 半球接地极接地电阻计算
3.3 二维交流传导电场问题
3.3.1 二维平面交流传导电场控制方程
3.3.2 二维平面交流传导电场的有限元计算格式
3.3.3 二维轴对称交流传导电场控制方程
3.3.4 二维轴对称交流传导电场的有限元计算格式
3.3.5 算例6 有损电介质平板电容器的介质损耗计算
3.3.6 算例7 电缆接头的交流电场计算
3.4 二维瞬态电场问题
3.4.1 二维平面瞬态电场控制方程
3.4.2 二维平面瞬态电场有限元计算格式
3.4.3 二维轴对称瞬态电场
3.4.4 二维轴对称瞬态电场有限元计算格式
3.4.5 算例8 多层电容器瞬态电场分析
3.4.6 算例9 圆盘形电容器瞬态电场分析
参考文献
第4章 二维磁场计算的有限元方法及FreeFEM代码
4.1 二维静磁场问题
4.1.1 二维平行平面静磁场控制方程
4.1.2 二维平面静磁场有限元格式
4.1.3 二维轴对称静磁场控制方程
4.1.4 二维轴对称静磁场有限元格式
4.1.5 算例1 两块矩形永磁体的作用力（xy平面坐标）
4.1.6 算例2 无限长平行输电线回路单位长度的电感（xy坐标）
4.1.7 算例3 两个线圈的作用力（rz坐标）
4.1.8 算例4 螺线管中心轴线Bz的解析解以及电感计算（rz坐标）
4.2 二维涡流场（时谐磁场/交流磁场）问题
4.2.1 二维平面涡流场控制方程
4.2.2 二维平面涡流场有限元格式
4.2.3 二维轴对称涡流场控制方程
4.2.4 二维轴对称涡流场有限元格式
4.2.5 算例5 TEAM Workshop Problem 30 A：二维平面涡流场分析
4.2.6 算例6 单匝实体线圈之间的互感
4.3 二维瞬态磁场问题
4.3.1 二维平面瞬态磁场控制方程
4.3.2 二维平面瞬态磁场有限元格式
4.3.3 二维轴对称瞬态磁场控制方程
4.3.4 二维轴对称瞬态磁场有限元格式
4.3.5 算例7 TEAM Workshop第30A问题：二维平面瞬态磁场分析
4.3.6 算例8 TEAM Workshop第9-1问题：柱对称瞬态磁场计算
参考文献
第5章 三维电场计算的有限元方法及FreeFEM代码
5.1 三维静电场问题
5.1.1 三维静电场控制方程
5.1.2 三维静电场有限元格式
5.1.3 电容矩阵的提取及静电力的计算方法
5.1.4 算例1 孤立金属球电容的计算
5.1.5 算例2 两个导体球系统的电容计算
5.2 三维直流传导电场问题
5.2.1 三维直流传导电场控制方程
5.2.2 三维直流传导电场有限元格式
5.2.3 损耗的计算及电阻矩阵的提取
5.2.4 算例3 三维接地电阻计算问题
5.3 三维交流传导电场问题
5.3.1 三维交流传导电场控制方程
5.3.2 三维交流传导电场有限元计算格式
5.3.3 算例4 平板电容器（有损电介质）
5.4 三维瞬态电场问题
5.4.1 三维瞬态电场控制方程
5.4.2 三维瞬态电场有限元格式
5.4.3 算例5 三维麦克斯韦电容器（有损电介质）
参考文献
第6章 三维低频磁场计算的有限元方法及FreeFEM编程案例
6.1 三维静磁场问题
6.1.1 三维静磁场控制方程、激励源及边界条件
6.1.2 三维静磁场矢量磁位法（A→方法