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出版者:中国水利水电出版社

作者:

出品人:

页数:243

译者:

出版时间:2001-5

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787508406091

丛书系列:

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《现代工程力学基础：从理论到应用》 图书简介 一、 导论：力学在新时代的定位与挑战 本书《现代工程力学基础：从理论到应用》旨在为工程技术人员、高等院校师生提供一套系统、深入且紧密结合现代工程实践的力学理论与方法论。在当前高精度制造、智能结构、极端环境工程日益普及的背景下，传统力学知识面临着向多尺度、非线性、动态化方向拓展的迫切需求。本书摒弃了单纯概念堆砌的模式，而是将力学视为连接基础科学与工程创新的核心桥梁。 第一章首先确立了工程力学在21世纪的战略地位，强调了材料行为的复杂性、载荷工况的多样性以及分析手段的数字化趋势。我们将概述经典力学（牛顿力学、欧拉流体力学、材料力学中的胡克定律等）作为基础，但核心篇幅将聚焦于如何将这些基础扩展到处理更复杂的工程问题。例如，传统的应力应变关系在处理高分子材料、复合材料以及微纳尺度结构时已显不足，因此，本书将引入张量分析在描述复杂应力状态中的精确性，并过渡到连续介质力学的基本框架。 二、 理论基石：张量分析与连续介质力学 要实现对复杂工程问题的精确描述，必须掌握张量分析这一数学工具。本书的第二章和第三章集中于此。 第二章：应力与应变张量的高级表达 本章详细讲解了二阶应力张量 $sigma_{ij}$ 和应变张量 $epsilon_{ij}$ 的物理意义及其在笛卡尔坐标系下的分量表示。我们不满足于主应力概念的简单罗列，而是深入探讨了莫尔圆（平面问题）和泰特拉赫德法（三维问题）的几何及代数推导过程，特别是如何通过张量旋转来实现坐标系的转换，确保物理量的独立性。此外，对于非均匀场和时间依赖性问题，引入了位移梯度张量 $frac{partial u_i}{partial x_j}$ 的重要性，为后续的动力学分析奠定基础。 第三章：本构关系的拓展与选择 本构关系是连接应力与应变的桥梁，也是工程力学建模中最具挑战性的部分。本书对几种关键本构模型进行了详尽的对比和应用分析： 1. 线弹性本构的各向异性扩展： 详细解析了正交各向异性材料（如层合板和晶体材料）的本构方程，引入了材料对称性群的概念，并针对特定层合板的简化模型（如经典层合板理论CLT）进行了推导和验证。 2. 粘塑性与损伤模型： 针对金属疲劳和蠕变问题，引入了粘塑性（Viscoplasticity）模型，如Perzyna模型。在损伤力学方面，重点介绍了Continuum Damage Mechanics (CDM) 的基本思想，如何利用等效塑性应变或损伤变量 $D$ 来描述材料宏观性能的退化，这对于预测结构在长期载荷下的可靠性至关重要。 3. 超弹性与大变形： 对于橡胶、生物组织等材料，本书引入了基于能量密度的超弹性本构理论，如Mooney-Rivlin模型和Neo-Hookean模型，并阐述了如何通过有限元方法处理由此产生的几何非线性问题。 三、 结构分析的深化：梁、板、壳的现代处理 第四章和第五章从经典梁、板、壳理论出发，向更复杂的实际工程结构模型迈进。 第四章：梁与框架的欧拉-伯努利到蒂莫申科的过渡 在处理短梁或高频振动问题时，欧拉-伯努利梁理论忽略了转动惯量和剪切变形的影响。本章详细推导了蒂莫申科（Timoshenko）梁的微分方程，并分析了剪切锁定现象。随后，通过能量法，系统地介绍了如何将框架结构转化为具有弹簧连接的离散系统，为有限元方法的接入做好准备。 第五章：板壳理论的精确化与非线性问题 对于薄壁结构，经典Kirchhoff-Love板理论在厚度较大或载荷较大时失效。本书深入讲解了Mindlin-Reissner板理论，清晰地展示了剪切变形对挠度和应力分布的修正作用。在壳体分析中，特别关注了屈曲问题，从欧拉屈曲公式出发，引申到实际工程中常用的薄板的局部屈曲和整体屈曲的判据，并讨论了曲率对结构稳定性的深刻影响。 四、 动态响应与振动控制 第六章聚焦于时间域内的力学问题，这是现代工程安全评估的核心。 第六章：结构动力学与模态分析 本章从自由度为一的单自由度系统开始，系统地推导了多自由度系统的运动方程（基于牛顿第二定律和虚功原理）。核心内容包括： 1. 模态分析： 详细解释了特征值问题的求解过程，特征向量（振型）的物理意义，以及模态叠加法在响应分析中的应用。 2. 系统响应分析： 区分了简谐激励、瞬态冲击和随机载荷下的响应计算方法。重点阐述了如何利用复模态分析来处理阻尼体系的响应，并结合实际案例（如桥梁抗风、地震响应）说明阻尼器的优化布置。 3. 颤振与失稳的动力学判据： 针对航空航天和高速列车领域，引入了速度相关的负阻尼效应，探讨了发散和颤振两种主要的动力学失稳模式及其预防措施。 五、 数值计算的桥梁：有限单元法入门与实践 第七章是连接理论与现代计算工具的关键。本书不将有限元法视为一个纯粹的算法，而是视为一种基于变分原理的、将连续体转化为可解离散系统的强大框架。 第七章：基于虚功原理的有限元方法 本章的核心是推导单元刚度矩阵的通用过程。从瑞利-里兹法和虚功原理出发，详细讲解了形函数（插值函数）的选择（如线性、二次插值）及其对精度和连续性的影响。 1. 单元构建： 针对一维（梁单元）、二维（三角形、四边形单元）和三维（四面体、六面体单元）问题，分别演示了单元刚度矩阵的积分过程。特别强调了“单元应变矩阵B”的构建与高斯积分在数值求解中的作用。 2. 几何非线性和材料非线性： 介绍了求解大变形和塑性问题的迭代策略，如牛顿-拉普森法，以及残差力的计算和平衡校正机制。 3. 应用展望： 最后，本章将理论与主流商业软件（如ABAQUS, ANSYS）的输入逻辑相结合，指导读者如何根据实际物理问题正确选择单元类型、接触条件和求解器设置，确保数值结果的可靠性和工程可信度。 结语 《现代工程力学基础：从理论到应用》的最终目标是培养读者严谨的工程思维和解决复杂问题的能力。本书强调理论的深度与应用的广度相结合，使读者不仅能“解题”，更能“建模型”，从而在未来的工程实践中占据主动地位。

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翻阅这本书时，我注意到它在图形和图表方面下足了功夫，这一点值得特别称赞。在流体力学和土体变形相关的章节，传统的二维平面图往往难以完全表达三维空间中的受力状态。然而，这本书巧妙地运用了多种现代制图技术，比如高清晰度的剖面投影、带有清晰向量标注的受力云图，甚至还有一些关于孔隙水压动态变化的示意动图（虽然是静态打印，但其设计思路已经体现了动态模拟的意图）。这些图示极大地降低了理解复杂空间结构和场量分布的难度。我特别喜欢其中关于剪胀性（Dilatancy）的描述，作者没有停留在文字定义，而是通过一组精心设计的 Mohr-Coulomb 破坏包络线图，配合不同应力路径下的变形矢量箭头，直观地展示了土体从压缩到膨胀的临界点。这种“所见即所得”的表达方式，比单纯的数学公式更容易在大脑中形成稳定的空间认知，对于理解土体的非线性本构关系非常有帮助。

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拿到这本教材时，我最直接的感受是它在案例分析上的独到之处。市面上很多同类书籍，要么理论讲得天花乱坠却脱离实际，要么案例堆砌却缺乏深入的解构。但这本，似乎找到了一个极佳的平衡点。我随便翻开其中一个关于边坡稳定的章节，它没有直接抛出复杂的判别式，而是先引入了一个近几年发生的真实案例，从现场照片、地质勘察报告入手，逐步引导读者去思考“为什么会失稳”，然后才引入相应的力学模型进行验证和预测。这种“问题先行，理论跟进”的叙事方式，极大地激发了我的学习兴趣，让我不再觉得这些枯燥的数学推导是凭空出现的。而且，它的习题设计也很有层次感，从基础概念的巩固，到需要综合运用多个知识点的综合大题，再到需要结合软件工具进行参数优化的开放性思考题，真正做到了循序渐进。我甚至发现，书后附带的光盘里还有一些交互式的模拟小工具，虽然我还没来得及细究，但这种注重学习体验的设计，已经让我对这本书的整体质量充满了信心。

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这本书的语言风格，用一个词来形容，那就是“精准而克制”。作者的遣词造句极其严谨，没有丝毫浮夸的修饰词，每一个句子都像是在进行一次精确的数学表达，直指核心概念。阅读过程，就像是和一位经验丰富的导师进行一对一的深入交流，他不会浪费时间在你已经了解的概念上，而是将笔墨集中于那些最容易产生混淆、最考验理解深度的关键点。比如在讲解地基承载力的修正系数时，书中对不同修正因子背后的物理意义进行了细致的剖析，而不是简单地罗列公式。对我而言，这种清晰的逻辑链条是至关重要的，它帮助我构建了一个坚固的知识框架，而不是一堆零散的知识点。我可以想象，如果是在课堂上使用，这本书能极大地提高教学效率，因为它已经帮学生完成了大部分概念梳理的工作，让老师可以将精力放在答疑解惑和拓宽思路上面。总之，它是一本非常“硬核”的专业书籍，适合有一定基础，希望追求极致精确性的读者。

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这本书的辅助资源系统，构建得非常完善和超前。虽然我关注的是实体书的内容，但通过目录和前言中对配套在线资源的提及，可以看出作者对现代教育工具的深度整合。例如，书中多次提到可以查阅特定章节的“扩展验证模块”，这暗示了它可能包含有在线的有限元软件输入文件或者参数模板。这种线上线下的联动，表明作者的视野不仅仅局限于传统纸质载体。更让我欣赏的是其参考文献和引注的规范性，标注详实且具有很强的历史跨度，从经典的地质力学大师的早期著作，到近几年发表在顶级期刊上的创新性研究，都有所涉猎。这使得这本书不仅是一本教科书，更像是一份高质量的、经过筛选的行业研究报告索引。对于希望进行更深层次学术探索的读者来说，这本书提供的“知识地图”的价值，甚至可能超过了书本本身所承载的直接知识点。

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这本关于工程力学的书，装帧设计得非常考究，硬壳封面泛着一种沉稳的哑光质感，光线好的时候，能看到细微的纹理，拿在手里分量十足，让人立刻感受到内容的厚重。内页的纸张挑选得也很用心，不是那种廉价的亮白，而是略带米黄色的道林纸，印刷的字迹清晰锐利，即便是那些复杂的公式和图表，细节也还原得极为到位。我特意留意了目录，涵盖了从基础的应力应变分析到更前沿的数值模拟方法，条理脉络十分清晰，看得出作者在结构编排上花费了大量心血。特别是关于材料特性的章节，配有大量的实测数据曲线和示意图，对于我这种需要经常与实际工程数据打交道的学习者来说，简直是如虎添翼。虽然只是翻阅，但光是那些精心绘制的剖面图和力学模型示意图，就足以让人感受到那种严谨的科学态度。这本书显然不是那种走马观花的入门读物，它更像是为那些渴望深入理解底层原理的工程师和研究者准备的“兵器谱”，每一页都散发着实践与理论完美结合的魅力，让人迫不及待想沉浸其中，细细研读每一个章节。

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这两天读了一大半，快读完了，好书至少需要读三到五遍，翻译有部分不合理的地方，不过大师就是大师，书还是很棒的，日本人写书挺严谨的

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这两天读了一大半，快读完了，好书至少需要读三到五遍，翻译有部分不合理的地方，不过大师就是大师，书还是很棒的，日本人写书挺严谨的

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浅显易懂

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