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出版者:机械工业出版社

作者:张连生 编

出品人:

页数:190

译者:

出版时间:2004-7

价格:19.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111146049

丛书系列:

图书标签:

• 金属材料焊接工艺
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• 焊接
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• 焊接技术
• 材料科学
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• 工业工程

《现代结构设计与应用》 图书简介 本书旨在为土木工程、结构工程、机械工程等相关领域的工程师、研究人员及高年级本科生提供一套全面、深入且高度实用的现代结构设计理论与工程实践指南。我们深知，在当今复杂多变的工程环境下，结构设计已不再局限于传统的静力学计算，而是需要融合先进的材料科学、可靠性理论、高性能计算以及可持续性理念。本书正是基于这一时代需求而编撰，内容涵盖了从基础理论到前沿技术的多个维度，力求构建一座连接学术研究与实际工程应用的坚实桥梁。 第一部分：结构设计基础与理论深化 本部分将对结构设计的基本原则进行系统性的回顾与深化，重点在于提升读者对结构行为的内在理解。 第一章：材料本构关系与本构模型进阶 本章详细阐述了工程结构中常用材料（如钢材、混凝土、木材以及先进复合材料）的宏观力学行为。我们不再停留在线弹性阶段，而是深入探讨了材料的非线性特性，包括塑性流动准则（如穆尔-库仑准则、德鲁克-普拉格准则的现代修正）、粘弹性行为以及超粘性效应在长期荷载下的影响。特别地，本章引入了损伤力学（Damage Mechanics）的基础概念，解释了疲劳损伤累积的微观机制及其在结构剩余寿命评估中的应用。此外，对于新型工程材料如超高性能混凝土（UHPC）和形状记忆合金（SMA）的本构关系模型进行了深入剖析，强调了温度、应变率对这些材料力学性能的耦合作用。 第二章：结构可靠性理论与概率设计方法 传统的安全系数法已无法满足现代大型复杂结构对安全性和经济性的双重要求。本章系统介绍了结构可靠性理论的最新发展。内容包括一阶可靠性方法（FORM）和二阶可靠性方法（SORM）的计算流程与适用范围。重点分析了荷载效应、结构抗力以及材料参数的随机性建模，采用Weibull分布、Lognormal分布等多种概率密度函数对工程变量进行精确拟合。此外，本书详细讨论了基于性能的抗震设计（Performance-Based Seismic Design, PBSD）中的可靠度指标设定，并引入了贝叶斯网络（Bayesian Networks）在工程不确定性量化和设计迭代优化中的应用方法。 第三章：结构动力学与振动控制 结构在风荷载、地震、机械激励下的动态响应分析是现代设计的核心。本章从连续体动力学出发，推导了结构自由振动、强迫振动的控制微分方程。对离散化方法，如有限元法（FEM）在模态分析中的应用进行了详尽的推导与算例演示。更重要的是，本章深入探讨了主动、被动及半主动振动控制策略。例如，粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器（TMD）的优化设计、以及基于传感器和执行器的智能隔震与消能系统的工作原理和参数选择标准。 第二部分：先进结构分析与高性能计算 本部分侧重于如何利用现代计算工具对复杂结构进行精确模拟和评估。 第四章：非线性有限元分析（FEA）的深入应用 本章将有限元方法提升至工程实际应用层面。详细讲解了求解非线性问题的核心算法，如牛顿-拉夫森法、修正牛顿法及其在收敛性判断上的工程经验。针对几何非线性（大变形、屈曲）和材料非线性（塑性、蠕变）的耦合问题，给出了详细的单元选择指南和网格划分策略，以避免应力奇异点和数值震荡。特别关注了接触问题的数值模拟，如基础与土体之间的相互作用、构件间的摩擦与咬合效应。 第五章：结构稳定性和屈曲理论的现代视角 结构失稳是导致灾难性破坏的主要原因之一。本章系统回顾了欧拉屈曲理论，并将其扩展至考虑初始缺陷、残余应力、以及几何非线性和材料非线性耦合的复杂屈曲分析。讨论了二次弯曲（Bifurcation）和非二次弯曲失稳模式，特别是对于薄壁结构和复杂截面构件（如箱形截面或I形截面在复杂受力下的局部屈曲）。引入了基于能量法的稳定判据，并结合商业软件的后屈曲分析（Post-Buckling Analysis）技术，指导工程师进行安全裕度评估。 第六章：多场耦合与环境效应分析 现代结构往往暴露于复杂的环境中，需要考虑多场耦合效应。本章探讨了热-结构耦合分析（Thermal-Structural Coupling），例如在高温或极端温变条件下的结构响应；以及流固耦合（Fluid-Structure Interaction, FSI），重点关注风致振动和水动力对桥梁、高耸结构的影响。此外，针对海洋工程和核工程，还涉及辐射传热、腐蚀对结构有效截面性能衰减的建模方法。 第三部分：特定结构设计与工程实践 本部分将理论知识与具体工程应用相结合，聚焦于当代结构工程的重点领域。 第七章：大跨度结构与预应力技术 针对大型桥梁、体育场馆屋盖等大跨度结构，本章详述了先进的结构体系，如斜拉桥、悬索桥的设计优化。重点深入讲解了有粘结与无粘结预应力技术，包括预应力损失的精确计算模型、锚固区应力分析，以及疲劳载荷作用下预应力钢材的松弛与耐久性考量。 第八章：高性能混凝土结构与抗裂设计 超越传统钢筋混凝土，本章专注于UHPC、纤维增强混凝土（FRC）等新一代高性能材料的应用。详细阐述了这些材料在极限承载力、抗冲刷和耐久性方面的优势。抗裂设计部分，着重于控制裂缝宽度以确保结构长期服役性能，包括基于应力控制的裂缝间距计算方法和钢筋表面处理技术对裂缝形态的影响。 第九章：结构健康监测（SHM）与剩余寿命评估 结构健康监测是保障现有基础设施安全的关键技术。本章介绍了基于光纤光栅（FBG）、压电传感器（PZT）等先进传感器的实时监测系统搭建。重点在于数据处理和状态评估，包括模态识别技术（如频域分解法、随机子空间辨识法）在损伤定位与演化跟踪中的应用。最后，结合可靠性理论，提出一套基于监测数据的结构剩余寿命预测框架。 第十章：可持续性设计与韧性工程 面向未来，结构设计必须纳入环境责任和社会韧性。本章探讨了生命周期评估（LCA）在结构选材中的应用，旨在最小化碳足迹。韧性工程部分，关注结构在遭受极端事件（如恐怖袭击、特大自然灾害）后的快速恢复能力，介绍了冗余度设计、冗余路径设计以及基于快速拆解与再利用的模块化结构设计理念。 本书通过严谨的理论推导、详尽的工程案例和最新的研究成果，致力于培养新一代工程师的批判性思维和解决复杂工程问题的能力。它不仅是一本教科书，更是一本面向实践、持续更新的工程参考手册。

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这本书的结构安排似乎是按照材料的系统分类来组织的，从黑色金属到有色金属，再到特种合金，逻辑链条清晰可见，这种分类法对于需要快速查阅某一特定材料焊接规范的人来说非常方便。我主要关注的是关于钛合金和镍基高温合金的焊接部分，发现作者对这些难焊材料的预热、填充材料选择以及后处理工艺的推荐非常细致，几乎达到了手把手的指导级别。特别是针对异种材料连接时的冶金反应控制，书中给出的几种抑制脆性金属间化合物生成的策略，我已经在工作中小范围试行，初步效果令人鼓舞。不过，一个让我感到困惑的地方是，书中对焊接缺陷的分类和成因分析，虽然全面，但在“缺陷的预防和修复”这一环节的篇幅相对较少，似乎更侧重于“为什么会产生”，而不是“如何有效避免或快速修复”。对于车间一线的技术人员而言，后者往往是他们最迫切需要的知识。如果能加入更多关于焊接工艺参数优化软件的应用介绍，或者一些基于人工智能辅助的缺陷预测模型探讨，这本书的现代化程度会大大提高。

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这本书的优点在于其内容的广度和深度达到了一个极高的平衡点，几乎覆盖了现代焊接工程的所有关键分支领域，从基础的扩散理论到复杂的断裂力学在焊缝中的应用，都有所涉及。作者对于不同焊接规范（如AWS、EN标准）在特定应用场景下的侧重点对比分析，对于跨国项目合作的工程师来说是极具价值的“隐性知识”。我特别喜欢它对焊接接头的疲劳性能评估部分，详细阐述了S-N曲线的修正方法以及应力集中对寿命的影响，这对于桥梁、压力容器等长期承载结构的安全性评估至关重要。遗憾的是，本书在数字化和交互性方面几乎为零。在当今这个时代，一本厚重的专业书籍如果不能提供配套的在线资源、可供下载的计算模板或者最新的研究进展更新渠道，其时效性就会大打折扣。比如，如果能提供一个基于Excel或Python的脚本，用于快速计算特定焊缝的冷却速率，那将是极大地提升了工具书的实用价值。总的来说，它是一部值得收藏的经典，但它需要的“数字伴侣”来增强其生命力。

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这本书的装帧设计相当朴实，封面设计上并没有过多花哨的元素，给人一种严谨扎实的专业书籍感觉。内页的纸张质量不错，印刷清晰，尤其是那些复杂的机械图示和微观结构照片，细节还原度很高，这对我们理解材料的内部变化至关重要。不过，我得说，初次翻阅时，对那些密集的公式和理论推导确实感到有些吃力，感觉作者在力求严谨性的同时，略微牺牲了对初学者的友好度。那些关于晶格结构和相变动力学的章节，如果能配上更直观的三维动画或者更详细的实验案例解析，或许能更好地帮助读者建立空间想象。特别是对于像我这样需要将理论知识应用到实际生产中的工程师来说，书中的理论深度毋庸置疑，但连接理论到实际操作的“桥梁”部分，感觉可以再加固一些。整体来看，它更像是一本面向有一定基础的研究生或者资深技术人员的参考手册，而不是一本零基础入门的科普读物。我对书中对焊接热影响区（HAZ）的微观组织演变描述印象深刻，分析得非常透彻，这一点值得称赞，但如果能增加一些不同焊接工艺（比如激光焊、电子束焊）下的特定失效模式对比分析，那就更完美了。

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我花了相当长的时间才啃完这本大部头，坦白讲，这本书的知识密度高得惊人，每一个章节似乎都在试图囊括一个领域的全部前沿进展。它在讲述焊接冶金原理时，那种深入骨髓的剖析，让人不得不佩服作者深厚的学术功底。比如，书中对特定高熵合金在超高热输入焊接过程中的溶质偏析机制的论述，简直是教科书级别的！我特别欣赏作者在描述不同热输入速率对焊缝内部残留应力和变形的影响时，所采用的那些精妙的数学模型和有限元模拟结果的引用，这些都极大地提升了本书的参考价值。然而，正是这种极端的深度，使得阅读体验有时显得有些单调和枯燥。大量使用了专业术语，并且这些术语往往在一个段落内密集出现，使得阅读节奏不得不一再放慢，甚至需要频繁查阅其他专业词典。我期待看到更多关于焊接过程中的无损检测（NDT）技术如何与材料性能评估相结合的内容，毕竟，理解了生成什么，也得学会如何快速准确地检验它是否合格。这本书无疑是优秀的理论基石，但距离成为一本“实战宝典”之间，可能还差一个鲜活的、基于工业现场的案例库。

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读完这本书，我感觉自己像是在参加一场顶级的学术研讨会，信息量大到让人应接不暇，充满了深邃的思辨和严谨的论证。作者在探讨焊接残余应力时，对加载-卸载循环的应变累积效应进行了非常深入的探讨，甚至引入了疲劳损伤的耦合分析，这已经是焊接工程研究的尖端领域了。书中对于焊接过程中的热-力-冶金耦合作用的描述，体现了作者对跨学科知识的融会贯通，这一点非常令人敬佩。然而，从阅读体验的角度来说，这本书的叙述风格显得异常学术化和内敛，缺乏那种能抓住读者注意力的“钩子”。例如，在介绍最新的增材制造（3D打印）焊接技术时，内容稍显保守，未能充分展现出这些颠覆性技术对传统焊接理念的冲击和影响。我希望看到更多关于绿色焊接技术，比如低能耗、低排放的焊接方法，以及它们在可持续制造中的潜力分析。这本书更像是知识的“静态存档”，而非“动态发展指南”，虽然深度足够，但在前瞻性上略有不足。

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