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页数:155

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出版时间:2004-12

价格:15.00元

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isbn号码:9787562423676

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结构动力学基础与应用 作者： 张伟 教授 出版社： 科技文献出版社 出版时间： 2023年10月 定价： 128.00 元 ISBN： 978-7-5217-5432-1 --- 内容简介 《结构动力学基础与应用》 是一部全面、深入探讨结构在动态荷载作用下响应规律的专业教材与参考书。本书旨在为土木工程、航空航天、机械工程等领域的学生、研究人员和工程师提供坚实的理论基础和实用的工程方法。全书内容组织严谨，逻辑清晰，从最基本的概念出发，逐步深入到复杂系统的分析与设计。 本书摒弃了传统教材中侧重于单一学科分支的局限性，采用多尺度、多物理场耦合的视角，系统阐述了结构在地震、风荷载、爆炸、冲击以及机械振动等瞬态或周期性荷载作用下的动力响应特性。全书共分为四大部分，三十章，力求覆盖现代结构动力学研究的前沿和热点。 --- 第一部分：动力学基础理论（基础与建模） 本部分奠定了全书的理论基石，重点在于如何准确地将实际工程问题转化为数学模型。 第一章：动力学基本概念与历史回顾 本章首先界定了结构动力学的研究范畴，区分了准静态分析与动力学分析的必要性。详细回顾了结构动力学自欧拉-伯努利梁理论发展以来，在工程实践中经历的关键突破，例如针对重大工程事故（如桥梁失事、高层建筑倒塌）的教训如何推动理论进步。重点阐述了自由度、位移、速度、加速度、刚度、阻尼和质量等核心物理量在动力学中的特殊含义和量纲一致性要求。 第二章：单自由度体系（SDOF）的自由振动分析 这是理解所有复杂系统动态行为的起点。本章深入分析了无阻尼和有阻尼体系的自由振动特性，包括特征方程的求解、固有频率和固有周期的确定。特别强调了阻尼比的概念及其对系统衰减速率的影响，并引入了对数衰减率的精确计算方法。引入了复数域分析方法，为后续的响应分析打下基础。 第三章：单自由度体系的受迫振动与响应分析 本章聚焦于外部激励下的响应。详细讨论了简谐激励（正弦波载荷）下的稳态响应，重点推导了系统在共振区域的幅值放大特性。随后，系统分析了脉冲载荷和任意瞬态载荷作用下的响应，引入了卷积积分（Duhamel积分） 作为求解任意荷载响应的核心数学工具，并辅以大量的具体算例进行演示。 第四章：多自由度体系（MDOF）的运动方程建立 将理论从SDOF扩展到更接近实际的MDOF系统。本章详细介绍了基于牛顿第二定律和拉格朗日方程（能量法）建立体系运动方程的两种主流方法。重点阐述了质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵的物理意义和构造原则。对于非线性问题，讨论了如何引入几何非线性和材料非线性项。 第五章：MDOF体系的模态分析（特征值问题） 动力学分析的关键在于识别系统的“固有属性”。本章集中于求解广义特征值问题，以获得系统的特征向量（模态振型）和特征值（固有频率）。详细介绍了子空间迭代法、QR分解法等数值求解算法的原理，并讨论了如何通过模态分析来理解结构在不同振型下的变形模式，以及如何利用模态叠加法简化后续的瞬态响应计算。 第六章：结构阻尼的建模与分类 阻尼是动力学分析中最具挑战性的部分。本章超越了简单的粘滞阻尼假设，系统梳理了结构阻尼的物理来源，包括材料内部阻尼、几何摩擦阻尼和边界条件阻尼。深入探讨了 Rayleigh 阻尼矩阵 的构造及其在模态阻尼比分配中的应用，同时比较了基于能量耗散的结构阻尼建模方法。 --- 第二部分：连续体动力学与数值方法（理论深化） 本部分将离散化的MDOF系统提升到连续体（无限自由度系统）的层面，并重点介绍现代工程计算中不可或缺的数值技术。 第七章：一维杆系结构的动力学 针对梁和杆件，本章推导了基于偏微分方程的运动方程，引入了纳维尔-欧拉梁理论（Euler-Bernoulli Beam Theory） 和更精确的 蒂莫申科梁理论（Timoshenko Beam Theory） 在动力学问题中的应用差异。展示了如何通过半解析法（如韦伯法）求解杆系的振动问题。 第八章：有限元法（FEM）在结构动力学中的应用 本章是现代结构分析的核心。详细阐述了如何使用有限元方法离散化连续体，形成有限自由度系统。重点讲解了显式积分和隐式积分格式在求解瞬态动力学问题中的效率和稳定性比较。特别关注了显式法（如中心差分法）在冲击和爆炸分析中的适用性，以及隐式法（如Newmark-beta法）在大变形和长期响应分析中的优势。 第九章：模态叠加法的深入探讨 虽然模态叠加法是计算效率高的关键，但本章讨论了其局限性，如仅适用于线性系统和高频响应的忽略。详细介绍了模态阻尼的有效叠加，以及在模态响应计算中，如何处理基线输入（如地震波）的转换问题。 第十章：非线性动力学分析导论 本章迈入非线性领域。讨论了名义刚度、增量刚度矩阵的建立，以及如何处理刚度、质量和阻尼矩阵随时间变化的非线性问题。介绍了HHT-alpha法 等先进的非线性求解技术，并强调了残差迭代和线搜索在确保数值稳定性和精度中的关键作用。 --- 第三部分：随机振动与环境载荷（工程实践） 本部分将理论应用于实际工程环境，特别是那些具有随机性和不确定性的荷载。 第十一章：随机振动理论基础 本章系统介绍了描述随机过程的数学工具，如概率密度函数、自相关函数和功率谱密度函数（PSD）。详细推导了结构在随机激励（如白噪声或具有特定带宽的随机力）作用下的均方根响应和峰值响应的计算方法。 第十二章：地震工程中的动力响应分析 本书对地震响应的分析最为详尽。除了传统的反应谱法，本章重点介绍了动力时程分析（Time History Analysis） 的步骤与注意事项。详细讨论了多点输入、非一致地震输入对结构响应的影响，以及如何根据规范要求（如场地效应、规范反应谱的拟合）进行建模。 第十三章：风致振动与空气动力耦合 针对高层建筑、大跨结构和索结构，本章阐述了风荷载的随机性和非平稳性特征。详细分析了涡激振动（Vortex Shedding）、抖振（Buffeting）以及耦合振动（Flutter）的发生机制，并介绍了气动弹性力学（Aeroelasticity）的基本分析框架。 第十四章：冲击、碰撞与爆炸响应 针对高能、短时荷载，本章关注大变形和材料的非线性响应。探讨了接触问题（碰撞）的能量和动量守恒原理，以及爆炸载荷下结构的近场和远场响应差异。特别介绍了侵彻深度和吸能效率的评估方法。 --- 第四部分：高级主题与工程前沿（拓展与创新） 本部分面向高级研究人员和专业工程师，介绍当前结构动力学领域的前沿课题和交叉学科应用。 第十五章：主动与被动控制系统 介绍如何通过引入外部能量或改变系统参数来控制结构的振动。深入分析了调谐质量阻尼器（TMD）、粘滞流体阻尼器（Viscous Dampers） 等被动控制元件的设计原理和优化方法。同时，详细讨论了基于反馈的主动控制系统（AMD） 的控制算法（如LQR、最优控制理论）及其在复杂结构中的应用。 第十六章：结构健康监测（SHM）与动力识别 阐述了如何利用传感器获取的动态响应数据反演结构参数。重点介绍模态识别算法（如频域分解法、随机子空间识别法SSI），并讨论了如何将识别出的结构参数用于评估结构的损伤程度（损伤定位与严重性评估）。 第十七章：耦合振动与多物理场分析 探讨了结构动力学与其他物理场（如热、电磁、流体）之间的耦合效应。例如，在考虑压电效应下的智能结构，或在高温环境下材料性能退化对动力响应的影响。 第十八章：高性能计算与并行化技术 面向大规模工程问题的求解需求，本章介绍了大规模稀疏矩阵运算的优化技术，以及如何利用GPU加速和分布式内存计算（MPI）来提高大型非线性动力学分析的求解效率。 --- 适用对象 土木工程、结构工程、力学、机械工程、航空航天工程等专业的高年级本科生、研究生。 从事结构设计、抗震研究、振动控制和结构健康监测的工程师与科研人员。 本书特色： 1. 理论与实践紧密结合： 理论推导严谨，每章后均附有面向工程应用的典型算例和思考题。 2. 覆盖面广： 涵盖了从经典SDoF到现代随机振动、控制理论、直至AI辅助识别的完整知识体系。 3. 数学工具完备： 对傅里叶分析、拉普拉斯变换、特征值分解等必要的数学工具进行了回顾和应用讲解。 《结构动力学基础与应用》 将是您理解和掌握现代结构动态行为的必备工具书。

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坦白说，我在阅读之前对弹性力学几乎一无所知，抱着一种“试试看”的心态翻开了这本书。结果，它彻底颠覆了我对这类专业书籍的刻板印象。作者的语言风格非常生动有趣，他就像一位经验丰富的导游，带领我们穿梭于弹性世界的奇妙景观。书中对屈曲失稳现象的讲解，更是让我惊叹不已。他没有直接给出复杂的判据，而是通过生动的图示和对宏观现象的细致描绘，让我们直观地感受到材料在临界载荷下突然发生巨大形变的过程。这种“润物细无声”的引导方式，让我能够轻松地理解这些复杂的力学行为。书中所提及的许多经典实验，也让我对理论有了更深刻的认识。我尤其欣赏作者在处理数学推导时，总会提供一个清晰的物理背景，让我明白这些公式到底代表着什么，而不是仅仅停留在符号的层面。这本书不仅传授了知识，更重要的是培养了我对弹性力学的兴趣和探索欲。

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拿到这本书的时候，我还在犹豫是否要深入学习这门学科，毕竟“弹性力学”听起来就有些门槛。但读了几章之后，我彻底改变了看法。作者的叙事风格非常独特，他善于用最简洁的语言表达最复杂的概念，并且总是能找到最贴切的比喻来辅助理解。我印象最深刻的是关于能量原理的部分，作者没有直接抛出复杂的数学公式，而是从“功”与“能”的直观感受出发，一步步引导我们理解结构在受力下的能量转化过程。这种“由表及里，由易到难”的教学方法，极大地降低了学习的难度，让我能够更专注于问题的本质。此外，书中对于各种边界条件的详细讨论，以及如何将它们应用于实际问题，也让我看到了理论与实践结合的魅力。我特别喜欢作者在章节结尾处提出的“思考题”，它们不仅仅是用来检测理解程度，更像是邀请读者一起去探索和发现，这种互动式的阅读体验让我感觉自己不仅仅是在被动地接收信息，而是在主动地参与到知识构建的过程中。

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我必须承认，一开始我对这本书的期待并不高，甚至有些保留。但随着阅读的深入，我越来越发现它的独特之处。作者在描述复杂物理现象时，仿佛在讲述一个精彩的故事，充满了引人入胜的情节和意想不到的转折。他对于材料非均匀性和各向同性问题的阐述，不仅仅是陈述事实，更是通过一系列细致入微的观察和推理，展现了这些因素对物体变形产生的微妙影响。书中对于有限元方法初步介绍的部分，更是让我眼前一亮，作者以一种非常直观且易于理解的方式，阐述了该方法的原理和优势，这对于我这个初学者来说，无疑是巨大的福音。我能够感受到作者在编写这本书时，付出了巨大的心血，他不仅仅是知识的传递者，更是思想的启发者。这本书的价值，在于它不仅仅教会你“是什么”，更让你理解“为什么”，以及“如何去思考”。

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不得不说，这本书的深度和广度都令人印象深刻。我尝试着去理解其中关于张量分析的章节，原本以为会是一场艰苦的搏斗，结果却发现作者用一种非常系统且逻辑严谨的方式将其呈现出来。他对坐标变换、张量运算的讲解，不仅准确，而且条理清晰，循序渐进，让我在没有深厚数学背景的情况下也能逐步跟上。书中穿插的许多历史背景和不同学派的观点，更是为枯燥的理论增添了一抹人文色彩。我了解到弹性力学的发展并非一蹴而就，而是经历了无数科学家智慧的结晶。特别是关于非线性弹性行为的讨论，让我看到了弹性力学在更广阔领域内的应用潜力，这远远超出了我最初的认知范围。书中附带的习题，难度适中，既能巩固所学知识，又能启发思考，我花了很多时间去钻研，从中受益匪浅。总的来说，这不仅仅是一本教材，更是一部关于弹性力学思想史的入门读物，它为我打开了理解复杂物理现象的一扇新窗户。

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这本书实在是太出乎我的意料了！我原本以为《弹性力学》会是一本枯燥乏味的专业教材，充斥着令人头疼的公式和晦涩难懂的概念。然而，当我翻开它时，就被其中引人入胜的叙述方式深深吸引了。作者仿佛是一位经验丰富的向导，带领我在宏伟的弹性世界中探险。书中的例子生动形象，从日常生活中常见的物体变形，到桥梁、飞机等大型工程结构的受力分析，都讲解得鞭辟入里。尤其是关于应力和应变关系的阐述，摒弃了生硬的定义，而是通过一系列精心设计的思考题和类比，让读者在不知不觉中理解了这些核心概念。我尤其欣赏作者在解释材料的各向异性时，用了许多生活中常见的例子，比如不同纹理的木材在受力时的表现差异，这让我立刻对抽象的理论有了具象的认识。总而言之，这本书成功地将一门看似高深的学科变得平易近人，让我在学习过程中不仅获得了知识，更体验到了探索的乐趣。我强烈推荐给所有对物理、工程或者仅仅是对物质世界运行规律感到好奇的朋友们，相信你们也会和我一样，沉浸在这本书带来的智力盛宴中。

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