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出版者:中国电力

作者:李天云

出品人:

页数:274

译者:

出版时间:2007-2

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787508349824

丛书系列:

图书标签:

• 自动控制
• 控制理论
• 系统分析
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• 自动控制原理

《工程力学基础：结构分析与应用》 内容提要： 本书旨在为工程技术人员和理工科学生提供一套全面、深入且注重实践的结构力学分析方法论。全书内容紧密围绕经典力学原理在工程结构分析中的应用展开，结构清晰，逻辑严谨，力求在理论深度和工程实用性之间取得最佳平衡。 第一章：静力学基础与应力状态分析 本章首先回顾了质点和刚体的平衡条件，引入了力矩的概念及其在静力平衡分析中的核心地位。重点讲解了平面与空间力系的平衡方程，并详细介绍了如何利用这些方程求解复杂结构（如桁架、框架）的内力和反力。随后，深入探讨了材料内部的应力概念，从微元体应力张量出发，系统阐述了柯西应力张量、主应力、主方向的数学推导与物理意义。特别强调了Mohr圆在二维应力状态分析中的几何意义和计算应用，为后续的强度和稳定性分析奠定坚实的理论基础。本章配有大量的工程实例，如桥梁节点受力分析、起重设备受力简化等。 第二章：材料本构关系与本构定律 本章聚焦于描述材料响应特性的本构关系。首先，详细阐述了线弹性材料的广义胡克定律，包括各向同性材料的应力-应变关系（杨氏模量、泊松比、剪切模量之间的关系）。随后，扩展讨论了材料在不同温度和加载速率下的黏弹性行为，引入了蠕变和松弛现象的描述模型。对于非常规材料，如复合材料和地基土体，本章也提供了简化的本构描述，例如纤维增强复合材料的层合板理论基础。本章的难点在于如何将抽象的本构方程应用于实际工程材料参数的确定，因此设置了专门的实验数据拟合与参数辨识案例。 第三章：结构变形与位移计算 结构变形分析是本卷的核心内容之一。本章从几何关系出发，定义了应变的概念，并推导了小变形假设下的应变-位移关系。基于应变能原理，详细介绍了虚功原理和虚位移原理在结构力学中的应用。对于梁的挠度和转角计算，本书采用了经典的欧拉-伯努利梁理论，并推导了挠曲线微分方程。重点讲解了积分法、叠加法和卡氏定理（单位力法）在求解一次静不定结构位移和内力时的具体步骤和技巧。大量的图示和计算流程图帮助读者清晰理解能量法和位移法的内在联系与区别。 第四章：梁和框架的内力分析 本章专注于工程中最常见的结构形式——梁和框架的内力图绘制与分析。详细讲解了剪力、弯矩、轴力和扭矩在不同载荷（集中力、均布荷载、力偶）作用下的分布规律。通过引入内力方程，系统地演示了如何利用微分关系（如 $dV/dx = q(x), dM/dx = V(x)$）精确绘制内力图。对于连续梁和超静定框架，本章采用挠度变形法（力法）和荷载位移法（位移法）两种主流方法进行求解。力法部分深入探讨了超静定次数的确定、基本体系的选择以及补充方程的建立。位移法部分则侧重于刚节点处的弯矩平衡和位移求解，并配有实际的结构平衡检查方法。 第五章：稳定性和屈曲理论 结构稳定性分析是确保工程安全的关键环节。本章主要讨论了细长压杆在轴向压力作用下的屈曲问题。从欧拉公式的推导出发，解释了临界屈曲载荷的物理意义，并引入了考虑初始缺陷和侧向载荷的修正欧拉公式。对于更复杂的几何形状和边界条件，本书介绍了有效长度系数的概念。此外，本章还扩展至薄壁结构（如薄壁柱和板）的局部屈曲分析，引入了临界应力与几何参数的关系。本章强调了材料的非线性（如大变形、塑性屈曲）对结构稳定性的影响，但侧重于工程常用的线性屈曲分析。 第六章：动力学基础与振动初步 本章作为连接静力学和结构动力学的桥梁，介绍了系统在时间维度上的响应分析。首先定义了结构自由度和系统的质量与刚度矩阵。详细阐述了单自由度体系的自由振动和受迫振动问题，求解了系统的固有频率和阻尼比对响应的影响。重点讨论了结构在简谐荷载作用下的共振现象及其危害，并介绍了等效质量、等效刚度的概念。对于多自由度体系，本书通过拉格朗日方程导出了运动微分方程，并展示了求解特征值问题以获取系统主振型和固有频率的基本流程，为更高级的结构动力学分析打下基础。 本书特色： 1. 强调工程实践： 所有理论推导均紧密结合实际工程案例，如桥梁、高层建筑、压力容器的受力分析。 2. 计算工具融合： 在讲解理论的同时，穿插介绍了有限元分析（FEA）的基本思想，帮助读者理解软件计算结果背后的力学原理。 3. 图示清晰： 使用大量结构受力图、内力图和应力云图，直观展现复杂的力学现象。 4. 注重基本功训练： 习题设计从基础计算到复杂结构分析均有覆盖，旨在巩固读者的基本力学建模能力。 适用对象： 土木工程、机械工程、航空航天、材料科学等相关专业本科高年级学生及研究生；初入职场的结构工程师和需要系统回顾经典力学理论的工程技术人员。

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说实话，我买这本书是带着一点“挑战自我”的心态的，毕竟“控制理论”这四个字听起来就透着一股高冷的学术气息。然而，这本书的编排却出乎意料地平易近人。它并没有一上来就用晦涩的数学语言轰炸读者，反而花了大量篇幅来阐述控制系统的基本概念和工程背景。比如，作者在讲解PID控制时，不是直接给出公式，而是通过一个工厂里温度调节的实际案例，让读者理解为什么比例、积分、微分这三个参数的组合能如此有效地解决实际问题。这种“先现象，后理论”的叙事结构，极大地降低了我的心理门槛。我特别欣赏其中对“性能指标”的讨论，它清晰地界定了什么是“快”，什么是“稳”，什么是“准”，让抽象的控制目标变得量化和可衡量。书中的习题设计也非常巧妙，从基础的建模计算到复杂的性能优化，循序渐进，真正做到了“学以致用”。读完前几章，我感觉自己不仅仅是在看一本教科书，更像是在跟随一位资深的工程师进行项目实践前的理论预习，收获的不仅是知识，还有解决实际工程问题的信心。

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阅读完这本《自动控制理论》，我最大的感受是——它构建了一个极其完整的知识体系框架。我之前零散地学习过一些关于反馈控制的知识点，但总觉得不成体系，遇到复杂问题就抓瞎。这本书的优秀之处在于，它从最基础的系统描述开始，逐步引入了时域分析、频域分析，并最终汇聚到对系统性能的优化和设计上。它的覆盖面非常广，从经典的线性定常系统，到对非线性系统的初步探讨，都有涉及。我尤其喜欢它在介绍频域分析工具（如Bode图和Nyquist图）时，那种将频率响应与时域瞬态响应之间建立起清晰对应关系的论证过程。它让我明白，为什么在工程实践中，工程师们会如此依赖频率响应来评估系统的稳定性裕度。这本书的行文风格是沉稳而有力的，没有太多花哨的辞藻，每一个论断都有坚实的数学基础支撑，读起来虽然需要集中精力，但每深入一层，都能感受到对整个控制学科认识的提升。它让我意识到，控制理论远不止是简单的“输入输出”关系，它是一门研究如何通过干预手段，精确塑造事物演化轨迹的深刻科学。

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这本《自动控制理论》初读起来，感觉作者像是把我带入了一个充满逻辑和精密计算的奇妙世界。书中的每一个公式、每一个定理，都像是精心雕琢的艺术品，严谨而又充满美感。我记得最开始接触传递函数和系统的框图表示时，脑子里一片空白，但作者的讲解方式却非常具有引导性，像一位经验丰富的老师，总能用最直观的方式把抽象的概念落地。特别是对拉普拉斯变换在系统分析中的应用那一章，作者并没有停留在公式的罗列，而是深入剖析了它如何将微分方程的求解转化为代数运算的便利性，那种“拨云见日”的感觉非常令人振奋。书中对根轨迹法的阐述尤其精彩，通过一个点的移动，我们就能直观地看到系统稳定性和动态性能的变化趋势，这比单纯看波德图或者奈奎斯特图要生动得多。当然，作为一个初学者，有些高等的鲁棒控制和最优控制的内容，我还需要时间去消化，但至少目前为止，这本书为我打下的基础是极其坚实的，它不仅是知识的传授，更是一种系统思维方式的培养。阅读过程中，我时常会停下来，拿起笔在一旁演算，那种亲手构建出一个稳定系统的成就感，是阅读其他技术书籍难以比拟的。

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这本书的深度和广度都令人印象深刻，但最让我感到震撼的，是它对现代控制理论的引入和勾勒。尽管主题是“理论”，但作者并未将视角局限在传统的时域和频域分析上。清晰地引入了状态空间法，并且在有限的篇幅内，清晰地阐述了能控性和能观测性的概念，这对于理解更先进的现代控制设计至关重要。我过去一直对状态反馈和观测器设计感到模糊，但通过这本书的讲解，那种“将系统状态完全掌握”的感觉豁然开朗。作者的叙述逻辑极为严密，章节之间的衔接几乎是无缝的，上一章遗留的问题，在下一章总能找到对应的数学工具来解决。这体现了作者极高的学术素养和教学设计能力。坦率地说，这本书的难度不低，我需要反复阅读才能完全掌握诸如李雅普诺夫稳定性判据这样的高级内容，但这正说明了它内容的扎实，它不是一本“快餐式”的学习资料，而是一部值得在职业生涯中反复查阅和学习的经典著作。

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我是一个偏向于应用层面的工程师，对纯理论的兴趣相对较低，所以当我翻开这本《自动控制理论》时，内心是有些抗拒的。我更关心的是“怎么做”而不是“为什么是这样”。但这本书的独特之处在于，它成功地架起了理论与实践之间的桥梁。书中对于模型简化和参数辨识的介绍，虽然篇幅不长，却直击痛点，解决了我们在实际应用中常常遇到的“模型不精确”的问题。比如，在介绍二阶系统响应时，作者不仅展示了阻尼比对响应曲线的影响，还用图示说明了过冲量过大在实际机械臂控制中意味着什么——可能就是结构受损的风险。这种将数学量与物理后果直接关联的写法，极大地激发了我的阅读兴趣。我发现，只有真正理解了背后的数学原理，才能更灵活地调整控制器参数，而不是机械地套用标准公式。这本书的价值不在于它教了多少种控制方法，而在于它教会了读者如何用严谨的数学语言去描述和预测一个物理过程的未来状态，这对于任何涉及动态系统的工作者都是至关重要的。

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