功耗率最小与工程力学中的各类变分原理

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出版者:
作者:周筑宝,唐松花著
出品人:
页数:229
译者:
出版时间:2007-10
价格:46.00元
装帧:
isbn号码:9787030198525
丛书系列:
图书标签:
  • 功耗率原理
  • 变分原理
  • 工程力学
  • 优化设计
  • 结构力学
  • 能量方法
  • 有限元
  • 数值分析
  • 机械工程
  • 理论力学
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具体描述

第1章是全书的内容摘要,重点是介绍本书有哪些创新之处。第2章对新最小耗能原理进行了更为严谨的证明,并阐述了它在科学上的价值和意义。第3章由上述新最小耗能原理导出一个新极值原理——最小功耗原理。由于最小功耗原理不仅适用于保守系统,而且还适用于存在能量耗散项的非保守系统,因此它可作为建立各类力学变分原理的统一理论框架。以后的4、5、6、7章,分别讨论了最小功耗原理在分析力学、弹性力学、塑性力学和粘弹力学中的应用问题。结果表明,由最小功耗原理不仅可以得到上述各力学分支学科中已有的一些变分原理,而且还可以得到若干新的理论和与之相应的新变分原理。第8章对如何实现上述各类新变分原理的有限元法计算问题进行了讨论。

好的,这是一份不包含《功耗率最小与工程力学中的各类变分原理》内容的图书简介,着重于工程、数学和物理领域内的其他核心主题,内容详实,旨在展现深度和广度。 --- 图书简介:跨学科前沿探索与理论构建 书名: 《结构动力学中的非线性有限元分析与先进材料的本构关系研究》 页码范围: 约 850 页 目标读者: 结构工程、材料科学、计算力学、应用数学及相关领域的研究人员、高级工程师和研究生。 第一部分:非线性有限元方法与计算力学基础 (约 300 页) 本书的开篇部分致力于为读者构建一个坚实的现代计算力学基础,重点聚焦于处理现实工程问题中不可避免的几何非线性和材料非线性。 第一章:现代有限元法的理论基石 本章深入探讨了经典变分原理在有限元方法构建中的应用,但重点放在最小势能原理的推广及其在非线性问题中的局限性。内容涵盖单元选择、插值函数和形函数的高阶理论,特别是针对复杂几何体的协调性和连续性要求。对标准 Galerkin 方法在处理超弹性体和塑性材料时的收敛性问题进行了详尽的分析。 第二章:几何非线性分析:大变形理论 几何非线性是结构工程,特别是航空航天和土木工程中的核心挑战。本章详细阐述了Green-Lagrange 应变张量和Almansi 变形梯度的推导,以及它们在有限元离散化中的应用。重点讨论了更新的拉格朗日观(Updated Lagrangian Formulation)和全拉格朗日观(Total Lagrangian Formulation)的优劣比较,并给出了在处理屈曲和后屈曲行为时的具体实施细节。章节末尾对弧长法、残差最小化法等非线性求解策略的收敛性标准进行了严格的数学论证。 第三章:材料非线性与本构模型 材料非线性部分是结构响应预测的关键。本章从微观力学角度出发,解析了粘弹性、粘塑性现象的物理根源。在固体力学部分,详细介绍了增量塑性理论,特别是关于金属塑性的J2 流动理论和大变形塑性的处理方法。对于先进复合材料,本章引入了损伤力学的概念,包括内聚力模型 (Cohesive Zone Model, CZM) 的引入,以及如何将其有效集成到有限元框架中,以模拟层间开裂和纤维断裂。 第二部分:先进材料的本构关系与多尺度建模 (约 350 页) 本部分着眼于超越传统线弹性范畴的先进材料行为,尤其是在极端载荷和多尺度耦合作用下的响应。 第四章:复合材料与结构的多尺度分析 本章深入探讨了均质化技术在复合材料分析中的应用。详细介绍了自洽模型 (Self-Consistent Scheme)、平均场理论 (Mean-Field Homogenization),特别是 Mori-Tanaka 方法的推导和应用边界。章节侧重于如何将微观尺度的基体-增强相相互作用转化为宏观尺度的等效本构关系。随后,内容过渡到二阶均质化,以捕捉界面效应和孔隙结构对整体力学性能的影响。 第五章:热机械耦合与疲劳损伤演化 真实工程环境往往涉及温度变化和长期载荷。本章系统阐述了热传导方程与结构动力学方程的耦合求解方法,特别是针对高频热冲击和热应力松弛问题的处理。疲劳分析部分,重点研究了Miner 累积损伤理论的局限性,并详细介绍了基于应变寿命法 (Strain-Life) 和断裂韧性法 (Crack Growth) 的高周疲劳和低周疲劳预测模型。特别地,对随机载荷下的累积损伤模型的概率统计处理进行了深入探讨。 第六章:智能材料与电磁耦合效应 随着工程向智能化发展,对压电材料 (Piezoelectrics) 和磁弹性材料 (Magnetoelasticity) 的研究变得至关重要。本章构建了耦合电场-应力-应变的本构方程,并推导了相应的广义应变能密度函数。内容包括如何将这些效应集成到有限元模型中,例如在传感器和执行器的设计中的应用。对磁畴演化如何影响材料宏观力学性能的理论基础进行了细致的剖析。 第三部分:动力学响应与控制策略 (约 200 页) 本部分的焦点在于时间相关的响应分析,特别是针对复杂系统的时间积分和振动控制。 第七章:结构动力学的时域积分方法 本章详细比较了新近积分器 (Newmark-Beta)、中心差分法和隐式积分方法在解决非线性瞬态问题时的稳定性和精度。重点分析了时间步长的选择对能量守恒的影响,特别是在模拟冲击和爆炸载荷时的数值振荡问题。针对大规模结构,本章还介绍了模态叠加法的限制,并提出了在非线性系统中使用精确积分方法的必要性与实现路径。 第八章:振动控制与主动/被动系统设计 本章聚焦于如何利用工程原理优化系统的动力学行为。被动控制方面,深入研究了调谐质量阻尼器 (TMD) 的优化设计原理,特别是针对多频激励和空间结构的性能增强。主动控制部分,本章阐述了线性二次调节器 (LQR) 理论在主动质量阻尼 (AMD) 系统中的应用,并讨论了智能流体阻尼器 (MR Damper) 的非线性特性对控制效果的影响。 --- 总结: 本书旨在提供一套全面、深入且高度工程化的理论和计算工具箱,涵盖了从材料本构的微观基础到结构整体响应的宏观模拟,以及对复杂动力学行为的有效控制。内容高度依赖于张量分析、偏微分方程和数值方法,是理解和解决现代复杂工程挑战的必备参考。

作者简介

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读后感

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用户评价

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坦率地说,这本书的阅读门槛不低,它对读者的**数学基础**有着相当高的要求。对于习惯了线性代数和微积分基础的本科生来说,突然面对泛函和变分法的严密推导,可能会感到有些不适。然而,一旦跨过这个初期的“心理障碍期”,你会发现其内部逻辑是何等的**自洽和优美**。我特别留意了其中关于**非保守系统**处理的章节。作者并没有回避引入耗散函数和广义力,而是提供了一套基于相对论思想的、更为普适的变分框架来描述这些复杂过程。这种敢于挑战传统教科书框架的勇气,使得本书的学术价值远超一般教材。我甚至觉得,这本书更像是一部深入的**学术专论**,而非面向大众读者的科普读物。它迫使我重新审视自己过去在处理复杂机械系统时的直觉判断,让我明白了许多“经验法则”背后的**深刻原理**。

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这本厚重的著作,甫一捧读,便给人一种沉甸甸的学术气息。书中的结构安排极为精巧,从最基础的能量概念入手,层层递进,直至探讨到宏大复杂的系统优化问题。我尤其欣赏作者在阐述**经典力学**部分时所展现出的深刻洞察力。它绝非对教科书内容的简单重复,而是注入了作者多年研究的心血。例如,在处理拉格朗日方程和哈密顿原理时,作者巧妙地引入了一些现代控制论的视角,使得原本抽象的数学表达变得更具物理直观性。尽管书中涉及大量高等数学工具,如泛函分析和张量分析,但作者总能通过精心设计的**实例**加以印证,使得读者在攻克技术难点的同时,不至于迷失在纯符号运算的迷宫中。这种平衡处理,对于希望从理论深度上提升自己,而非仅仅停留在工程应用层面的读者来说,无疑是一大福音。阅读过程中,我时常需要停下来,对照着自己曾经学习过的相关教材,细细品味其中蕴含的微妙区别和拓展之处。这本书,更像是一位经验丰富的导师,引领我们穿越学科的边界,去审视力学世界的内在统一性。

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我是在一个偶然的机会下接触到这本书的,当时我正在为一个涉及**结构优化**的实际项目寻找更坚实的理论支撑。市面上很多偏应用的书籍,往往在原理的推导上过于草率,直接跳到了公式的应用。然而,这本书的价值恰恰在于其对“原理”的**溯源**和**阐释**。作者似乎对“最小作用量”这一核心概念有着近乎痴迷的探索欲,他没有满足于将变分原理视为一种解题技巧,而是深入挖掘了它在物理世界中的哲学意涵。我特别喜欢其中关于**最小势能原理**与**稳定性分析**结合的部分。在处理非线性边界条件时,作者展示了一种极为严谨的数学规范,这对于我后续的数值模拟工作打下了极其可靠的基础。虽然阅读过程偶尔会感到吃力,需要反复查阅一些基础的数学背景知识,但这正说明了其内容的**密度**和**深度**。它要求读者不仅是“会用”,更要“懂得为什么是这样”。合上书本时,感觉像是完成了一次高强度的智力训练,心灵得到了极大的充实。

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读完此书,最大的感受是知识结构的**系统性重塑**。它清晰地勾勒出了一条从**最小作用量原理**到具体**结构响应**的完整逻辑链条。书中对于如何构建**合适的泛函**来精确描述物理过程的讨论,是其精华所在。例如,在描述粘弹性材料的应力松弛现象时,作者构建的那个复杂的泛函,将时间依赖性、几何非线性和本构关系完美地统一在一个数学表达式之下,这种**高度的概括能力**令人叹服。此外,书中对某些经典变分问题的**数值稳定性**讨论也极为深刻,提示了理论模型在实际工程应用中可能遇到的陷阱。这本书的价值在于,它提供的不仅是“解题公式”,更是一种**思维范式**——一种用能量和作用量来审视和优化世界万物运行规律的强大工具。它让我的工程直觉,被更坚实、更具普适性的理论骨架所支撑起来,获得了前所未有的信心。

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这本书最让我感到耳目一新的是它对传统学科藩篱的**跨越**与**融合**。它并非孤立地讨论工程力学,而是将诸多貌似不相干的领域——比如经典的**弹性力学**、现代的**最优控制**以及一些模糊的**信息熵概念**——巧妙地编织在一起。我关注的焦点集中在它如何运用变分方法来解决**动态系统的能耗最小化**问题。书中对不同约束条件下的拉格朗日乘子法的运用进行了细致入微的剖析,每一个步骤的逻辑衔接都天衣无缝,体现出作者极高的数学素养。这种处理方式,极大地拓宽了我对“力学”二字的理解范畴。它让我意识到,工程设计中的效率追求,本质上是对自然界中潜在的“优化路径”的一种模仿和利用。对于那些渴望在理论前沿探索,希望将力学思维应用于更广泛工程创新领域的工程师和研究生而言,这本书无疑是一份**不可或缺的导航图**。

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