具体描述
本书始于上世纪八十年代历经工程实践，是在创新的框架下对大型机械与结构动力学理论方法和经验的总结。前三章是论述近代计算方法的理论基础各类变分原理，导出了离散系统的格式，并应用于上世纪建立的、从固体力学和刚体动力学发展起来有限元法和多体元法，并和第五章结合成为大型机械与结构动力学最有效的建模方法。本书打开了以往多体元法和有限元分属两个学科的局面，并有更宽广的应用前景。本书内容学科上以时不变确定性线性振动为基础，扩展到时变、随机、非线性。以计算机高速发展为契机，国民经济和国防建设中大型工程的推动，在实践中总结计算技术方法的现代理论，结合实践的经验，研制软件广为各工程动力设计研究单位应用。全书安排自成体系，但各章几乎是独立的专题,以满足各自独特研究需要，可以说从国内外出版的书籍中尚无先例可循。
作者简介
郑兆昌，生于1933年，江苏常熟人，机械振动与结构动力学专家。1952年任清华大学助教，1957年被选送至工程力学研究班学习，1958～1960年在上海机电设计研究院任室副主任并主管火箭控制研究，1960年任清华大学讲师，1984年任固体力学教授、博士生导师。围绕国民经济发展和国防建设急需的大型工程设计，创导从工程经验设计转向以动力学理论为指导的动力设计。从工程实际中提炼出大量动力学问题，在远落后于国外的计算条件下，建立了动力子结构模态减缩建模、设计分析的系统理论方法，成功为国内大型复杂机械、结构系统研制了各类专用动力设计、分析、验证的实用软件，这些软件达到国际先进水平，打破了国外垄断并具有自主知识产权。长期从事教学与研究，“固体力学重点学科建设和高水平博士生规模培养”获1993年普通高校优秀教学成果奖特等奖（第五名，黄克智、郑兆昌为学术带头人）。获国家教育委员会及其他部委等科技进步奖等九项（二等奖四项）。主编《机械振动》上册（获机械类优秀教材一等奖）、中册。曾任中国振动工程学会副理事长（第1～4届）、全国非线性振动学会副会长（第1～4届）、全国模态分析与试验学会副会长（第1届）、美国机械工程师协会（ASME）海洋工程力学和极区工程（OMAE）分组成员、国际海洋工程和极区工程协会（IS（1）PE）会员及技术委员、《振动工程学报》副主编（第1～4届）、《振动与冲击》副主编（第2～5届）。现任中国振动工程学会顾问以及《应用力学学报》编委。历任亚太振动学术会议（APVC）第1～13届指导委员会中方委员。1994年在清华大学主持召开国际振动会议，为国内青年学者提供了国际交流平台，1985～2009年先后到英国、美国、俄罗斯、法国、日本、德国、意大利、印度、新西兰等18个国家70多所院校、研究所访问，进行国际合作研究以及学术交流。在国际会议上做过近百次学术讲演，多次被邀做大会主题报告。主持完成国家自然科学基金重大项目4项，完成863计划、973计划、国家攀登计划、国家科技攻关等项目50余项。设计的60余个通道由五台计算机联网实现高度数字化，完成了旋转机械在线监测诊断系统并安装到武汉钢铁公司冷轧厂。领导研制的相应专用软件已成为中国大型机械／结构动力分析设计的有力工具。
目录信息
第1章连续体动力学变分原理
1.1线性弹性动力学基本方程
1.2Hamilton势能型变分原理
1.2.1势能型变分原理的提法
1.2.2势能型变分原理的证明
1.2.3基于势能型变分原理的近似方法
1.3Toupin余能型变分原理
1.4Hillinger—Reissner双自变函数变分原理
1.4.1基于势能型变分原理
1.4.2基于余能型变分原理
1.5Hu—Washizu广义变分原理
1.5.1基于势能型变分原理
1.5.2基于余能型变分原理
1.6势能型分区变分原理
1.6.1连续弹性体分区变分原理
1.6.2离散系统分区变分原理
1.6.3坐标变换
1.6.4界面位移连续条件和对接力协调条件
1.7Gurtin卷积分变分原理
1.7.1卷积及其在线弹性动力学基本方程中的表达
1.7.2卷积型势能变分原理
1.7.3卷积型Hu—Washizu广义变分原理
1.8非线性连续体动力学变分原理
1.8.1非线性动力学方程及其泛函驻值原理
1.8.2非线性弹性动力学分区混合杂交变分原理
参考文献
第2章计算动力学有限元法
2.1气柱振动的有限元法
2.1.1一维流体振（脉）动的波动方程
2.1.2传递矩阵法
2.1.3气柱振动与杆纵向振动的比拟
2.1.4一维流体有限元法
2.1.5管道内流体固有频率的计算
2.1.6管道内流体的响应分析
2.1.7管道结构系统的响应
2.2空间杆件几何非线性有限元法
2.2.1Euler—Bernnouli梁
2.2.2Timoshenko梁计及转动惯性
2.3板壳超参有限元法
2.3.1基本假设和几何形状的描述
2.3.2坐标系和转换关系
2.3.3位移矢量的转换关系
2.3.4应变与位移的几何关系
2.3.5各向同性和各向异性的弹性体本构关系
2.3.6单元刚度矩阵和质量矩阵
2.3.7数值积分方案
2.3.8运动方程的建立
2.4圆柱壳振动的模态分析
2.4.1圆柱壳的三维模态描述方法
2.4.2圆柱壳的固有频率和主模态
2.5几何非线性旋转圆柱壳振动特性
2.5.1大变形几何非线性基本理论
2.5.2旋转壳动力学方程
2.5.3算例及计算结果分析
2.5.4应力计算
2.6复合材料板壳振动特性分析
2.6.1层合圆柱壳的振动特性分析
2.6.2层合矩形板大幅自由振动非线性响应分析
参考文献
第3章计算多体系统动力学导引
3.1分析力学择要
3.1.1D’Alembert—Lagrange—原理
3.1.2第一类和第二类Lagrange方程
3.1.3Lagrange方程应用举例
3.2刚体和柔性体的运动描述及动力学建模
3.2.1刚体运动学及动能表达式
3.2.2柔性体绝对节点坐标有限元法简介
3.3柔性体的约束处理
3.3.1柔性体与刚体之间的约束
3.3.2单元与单元间的约束
3.4基于单元的柔性体接触碰撞建模
3.4.1几何检测体的定义
3.4.2单元中的几何检测体
3.4.3碰撞力的计算
3.5多体系统动力学方程及数值积分简介
3.5.1多体系统动力学微分—代数方程的一般形式
3.5.2刚性积分器及求解微分—代数方程的基本过程
3.5.3多体系统的平衡位置及其附近的微振动方程
3.6多体动力学算例及工程应用
3.6.1考核算例
3.6.2碰撞仿真
3.6.3工程应用实例
参考文献
第4章大型矩阵本征值问题
4.1常微分方程和本征值问题
4.1.1常微分方程
4.1.2标准本征值和广义本征值
4.1.3状态空间本征值
4.2子空间迭代法
4.2.1子空间迭代法的原理
4.2.2子空间迭代法的求解过程
4.2.3方法收敛性证明
4.2.4子空间迭代法的改进
4.3对称实矩阵本征值问题的Lanczos算法
4.3.1Lanczos法递推步骤
4.3.2方法的理论基础
4.3.3算法的失效及防止
4.3.4广义本征值问题
4.3.5Ritz矢量（WYD）法
4.4非对称实矩阵本征值问题的Arnoldi算法
4.4.1Amoldi算法的计算步骤
4.4.2Arnoldi算法的原理
4.4.3具有非对称阻尼系统复本征值分析
4.5陀螺本征值问题
4.5.1陀螺本征值问题
4.5.2陀螺本征值的减缩算法
4.6非经典线性系统的本征值问题和动态响应分析
4.6.1本征值问题
4.6.2动力响应分析
参考文献
第5章非保守非对称系统复模态理论
5.1非经典阻尼系统状态空间方程
5.1.1位形空间与状态空间方程的转换
5.1.2复模态矩阵及本征矩阵
5.1.3正交条件及解耦方程
5.1.4系统响应的求解
5.2系统的固有振动
5.2.1自由振动响应
5.2.2主振动性质
5.3位形空间方程及其解
5.4复模态理论与实模态理论的统一
5.4.1复模态退化为实模态情况之一
5.4.2复模态退化为实模态情况之二
参考文献
第6章模态分析综合的动力子结构方法
6.1基本概念
6.1.1动力子结构方法流程
6.1.2实施步骤
6.1.3物理坐标和模态坐标
6.1.4模态集
6.1.5部件运动方程
6.2减缩自由度的初等方法
6.2.1静力减缩
6.2.2质量减缩
6.3固定界面法
6.3.1传统固定界面法
6.3.2修改固定界面法
6.4自由界面法
6.4.1Hurty自由界面法
6.4.2Hou自由界面主模态法
6.5修改自由界面法
6.6弱耦合结构系统
6.6.1弱耦合系统部件的连接件
6.6.2车辆系统
6.6.3多轴转子—轴承系统的陀螺模态综合
6.6.4旋转机械机组转子—基础—土壤系统模态综合分析
6.6.5汽轮发电机组转子—基础—土壤系统动力分析
6.7主副动力子结构法
6.8混合动力子结构法
6.8.1混合动力子结构法的原理
6.8.2完备的模态转换
6.9自由—自由柔性空间结构动力分析方法
参考文献
索引
· · · · · · (收起)
读后感
用户评价
关于高级主题如随机振动理论的部分，这本书的处理方式显得尤为成熟和审慎。很多教材在涉及随机性时，往往会草草带过，或者只是罗列公式。然而，这本著作却花了大量的篇幅去讨论如何选择合适的概率密度函数来模拟实际环境中的随机激励，比如风荷载或地震波的特性。作者对高斯白噪声和布朗运动的物理意义进行了深入浅出的剖析，并详细对比了谱密度函数方法与蒙特卡洛模拟方法的优劣及其适用范围。这种既有深度又有广度的探讨，使得即便是对概率论有一定基础的读者，也能从中获得关于结构安全评估的新视角。它提供的不只是计算方法，更是一种严谨的、考虑不确定性的工程思维框架。
我深入研究了关于“非线性系统响应”的那几个章节后，不得不承认，作者在处理复杂数学工具的引入上展现了极高的驾驭能力。他并没有回避那些涉及高阶微分方程和庞大数值计算的部分，而是巧妙地构建了一个循序渐进的框架。每当引入一个看似难以捉摸的新概念时，作者总会立刻提供一个非常贴合实际工程背景的实例进行佐证。例如，在介绍庞加莱截面法时，他并没有仅仅停留在相图的绘制上，而是将其与实际的机械摩擦阻尼系统联系起来，分析了系统如何从周期运动逐渐过渡到混沌状态的过程。这种理论与实践的紧密耦合，使得我在进行自己的课题研究时，能够迅速找到对应的数学工具进行应用。这本书的好处就在于，它不仅告诉你“是什么”，更重要的是告诉你“如何用”，而且是用最前沿、最高效的方法。
这本书的排版和图表质量简直是教科书级别的典范。我特别留意了书中关于有限元法（FEM）应用于动力学问题的那部分内容。通常，这个主题的插图很容易变得拥挤不堪，但在这里，每一个单元划分、每一个载荷施加点，都被清晰地用不同层次的颜色和粗细的线条区分开来。更令人称赞的是，书中大量的时域响应曲线图都配有详细的参数说明，读者可以清楚地追踪不同阻尼比或不同激励频率是如何影响系统最终稳定性的。这种对细节的极致追求，极大地减少了读者在对照文字和图形时产生歧义的可能性。可以说，光是这些精心制作的图表，就值回票价了，它们是理解那些复杂时间序列行为最直观的“翻译官”。
初读绪论部分，作者的叙事方式着实让人耳目一新。与许多直接切入公式推导的教材不同，这本书似乎花了大量的篇幅去“讲故事”。它没有直接抛出复杂的拉格朗日方程，而是先从历史上那些标志性的结构失效案例入手，比如宏伟桥梁的颤抖，或是精密仪器在运行中的微小失稳，以此来烘托出研究动力学问题的紧迫性和重要性。这种“问题导向”的教学法，极大地激发了我继续阅读的动力。特别是作者在探讨“模态分析”的必要性时，他没有用枯燥的术语去定义，而是生动地描述了如何通过识别系统的固有频率来避免灾难性的共振，仿佛一位经验丰富的工程师在耳边细语，分享着他多年实践中总结出的“避坑指南”。这种娓娓道来的讲解方式，让原本高高在上的理论显得触手可及，极大地降低了入门的心理门槛。
这本书的封面设计给我留下了非常深刻的印象。它采用了一种极具现代感的冷色调组合，深邃的蓝色与冷静的灰色交织在一起，中间夹杂着一些简洁而有力的几何线条。这些线条并非随意堆砌，而是仿佛在暗示着某种复杂的数学模型或物理结构，看起来既专业又充满了科技的神秘感。当我拿起它时，厚实的纸张和精良的装帧质量立刻传达出一种“干货满满”的信号，这对于需要长期翻阅和钻研的理工科教材来说至关重要。我特别欣赏的是，封面上方印着一个非常精致的动态仿真图的简化版，虽然看不出具体是什么复杂的振动现象，但那种视觉上的“运动感”和“受力感”已经足够吸引人了，让人忍不住想立刻翻开内页，看看里面是如何将这些抽象的理论可视化呈现出来的。这本书的整体视觉语言非常成功，它在众多工程力学类书籍中脱颖而出，没有那种陈旧的刻板印象，反而充满了对前沿研究的敬意与期待。
