Introduction to Computational Earthquake Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Hori, Muneo

出品人:

页数:330

译者:

出版时间:

价格:$ 141.25

装帧:HRD

isbn号码:9781860946202

丛书系列:

图书标签:

• 地震工程
• 计算方法
• 数值分析
• 结构动力学
• 有限元
• 地震风险评估
• MATLAB
• Python
• 工程应用
• 地震损伤评估

现代土木工程中的数值模拟与结构优化 内容提要 本书系统梳理了土木工程领域中，特别是结构工程和岩土工程交叉领域内，现代数值模拟方法、先进材料的本构关系构建、以及结构优化设计的前沿理论与应用实践。全书聚焦于如何利用高性能计算平台，解决传统分析方法难以处理的复杂非线性问题，并深入探讨了如何将仿真结果转化为实际工程的可靠设计方案。 第一章：土木工程中的计算力学基础回顾与展望 本章首先对经典有限元方法（FEM）在结构分析中的基本框架进行回顾，重点阐述位移法、力和位移混合法的选择依据与适用范围。随后，着重讨论了在处理大变形、接触、以及材料非线性问题时，传统隐式求解器面临的挑战，并引入了显式积分法在瞬态冲击和破坏模拟中的应用潜力。章节末尾，将讨论基于点的有限元方法（P-FEM）和无网格方法（如光滑粒子动力学SPH）在模拟材料破碎和流固耦合问题中的优势，为后续的复杂本构模型建立奠定理论基础。 第二章：先进材料的非线性本构模型构建 现代工程结构越来越多地采用高性能混凝土、钢-复合材料以及地基土体等复杂介质。本章将深入探讨这些材料的非线性本构关系。 混凝土的损伤塑性模型： 详细介绍基于内聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）和岩土工程中常用的Modified Cam-Clay (MCC) 模型在混凝土损伤演化中的应用。重点阐述如何通过实验数据校准模型参数，特别是残余强度和应变软化系数的确定。 钢材的弹塑性与疲劳分析： 讨论先进的率相关粘塑性模型（如Johnson-Cook模型在高速冲击中的应用），并详细解析疲劳裂纹扩展的Paris定律及其在寿命预测中的修正形式，强调应力强度因子对裂纹萌生的控制作用。 地基土体的本构描述： 针对砂土、粘土、以及海洋软土地基，对比描述临界状态土体力学（CSM）与基于应力路径的广义塑性理论。重点分析土体孔隙水压力耦合效应在动力响应中的影响机制。 第三章：几何非线性和接触分析的高级技术 真实工程问题往往涉及几何尺寸的显著变化（如高层结构的侧向屈曲）和复杂的构件间相互作用。 屈曲与稳定性分析： 系统梳理线性屈曲分析（Eigenvalue analysis）的局限性，详细介绍后屈曲分析（Post-Buckling Analysis）的数值实现，包括弧长法（Arc-Length Method）和修正牛顿法在追踪平衡路径上的应用。 多体接触问题求解： 深入探讨接触算法的类型，包括罚函数法、增广拉格朗日法等。着重分析在大型结构装配或断裂模拟中，接触面非光滑区域（如尖角或微小间隙）的收敛性问题，并介绍基于接触区域迭代收敛的优化策略。 第四章：流固耦合与动力学响应分析 本章关注结构与外部环境（流体、地震荷载）相互作用的动态模拟。 流固耦合（FSI）的数值方法： 介绍两种主要耦合策略：单向耦合（结构响应影响流体，如风洞试验模拟）和双向耦合（流体压力驱动结构运动，如水工结构）。重点分析欧拉-拉格朗日混合框架在处理自由液面运动时的数值稳定性。 地震工程中的非线性动力分析： 超越线性的反应谱分析，本章侧重于时程分析（Time History Analysis）中非线性性能化评估。详细讨论如何将地震动输入模型化为地面运动记录或基于场模拟的地震波，并结合材料的塑性变形评估结构的抗倒塌能力（Collapse Prevention Level）。 第五章：结构优化与性能化设计 数值模拟的最终目标是指导更安全、更经济的设计。本章将模拟结果与优化算法相结合。 拓扑优化与形状优化： 介绍基于密度法（SIMP）的拓扑优化原理，用于确定最佳的材料分布以满足特定刚度或频率要求。讨论在加入制造约束（如最小特征尺寸）后的优化过程。 性能化工程设计（Performance-Based Engineering）： 探讨如何利用多次非线性动态分析（Incremental Dynamic Analysis, IDA）来量化结构在不同损伤状态下的概率性能指标（如生存概率、功能恢复时间）。本书提供了一套完整的后处理流程，将复杂的应力-应变数据转化为可供工程师决策的性能指标。 第六章：高性能计算与前沿计算范式 为应对大型工程问题的计算需求，本章探讨了高效的求解器和新型计算模式。 并行计算与内存管理： 分析有限元矩阵的稀疏特性，介绍域分解法（Domain Decomposition Methods）在MPI环境下的实现，并讨论如何在多核CPU和GPU加速架构上优化隐式求解器的矩阵求逆效率。 基于数据的模型降阶（Model Order Reduction, MOR）： 针对需要进行大量重复计算的参数化研究或实时控制应用，本章介绍如何通过主成分分析（PCA）或Proper Orthogonal Decomposition (POD) 快速构建低维度的动力学模型，显著提高模拟效率而不损失关键物理信息。 本书面向土木工程、结构工程、岩土工程、以及计算力学领域的研究人员、高级工程师和研究生。通过对理论的深入剖析和对复杂工程实例的模拟演示，读者将能够熟练掌握利用现代计算工具解决前沿工程挑战的能力。

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