The Linearized Theory of Elasticity

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出版者:Birkhäuser
作者:William S. Slaughter
出品人:
页数:543
译者:
出版时间:2002-1-1
价格:USD 89.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780817641177
丛书系列:
图书标签:
  • 弹性理论
  • 线性弹性力学
  • 连续介质力学
  • 固体力学
  • 材料力学
  • 工程力学
  • 数学物理
  • 结构力学
  • 有限元分析
  • 张量分析
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具体描述

The linearized theory of elasticity has long played an important role in engineering analysis. From the cast-iron and steel truss bridges of the eighteenth century to the international Space station, engineers have used the linearized theory of elasticity to help guide them in making design decisions effecting the strength, stiffness, weight, and cost of structures and components. "The Linearized Theory of Elasticity" is a modern treatment of the linearized theory of elasticity, presented as a specialization of the general theory of continuum mechanics. It includes a comprehensive introduction to tensor analysis, a rigorous development of the governing field equations with an emphasis on recognizing the assumptions and approximations inherent in the linearized theory, specification of boundary conditions, and a survey of solution methods for important classes of problems. It covers two- and three-dimensional problems, torsion of noncircular cylinders, variational methods, and complex variable methods. The mathematical framework behind the theory is developed in detail, with the assumptions behind the eventual linearization made clear, so that the reader will be adequately prepared for further studies in continuum mechanics, nonlinear elasticity, inelasticity, fracture mechanics, and/or finite elements. Prior to linearization, configurations and general (finite deformation) measures of strain and stress are discussed. A modern treatment of the theory of tensors and tensor calculus is used. General curvilinear coordinates are described in an appendix. An extensive treatment of important solutions and solution methods, including the use of potentials, variational methods, and complex variable methods, follows the development of the linearized theory. Special topics include antiplane strain, plane strain/stress, torsion of noncircular cylinders, and energy minimization principles. Solutions for dislocations, inclusions, and crack-tip stress fields are discussed. Development of the skills and physical insight necessary for solving problems is emphasized. In presenting solutions to problems, attention is focused on the line of reasoning behind the solution. This book can be used without a prerequisite course in continuum mechanics. It includes over one hundred problems. It maintains a clear connection between linearized elasticity and the general theory of continuum mechanics. It introduces theory in the broader context of continuum mechanics prior to linearization, providing a strong foundation for further studies. It promotes the development of the skills and physical intuition necessary for deriving analytic solutions. It provides readers with tools necessary to solve original problems through extensive coverage of solution methods. The book is ideal for a broad audience including graduate students, professionals, and researchers in the field of solid mechanics. This new text/reference is an excellent resource designed to introduce students in mechanical or civil engineering to the linearized theory of elasticity.

好的,这是一本关于弹性理论的著作简介,内容与您提到的《The Linearized Theory of Elasticity》无关,专注于更广阔的领域和不同侧重点: --- 《非线性动力学与结构稳定性分析:从连续介质力学到复杂系统》 书籍简介 本书深入探讨了现代结构工程、材料科学和应用力学领域中至关重要的一个分支——非线性动力学与结构稳定性分析。在全球工程实践中,传统线性弹性理论在处理大变形、高应变率、复杂材料行为以及系统失稳临界点时往往显得力不从心。本书旨在提供一套全面、严谨且具有高度实践指导意义的理论框架,以应对这些挑战。 核心内容与结构 全书共分为六大部分,层层递进,从基本的连续介质力学基础出发,逐步过渡到复杂的非线性动力学建模和实际工程失稳预测。 第一部分:连续介质力学基础与本构关系的重审 本部分首先对经典的 Cauchy 连续介质力学进行了回顾,但重点在于建立适用于描述材料大变形的现代描述体系。我们详细讨论了 Lagrange-Green 应变张量、Almansi 应变张量以及 Piotr-Kirchhoff 应力张量等描述工具。核心内容聚焦于非线性本构关系的构建,包括: 1. 超弹性材料模型: 详述了 Mooney-Rivlin、Neo-Hookean 和 Ogden 模型在描述橡胶、聚合物等高分子材料下的应力-应变关系,并讨论了其在有限元方法中的数值实现。 2. 粘塑性与粘弹性: 针对金属在高速冲击或高温环境下的行为,系统介绍了 Perzyna 模型和 Maxwell/Kelvin-Voigt 模型的推广,特别关注了时间依赖性对动态响应的影响。 3. 损伤力学与断裂判据: 引入了基于能量释放率的 Cohesive Zone Model (CZM) 概念,用于模拟裂纹的萌生与扩展,以及 Lemaitre 应变中性面理论在损伤演化中的应用。 第二部分:几何非线性与稳定性理论 几何非线性是结构失稳分析的基石。本部分侧重于将几何非线性引入到平衡方程中,构建基于位移的非线性控制方程。 1. 小但非忽略的曲率效应: 探讨了在使用 von Kármán 假设时,如何精确捕捉薄板和薄壳结构中的几何刚度效应。 2. 屈曲分析的深化: 区别于线性屈曲分析(欧拉公式),本书重点阐述了非线性屈曲路径(Limit Point 和 Pitchfork Bifurcation)的确定方法。讨论了奇异点理论在识别临界载荷点中的应用。 3. 后屈曲分析 (Post-Buckling): 介绍了如 Arc-Length 方法(如 Riks 算法)在追踪承载能力下降阶段的结构响应,确保分析能准确穿过鞍点。 第三部分:非线性动力学建模与时间积分 本部分将稳定性分析的成果扩展到时间域,处理具有显著非线性和阻尼的系统。 1. 非线性振动方程的建立: 基于第一、二部分的本构关系和几何描述,推导出包含二次和三次非线性项的运动微分方程。 2. 时间积分方案的比较: 详细评估了常用的隐式(如 Newmark-Beta 法的非线性扩展)和显式积分方法(如 Central Difference 法)。特别强调了稳定性与精度的权衡,以及在处理冲击载荷时选择合适的刚度矩阵更新策略的重要性。 3. 模态分析的局限性: 论述了在线性系统之外,特征值方法在非线性系统中的应用局限性,并介绍了随机子空间辨识法在复杂非线性结构模态参数辨识中的应用前景。 第四部分:复杂载荷作用下的瞬态响应 本部分专门针对冲击、爆炸和高速碰撞等极高应变率载荷场景。 1. 材料的速率依赖性: 重点分析 Johnson-Cook 模型等经验模型在模拟穿透和破碎过程中的适用性,以及泰勒冲击波理论在杆件中的应用。 2. 接触与碰撞算法: 详尽介绍了处理结构间非光滑接触的数值技术,包括罚函数法、增广拉格朗日法,以及在显式动力学中如何有效处理穿透约束。 3. 能量平衡与沙漏控制: 在使用低阶单元(如四面体或六面体单元)进行大变形分析时,对非物理的体积锁定现象(Hourglassing)的识别与抑制方法进行了深入探讨。 第五部分:结构稳定性理论的高级主题 本部分深入研究了导致结构突然失效的更深层次的理论机制。 1. 静力学不稳定性: 对完美结构与初始缺陷结构的响应差异进行了对比分析,引入了二次曲面屈曲理论来评估缺陷对临界载荷的敏感性。 2. 滚动接触稳定性: 针对轨道交通和机械传动系统,分析了Hertz 接触区域的非线性演化及其与临界旋转速度的关系。 3. 参数化分析与不确定性量化: 如何将非线性模型与概率方法(如蒙特卡洛模拟)结合,以量化材料参数或载荷波动对结构失效概率的影响。 第六部分:数值实现与工程案例 本部分将理论与实际工程问题紧密结合,通过具体的数值案例展示求解器的构建思路。 1. 非线性求解器的迭代策略: 详细讲解了 Newton-Raphson 法及其修正形式(如 Line Search 或 Trust Region 方法)在收敛性保证上的关键点。 2. 软件架构考量: 讨论了在高性能计算 (HPC) 环境下,如何并行化处理大规模非线性有限元模型,例如子域分解技术在求解器中的应用。 3. 案例研究: 包含复合材料层压板的冲击响应分析、大型桥梁在强风作用下的非线性颤振模拟,以及深水管道的屈曲和失稳评估。 本书的特点 本书的受众是具有扎实固体力学背景的高级本科生、研究生以及从事高级结构分析和材料研发的工程师。它不满足于提供线性化的解决方案,而是致力于为读者提供驾驭和解决复杂工程挑战所需的非线性思维工具和计算技巧。阅读本书后,读者将能够独立建立和求解具有实际意义的非线性结构动力学问题,并对工程系统失稳的物理机制有深刻的理解。 ---

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