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出版者:Jones and Bartlett Publishers

作者:N. Bali

出品人:

页数:1606

译者:

出版时间:2006-12-01

价格:USD 83.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780977858248

丛书系列:

图书标签:

• 待处理
• 工程数学
• 高等数学
• 数学物理
• 数值分析
• 微分方程
• 线性代数
• 复变函数
• 概率统计
• 数学建模
• 应用数学

现代土木工程基础：结构力学与材料科学新进展 图书简介 本书旨在为土木工程、结构工程及相关领域的学生和专业人士提供一个全面且深入的现代工程力学与材料科学基础知识体系。它超越了传统教材对基本原理的罗列，着重于将理论分析方法与当前工程实践中的复杂问题紧密结合，尤其关注高性能材料的应用、先进计算方法的引入以及结构抗震、耐久性等前沿课题。 全书共分为四大核心板块，每一部分都力求内容的深度、广度与实用性的完美平衡。 第一部分：连续介质力学与应力分析的深化（Foundations of Continuum Mechanics and Advanced Stress Analysis） 本部分对经典弹性力学和塑性力学进行了系统性的提升和扩展，为处理复杂应力状态下的结构行为奠定坚实基础。 1. 连续介质的数学表述： 引入张量分析的严谨框架，详细阐述应力张量、应变张量及其本构关系。区别于仅关注二维平面问题的传统方法，本书采用三维坐标系下的全量化描述，重点解析应力集中、断裂力学中的奇点效应。 2. 广义本构关系与材料非线性： 深入探讨线弹性模型之外的粘弹性、粘塑性行为。特别关注高分子材料、岩土体在不同时间尺度下的应力松弛与蠕变现象。详细介绍了莫尔-库仑准则（Mohr-Coulomb Criterion）和德鲁克-普拉格准则（Drucker-Prager Criterion）在描述材料屈服面上的适用性差异及工程修正。 3. 板壳理论的修正与应用： 不满足于欧拉-伯努利梁理论，本书重点剖析蒂莫申科梁理论（Timoshenko Beam Theory）中剪切变形的影响，并将其扩展至薄壁构件的屈曲分析。对于复杂的曲面结构，如压力容器和穹顶，详细推导了薄壳理论（Thin Shell Theory）的几何非线性修正项，并结合有限元预处理，模拟施工过程中的内力重分布。 4. 疲劳与断裂力学： 系统的介绍了Paris-Erdogan 湿疲劳模型（Paris-Erdogan Crack Propagation Law），并结合应力强度因子 ($K_I, K_{II}, K_{III}$) 分析裂纹的萌生与扩展。内容涵盖了断裂韧度测试方法（如SEVNB试样）和损伤容限设计（Damage Tolerance Design）理念在航空航天与桥梁结构中的应用。 第二部分：结构动力学与振动控制（Structural Dynamics and Vibration Control） 本部分着眼于工程结构在时变载荷下的响应分析，特别是地震工程与风工程中的核心技术。 1. 单自由度与多自由度系统： 从经典的自由振动和受迫振动（简谐激励）出发，深入探讨模态分析（Modal Analysis）的物理意义及其在识别结构健康状况中的作用。特别强调模态叠加法（Modal Superposition Method）在计算地震响应中的准确性和效率。 2. 随机振动理论： 引入概率论方法，将地震动和风荷载视为随机过程。详细讲解功率谱密度函数（Power Spectral Density, PSD）的构建，并应用白噪声激励模型分析结构在不确定环境下的稳态和暂态响应，如峰值因子和均方根值的计算。 3. 结构振动控制技术： 详细阐述了被动控制（Passive Control）、主动控制（Active Control）和半主动控制（Semi-Active Control）三种主流技术。对粘滞阻尼器、屈服连接器（Yielding Linkage）的设计参数选择进行量化分析，并引入最优控制理论（如LQR控制）在主动质量阻尼器（AMD）中的应用实例。 4. 抗震设计前沿： 全面覆盖性能化设计（Performance-Based Seismic Design, PBSD）的思想，从易损性评估到目标性能水平的量化指标（如PML, OEL）。内容包括隔震技术（Base Isolation）的动力传递机制以及消能支撑（Energy Dissipation Braces）的非线性滞回性能模拟。 第三部分：高性能结构材料与耐久性（High-Performance Materials and Durability） 本部分聚焦于新型工程材料的力学特性、制造工艺及其长期环境适应性。 1. 先进混凝土技术： 深入研究超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete, UHPC）的微观结构与宏观力学性能。重点分析纤维增强（如钢纤维、聚合物纤维）对混凝土抗拉强度、韧性及抗冲击性能的提升机制。同时，探讨自密实混凝土（Self-Compacting Concrete, SCC）的流变学特性与配制技术。 2. 钢结构与连接技术： 除了传统碳素钢，本书详细解析了耐候钢（Weathering Steel）的表面钝化层形成机理及其在长期暴露环境下的锈蚀速率控制。针对焊接连接，引入疲劳寿命预测的S-N曲线修正，并探讨了高强度螺栓连接（如摩擦型和承压型）在地震作用下的延性耗能能力。 3. 复合材料力学基础： 针对纤维增强复合材料（FRP），引入古典层合板理论（Classical Lamination Theory, CLT），推导不同铺层角度下的平面应力、面内刚度矩阵 $[A]$、弯曲刚度矩阵 $[B]$ 和弯曲-扭转耦合矩阵 $[D]$。分析复合材料在承受剪切和冲击载荷时的分层（Delamination）失效模式。 4. 结构耐久性与寿命预测： 探讨腐蚀、冻融循环、碱骨料反应（AAR）等环境因素对结构承载力的长期影响。引入可靠性理论（Reliability Theory），建立基于概率的结构剩余寿命预测模型，指导既有结构的评估与加固决策。 第四部分：计算力学与数值模拟（Computational Mechanics and Numerical Simulation） 本部分侧重于将抽象的工程问题转化为可解的数值模型，是现代工程分析的基石。 1. 有限元方法的理论基石： 严谨推导变分原理（如虚功原理）在结构力学中的应用，引出刚度方程 $[K]{u} = {F}$ 的推导过程。详细对比了常积分法（Lumped Parameter Method）与精确积分法在单元刚度矩阵求解中的异同。 2. 高级单元与网格划分策略： 针对剪切锁死（Shear Locking）和体积锁定（Volumetric Locking）问题，详细讲解选择式积分（Selective Integration）、协调位移法（Hybrid Element Method）等高级单元技术。强调网格质量对非线性分析结果收敛性的决定性影响。 3. 非线性分析的实现： 全面覆盖几何非线性和材料非线性分析。材料非线性部分，重点解析牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson Method）及其修正方法（如BFGS法）在处理载荷增量和平衡迭代时的收敛性控制策略。 4. 接触与冲击问题的数值处理： 讲解结构间相互作用（如地基与结构、构件间的接触）的数值模拟。引入罚函数法（Penalty Method）和拉格朗日乘子法（Lagrange Multiplier Method）来处理接触约束，并探讨在高速冲击载荷下显式积分（Explicit Integration）算法的适用性与稳定性条件（CFL条件）。 目标读者： 本书适合高等院校土木工程、结构工程、力学专业高年级本科生及研究生，以及致力于结构设计、分析和研究的工程师。通过对本书的学习，读者将能够独立运用现代分析工具解决复杂工程挑战，并理解下一代结构工程理论的基础。

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作为一名热衷于信号处理和通信系统的研究生，我一直在寻找一本能够系统深入地讲解相关数学原理的教材。《Advanced Engineering Mathematics》这本书以其全面性和准确性，完全满足了我的需求。书中关于傅里叶级数、傅里叶变换以及拉普拉斯变换的详细推导和应用，是我理解和设计各种信号滤波器、调制解调器以及编码解码器的基础。我最近在研究一个高效的通信编码方案，书中关于概率论在信息论中的应用，特别是熵和信源编码理论的讲解，为我提供了重要的理论指导。此外，书中关于复变函数和积分变换在解决工程问题中的应用，例如在分析电路的暂态响应和稳态响应时，都能起到关键作用。我曾遇到一个复杂的电路分析问题，书中关于复频率和复阻抗的概念，以及如何利用复数运算来简化分析，极大地帮助了我。这本书的优点在于它不仅提供了丰富的数学理论，更重要的是，它通过大量的工程实例，展示了这些理论如何被实际应用，让我能够将数学知识转化为解决实际工程问题的能力。

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这本书的数学深度和广度都让我为之震撼。我是一名在材料科学领域工作的研究员，我的研究经常需要我深入理解材料的微观结构、宏观性能以及它们之间的数学关系。《Advanced Engineering Mathematics》这本书为我提供了一个强大的数学工具箱，能够帮助我解决各种材料科学中的挑战。书中关于微分几何和张量分析的讲解，对于我理解晶体结构的对称性、材料的各向异性以及应力应变关系的复杂性至关重要。我曾经在研究一种新型复合材料的力学性能时，遇到了需要描述材料在不同方向上力学性能差异的问题，书中关于张量在描述各向异性材料中的应用，为我提供了关键的理论框架。同时，书中关于概率论和统计学在材料失效分析和可靠性评估中的应用，也让我能够更科学地预测材料的使用寿命和安全性能。我经常需要进行材料的疲劳寿命预测，书中关于极值统计和概率分布的介绍，为我提供了科学的方法。这本书的优点在于它能够将抽象的数学概念与材料科学的实际应用紧密结合，通过大量的工程案例，让我能够清晰地看到数学在驱动现代材料科学发展中的核心作用。

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作为一名电气工程专业的学生，我对线性系统、信号处理以及数值计算等领域有着浓厚的兴趣和深入的需求。《Advanced Engineering Mathematics》这本书就像是我的数学“瑞士军刀”，它为我提供了解决电气工程领域各种挑战的利器。书中关于复数分析和傅里叶变换的讲解，对于我理解电路分析、滤波器设计以及通信系统中的信号调制解调至关重要。我最近在研究一个复杂的数字信号处理算法，书中关于离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）的详细推导和应用示例，极大地帮助我理解了算法的原理和实现细节。此外，书中对偏微分方程的介绍，如拉普拉斯方程和波动方程，在电磁场理论和电热耦合分析中发挥着关键作用。我曾遇到一个关于天线辐射模式的仿真问题，书中关于亥姆兹方程的讲解，为我提供了解决问题的思路和方法。而且，这本书的习题设计非常巧妙，很多题目都要求我结合实际电路或系统进行分析，这不仅巩固了我的数学知识，也加深了我对电气工程原理的理解。这本书的优点在于它能将抽象的数学概念与具体的工程问题巧妙地融合在一起，让我感受到数学的无穷魅力和实用价值。

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这本书的深度和广度都超出了我的预期。我是一名在航空航天领域工作的工程师，我的工作需要我理解和应用复杂的数学模型来解决各种飞行器设计和仿真问题。从空气动力学中的偏微分方程，到控制系统中的线性代数和复变函数，再到导航和定位中的概率统计和卡尔曼滤波，每一个领域都离不开强大的数学支持。《Advanced Engineering Mathematics》这本书为我提供了一个全面而深入的数学框架，让我能够更好地理解和解决我工作中的挑战。书中关于弹性力学和流体力学的章节，为我提供了深入分析飞行器结构强度和气动性能的数学工具。我曾经在进行一个高超声速飞行器的热流体耦合仿真时，遇到了复杂的非线性偏微分方程组，书中关于数值求解方法，特别是有限差分和有限体积法的详细讲解，为我提供了关键的指导。同时，书中关于最优控制理论的介绍，也为我设计更高效的飞行控制律提供了理论基础。这本书的优点在于它不仅提供了丰富的数学理论，更重要的是，它通过大量的工程案例，展示了这些理论如何被实际应用，让我能够将数学知识转化为解决实际工程问题的能力。

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我是一名在读的机械工程专业研究生，研究方向涉及复杂的动力学系统建模和控制。在我的研究过程中，对数学工具的依赖程度非常高，从传递函数到状态空间表示，再到求解非线性微分方程组，每一个环节都离不开扎实的数学基础。《Advanced Engineering Mathematics》这本书为我提供了一个极其全面且深入的数学知识库，它不仅仅是复习我本科时所学的知识，更是为我打开了更广阔的数学视野。书中对傅里叶分析、拉普拉斯变换等信号处理领域的讲解，让我能更好地理解和分析系统的频率响应特性，这对于我设计和优化控制算法至关重要。同时，书中关于数值方法的部分，例如有限元分析和龙格-库塔方法，更是为我解决那些解析解难以求得的复杂问题提供了有力的武器。我最近在处理一个多体动力学仿真问题，需要用到大量的数值计算，这本书提供的详细算法介绍和伪代码，让我能快速地将其转化为实际的编程实现。更重要的是，作者在讲解过程中，始终没有脱离工程的实际背景，他会解释为什么某个数学工具在特定的工程问题中如此有效，以及如何选择最适合的数学方法。这种理论与实践的紧密结合，极大地提升了我的学习效率和解决问题的能力。每次当我遇到一个棘手的数学难题时，翻开这本书，总能找到相关的章节，并且从中获得启发和解决方案。

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我是一名对数据科学和机器学习领域充满热情的学习者，在探索这些领域时，我发现强大的数学基础是必不可少的。《Advanced Engineering Mathematics》这本书就像是我的“数学启蒙导师”，它为我揭示了数据科学背后深厚的数学原理。书中关于线性代数的部分，对于理解和实现各种机器学习算法，如主成分分析（PCA）和支持向量机（SVM），至关重要。我曾为理解PCA的降维原理而苦恼，书中关于特征值和特征向量的详细解释，以及它们在PCA中的应用，让我豁然开朗。同时，书中关于概率论和数理统计的讲解，也为我理解模型的鲁棒性、误差分析以及贝叶斯推断提供了坚实的理论基础。我最近在进行一个分类模型的性能评估，书中关于假设检验和置信区间的介绍，让我能够更科学地评估模型的有效性。而且，这本书的编排非常注重概念的形成和理解，它会从最基础的定义开始，逐步引入更复杂的概念，确保我在学习过程中不会感到迷茫。这本书的优点在于它能够将抽象的数学概念与数据科学的实际应用紧密结合，让我能够看到数学在驱动现代科技发展中的核心作用。

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这本书的结构严谨，内容翔实，对于我这样需要在工业自动化和控制系统领域深入发展的工程师来说，无疑是一本宝贵的参考书。我经常需要处理复杂系统的建模、仿真和优化问题，这些都离不开扎实的数学功底。《Advanced Engineering Mathematics》这本书为我提供了解决这些问题的强大数学武器。书中关于状态空间表示和控制理论的讲解，对于我设计和分析各种动态控制系统至关重要。我最近在研究一个机器人手臂的轨迹规划问题，书中关于最优控制和模型预测控制（MPC）的详细阐述，为我提供了实现高精度和高效控制的关键理论。同时，书中关于傅里叶分析和拉普拉斯变换在系统频率响应分析中的应用，也让我能够更好地理解和设计滤波器，以及分析系统的稳定性。我常常需要评估一个控制系统在高频或低频下的表现，书中关于这些变换的深入讲解，能够帮助我理解系统的动态特性。这本书的优点在于它能够将抽象的数学概念与工业控制的实际应用紧密结合，通过大量的工程案例，让我能够清晰地认识到数学在驱动现代工业自动化发展中的核心地位。

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这本书简直是为我量身定做的！作为一名刚开始接触工程领域的新人，我对数学的掌握程度一直是个令人头疼的问题。之前尝试过几本号称“入门”的数学书籍，但那些过于理论化的讲解和抽象的符号让我望而却步，总感觉自己永远也抓不住重点。直到我遇到了《Advanced Engineering Mathematics》，才真正找到了学习的“方向盘”。作者在介绍概念时，总是能巧妙地将枯燥的数学理论与实际的工程应用联系起来，让我能更直观地理解为什么我们需要学习这些内容。例如，在讲解微积分时，他不仅仅是罗列了各种积分公式和求解方法，而是通过生动的例子，比如计算一个不规则形状物体的体积，或者分析一个电路中电流的变化规律，让我深刻体会到微积分在解决工程问题中的强大力量。书中大量的图示和表格也极大地帮助了我理解那些复杂的公式和定理，让抽象的概念变得具体而易于记忆。而且，这本书的编排也非常合理，从基础的线性代数到更高级的偏微分方程，循序渐进，让我在不知不觉中掌握了解决各种工程问题的数学工具。我尤其喜欢书中大量的习题，它们难度适中，而且覆盖了各种题型，通过练习，我不仅巩固了所学的知识，还锻炼了我的解题思路和逻辑能力。我甚至觉得，这本书的每一个章节都像是在为我量身定制一个学习计划，让我能够在最短的时间内，最高效地掌握工程数学的核心知识。

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这本书的质量和内容深度都让我感到非常满意。我是一名有着多年工程实践经验的工程师，在实际工作中，我经常需要面对各种复杂的数学问题，从概率统计在质量控制中的应用，到复变函数在电磁场分析中的作用，再到优化算法在生产调度中的部署，这些都要求我能够熟练运用各种工程数学工具。《Advanced Engineering Mathematics》这本书为我提供了一个非常详尽的参考，它不仅涵盖了工程数学的各个分支，而且讲解得非常透彻。我尤其欣赏书中对数学概念的严谨定义和逻辑推导，这让我能够深入理解每一个公式的来源和适用范围，避免了盲目套用。例如，在学习到张量分析时，书中通过对弹性力学中应力应变关系的详细阐述，让我能够清晰地理解张量在描述多维物理量时的优越性。而且，这本书的案例分析也非常贴合实际工程需求，比如在讲解回归分析时，书中就用到了工业生产中产品质量的预测模型，这让我能够直接将学到的知识应用到我的工作中。这本书的编排也非常人性化，每一章的开头都会简要回顾前置知识，帮助我快速进入学习状态。此外，这本书的排版清晰，图文并茂，阅读体验极佳，即使长时间阅读也不会感到疲惫。

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这本书的实用性和深入性都让我印象深刻。我是一名在土木工程领域工作的工程师，我的工作涉及结构分析、材料力学以及水利工程等多个方面，这些都需要我能够熟练运用各种数学工具。《Advanced Engineering Mathematics》这本书为我提供了一个全面的数学知识体系，能够满足我工作中的各种需求。书中关于偏微分方程和数值方法的章节，对于我进行有限元分析，计算桥梁、建筑物的应力分布和变形尤为重要。我曾经在处理一个复杂的地下结构稳定性分析时，遇到了需要求解非线性泊松方程的问题，书中关于有限元方法的详细讲解，以及相应的算法实现思路，为我提供了关键的解决方案。此外，书中关于概率统计在可靠性分析中的应用，也让我能够更准确地评估工程结构的长期性能和安全性。我经常需要计算结构的失效概率，书中关于蒙特卡洛模拟和风险评估的介绍，为我提供了科学的方法。这本书的优点在于它能够将枯燥的数学理论与具体的工程问题相结合，通过大量的实例分析，让我能够清晰地看到数学工具在解决实际工程挑战中的价值。

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