具体描述
好的，这是一本关于结构动力学基础与应用的图书简介，不涉及《Design of Engineering Structures》中的具体内容。 --- 图书名称：《振动的律动：工程结构动力学基础与前沿应用》 内容简介 本书旨在为土木、机械、航空航天及其他相关工程领域的学生、研究人员和实践工程师提供一个全面、深入且与时俱进的结构动力学知识体系。结构动力学是理解和预测工程结构在动态载荷（如地震、风荷载、冲击、机械振动等）作用下响应的关键学科。本书立足于扎实的理论基础，同时紧密结合现代工程实践中的挑战，力求构建理论与应用之间的坚实桥梁。 第一部分：动力学基础与单自由度系统 本书首先从最基本的概念入手，系统地介绍了工程结构动力学的基本原理和研究方法。我们从连续体到离散系统的过渡中，重点阐述了质量、刚度、阻尼这三大基本属性在动态响应中的作用。 第1章 绪论与基本概念： 结构动力学在现代工程中的地位与重要性，动态载荷的分类与特点，以及结构动力学与静力学分析的根本区别。本章将建立对系统自由度、广义坐标和坐标转换的基本认知。 第2章 自由振动分析： 核心内容聚焦于单自由度（SDOF）无阻尼和有阻尼系统的自由振动响应。详细推导了运动方程，求解了特征方程，并引入了固有频率、圆频率和对数减衰率等关键参数。针对不同阻尼情况（欠阻尼、临界阻尼、过阻尼），我们深入分析了系统的衰减特性。 第3章 强迫振动分析： 深入探讨了外部周期性激励下的SDOF系统响应。详细分析了谐响应、频率响应函数（FRF）的构建，并对共振现象进行了详尽的阐述。通过对相位角和振幅比的分析，为理解结构对特定频率输入的敏感性奠定基础。同时，引入了瞬态响应分析，特别是脉冲载荷下的反应计算。 第4章 结构阻尼模型： 区别于理想化的粘性阻尼，本章专门讨论了更符合实际工程情况的阻尼模型，包括库仑阻尼和滞后阻尼（如材料阻尼和结构阻尼）。通过能量耗散的角度，阐述了不同阻尼模型在数值模拟中的适用性。 第二部分：多自由度系统与模态分析 多自由度（MDOF）系统的分析是结构动力学的核心。本部分将从SDOF过渡到复杂的MDOF系统，引入模态理论这一强大的分析工具。 第5章 刚度、质量和阻尼矩阵： 详细阐述了如何根据结构离散化（如有限元方法）建立MDOF系统的运动方程矩阵形式：[M]{$ddot{u}$} + [C]{$dot{u}$} + [K]{u} = {F(t)}。重点讨论了质量矩阵和刚度矩阵的建立过程及其物理意义。 第6章 模态分析（无阻尼）： 这是MDOF分析的基石。通过对无阻尼自由振动的求解，推导了特征值问题，得到了系统的特征值（固有频率）和特征向量（振型）。对振型（Mode Shape）的物理意义、正交性以及它们如何作为基函数来简化复杂系统响应的机制进行深入讲解。 第7章 模态响应与模态叠加法： 基于模态正交性原理，详细介绍了模态叠加法的推导过程和应用步骤。解释了如何利用模态坐标下的解，通过模态坐标变换，重构出物理坐标下的完整瞬态响应或稳态响应，这是处理大型结构动力学问题的标准流程。 第8章 阻尼在模态分析中的处理： 讨论了实际工程中阻尼矩阵的复杂性。重点介绍瑞利阻尼（Rayleigh Damping）的构建方法及其局限性。此外，还探讨了比例阻尼和非比例阻尼对模态解耦的影响，并介绍了近似求解非比例阻尼系统的方法。 第三部分：随机振动与非线性动力学 现代工程设计越来越关注随机载荷环境和结构在极端条件下的行为，本部分将涉及更前沿和复杂的分析领域。 第9章 随机振动分析： 引入了随机过程理论在工程中的应用。详细讲解了功率谱密度（PSD）的概念，以及如何利用PSD分析系统在随机激励下的响应统计特性，例如均方根（RMS）值、峰值概率分布等。重点分析了白噪声和地震激励的模拟方法。 第10章 瞬态冲击与接触动力学： 探讨了高频、短时载荷（如爆炸、碰撞）下的结构响应。内容包括冲击谱的分析、材料的动态本构关系（如应变率效应）以及在有限元分析中处理接触非线性和冲击波传播的基本数值技巧。 第11章 非线性动力学导论： 结构动力学在超越线性弹性范围时，必须引入非线性分析。本章讨论了几何非线性和材料非线性对动力响应的影响。重点介绍了求解非线性运动方程所需的数值方法，如Newmark-$eta$法、中心差分法在非线性问题中的修正与迭代过程。 第12章 结构振动控制： 动力学分析的最终目的是控制。本章从理论指导实践，介绍了主动、被动和半主动控制策略。详细讨论了粘滞阻尼器、屈服连接器（Yield Linkage）等被动控制装置的动力学建模，以及智能材料和反馈控制系统在减振降噪中的应用潜力。 适用对象与特色： 本书理论严谨，推导清晰，同时包含了大量工程算例和MATLAB/Python编程实现思路，以帮助读者将理论知识转化为实际的分析能力。它不仅是高校结构动力学课程的理想教材，也是工程师进行抗震设计、疲劳分析和振动控制设计的专业参考手册。通过学习，读者将能够准确评估复杂结构在各种动态环境下的安全性和服务性能。
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