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出版者:Wiley

作者:Bruce R. Munson

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-11-29

价格:USD 122.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471442509

丛书系列:

图书标签:

流体力学
流体 mechanics
传热
工程
物理
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航空航天
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流体动力学
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具体描述

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好的，以下是一本假设的图书简介，内容与《Fundamentals of Fluid Mechanics》无关，旨在提供一个详细、专业且不含AI痕迹的图书介绍。 --- 《高级结构动力学与抗震设计：理论、分析与工程实践》导言：理解复杂系统的振动行为在土木、航空航天、机械等多个工程领域中，结构系统不可避免地面临来自环境（如地震、风荷载）或操作（如机器振动、冲击载荷）的动态激励。如何准确预测和控制这些系统的响应，确保结构安全性和使用性能，是现代工程科学的核心挑战。《高级结构动力学与抗震设计》一书，旨在为结构工程师、研究人员以及高年级本科生和研究生提供一个全面、深入且注重工程应用的理论框架与分析工具。本书跳出了传统材料力学和静力学分析的范畴，聚焦于时间依赖的载荷作用下结构的瞬态和稳态响应，并系统地探讨了如何将这些动力学原理应用于复杂工程结构的抗震设计之中。本书的特点在于其深度融合了基础理论的严谨性与工程实践的实用性。它不仅详细阐述了多自由度系统的模态分析、数值积分方法，更将前沿的非线性动力学理论与先进的抗震技术（如隔震、消能减震）紧密结合。全书结构清晰，逻辑严密，力求让读者不仅知其“然”，更明其“所以然”。第一部分：结构动力学基础理论本部分为后续高级分析奠定坚实的数学和物理基础。内容侧重于建立和求解结构振动方程，是理解所有动态行为的基石。第一章：单自由度系统（SDOF）的动力学本章从最简化的模型——单自由度系统出发，系统梳理了自由振动、有阻尼自由振动、简谐激励下的强迫振动，以及瞬态响应的求解方法。重点介绍了复数解法在求解受迫振动中的应用，并深入讨论了转移矩阵法在特定边界条件分析中的优势。此外，本章详细分析了共振现象的物理机制及其对结构稳定性的影响。第二章：多自由度系统（MDOF）的动力学将单自由度系统的概念推广至多自由度系统，是理解实际复杂结构响应的关键。本章的核心是特征值问题及其在模态分析中的应用。我们详细推导了系统的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵的建立方法，并采用子空间迭代法等高效算法求解特征值和特征向量，用于模态的提取。模态的物理意义，如振型（Mode Shapes）的几何形态和能量分布，被进行了详尽的图示和阐释。第三章：连续体系统的动力学（基础）针对梁、板等无限自由度系统，本章引入了偏微分方程（PDE）的求解方法。重点讲解了分离变量法求解经典简支梁的自由振动问题，并讨论了如何通过模态叠加法将连续体系统的响应转化为离散化的模态响应。对不同边界条件下的本征值问题进行了详细的数学推导。第四章：数值积分方法与阻尼模型在实际工程中，解析解往往难以获得。本章专注于结构动力学中的数值求解技术。详细比较了中心差分法、龙格-库塔法以及Newmark-$eta$ 法等隐式和显式积分方法的稳定性和精度。对于阻尼，本书不仅限于粘性阻尼，还引入了Kelvin-Voigt 模型和结构阻尼模型，并探讨了如何通过试验数据（如半功率带宽法）来确定实际工程中的阻尼比。第二部分：高级动力学分析与响应预测本部分将理论推导应用于更具挑战性的工程问题，涉及随机载荷、非线性响应以及先进的结构识别技术。第五章：随机振动理论与应用风荷载、海洋波浪或地面运动通常不能被精确描述为确定性载荷，而更适合用随机过程描述。本章介绍了功率谱密度（PSD）、平稳随机过程和卡尔曼滤波在结构状态监测中的应用。重点阐述了随机振动响应的求解方法，特别是如何利用模态叠加法结合外部激励的功率谱来计算结构的均方根响应和峰值响应。第六章：非线性结构动力学实际结构在大幅度振动或强地震作用下会进入非线性范围。本章系统讨论了几何非线性和材料非线性对动力响应的影响。材料非线性方面，详细分析了滞回模型（如Bouc-Wen 模型）的构建与应用。几何非线性方面，着重讨论了P-$Delta$ 效应（二阶P-$Delta$ 效应）在框架结构中的量化分析，以及如何修正动力方程。第七章：系统辨识与模型修正工程结构的实际性能往往与初始设计模型存在偏差。本章介绍了利用实际监测数据（如加速度计数据）对结构动力学模型进行修正的技术。详细讲解了模态试验数据分析（如频响函数识别）和基于最小二乘原理的参数辨识方法，以提高预测的准确性。第三部分：先进抗震设计与减隔震技术本部分是全书的工程实践核心，将动力学理论直接转化为抗震设计规范和具体的技术方案。第八章：抗震设计基本原理与反应谱分析本章基于地震工程的视角，详细解读了等效静力法的局限性，并深入探讨了反应谱分析法（Response Spectrum Analysis）的理论基础，包括如何构造和使用设计反应谱。重点阐述了模态反应谱法的适用条件、正交性假定及其在多层结构中的应用。同时，对规范中时间历程分析（Time History Analysis）的要求和步骤进行了细致的讲解。第九章：基于性能的抗震设计（PBEE）超越传统的基于力的抗震设计，本章引入了现代工程的前沿——基于性能的设计理念。详细介绍了性能目标（Operational, Immediate Occupancy, Life Safety, Collapse Prevention）的确定，以及如何通过选择适当的非线性分析方法（如非线性静力推覆分析和非线性时程分析）来验证结构在不同地震强度下的性能状态。第十章：隔震技术与消能减震技术针对提高结构韧性和减小地震损伤，本章深入介绍了两种主流的先进抗震技术： 1. 基础隔震（Base Isolation）：详细分析了铅芯橡胶支座（LRB）和摩擦摆支座（FPS）的力学模型，讨论了如何利用隔震层引入的附加阻尼和延长自振周期来大幅度降低上部结构的地震内力。 2. 结构消能减震（Energy Dissipation Devices）：探讨了粘滞阻尼器（Viscous Dampers）和金属屈服型阻尼器（Metallic Yield Dampers）的工作原理。重点在于如何将这些耗能元件有效地集成到结构体系中，通过优化阻尼器的布置和参数选择，实现对结构振动能量的快速有效耗散。结语：面向未来工程的挑战本书最终强调了将理论、分析与先进技术相结合的重要性。未来的结构工程将更加依赖于实时监测、数据驱动的决策以及对极端载荷的鲁棒性设计。掌握本书内容，是工程师们应对复杂动力环境和实现可持续、安全结构设计的关键一步。 --- 关键词：结构动力学、模态分析、非线性动力学、阻尼器、隔震技术、反应谱分析、性能化设计、系统辨识。