结构振动分析

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出版者:
作者:陈宇东 编
出品人:
页数:325
译者:
出版时间:2008-7
价格:44.00元
装帧:
isbn号码:9787560138923
丛书系列:
图书标签:
  • 结构动力学
  • 振动分析
  • 有限元
  • 模态分析
  • 损伤识别
  • 机械振动
  • 土木工程
  • 桥梁振动
  • 航空航天
  • 数值方法
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具体描述

《结构振动分析》系统地讨论了结构线性振动分析方法,包括单自由度系统的自由振动和强迫振动的分析方法,两自由度和多自由度系统的固有振动和响应分析的模态分析方法,弹性体自由振动及响应分析的模态分析方法,振动分析的近似方法——瑞利能量法及吕兹分析方法等。

《动力学之奥秘:揭示物质的运动与变形》 本书将带领读者一同探索物质世界中无处不在的“动”之魅力,深入剖析各种系统在受到外力或内部扰动时所展现出的复杂行为。我们不局限于单一学科的视角,而是从物理学、工程学、数学等多个维度,构建一个全面而深入的动力学知识体系。 第一章:运动学的基石——描述运动的语言 我们将从最基本的概念出发,为读者构建一个清晰的运动学框架。从点、线、面到更复杂的刚体,我们将学习如何精确地描述物体的位置、速度和加速度。向量的运用将贯穿始终,使我们能够以简洁高效的方式处理多维度的运动。我们会探讨直线运动、曲线运动的规律,并引入角速度、角加速度等概念,为理解旋转运动打下基础。读者将掌握如何利用坐标系的变化来分析不同参考系下的运动,理解相对运动的本质。此外,本章还将介绍描述复杂运动的参数化方法以及傅里叶级数等数学工具,为后续更深入的分析做好铺垫。 第二章:动力学的驱动——力与运动的内在联系 牛顿运动定律是理解动力学一切的基础。我们将逐一解析这三条至关重要的定律,并阐述惯性、动量、冲量以及功、能、功率等核心概念。从单粒子系统到多粒子系统,我们将学习如何运用这些基本原理来分析物体的运动状态。碰撞问题将作为应用的重点,通过动量守恒和能量守恒来分析弹性碰撞和非弹性碰撞,理解冲击力与相互作用时间的关系。 第三章:振动现象的探索——周期性运动的规律 本章将聚焦于一种普遍存在的动力学现象——振动。我们将从最简单的单自由度系统入手,深入分析简谐振动的特征,包括振幅、周期、频率和相位。弹簧-质量系统将是我们的典型模型,通过分析其运动方程,读者将理解振动的数学描述。我们将深入探讨阻尼振动的概念,包括过阻尼、临界阻尼和欠阻尼,并分析阻尼系数对振动衰减的影响。共振现象是振动理论中的一个关键部分,我们将详细解释共振的产生机制、发生的条件以及其在工程应用中的重要性。 第四章:多自由度系统的复杂性——耦合与模态 自然界和工程结构中的许多系统并非简单的单自由度模型。本章将拓展视野,研究多自由度系统的动力学特性。我们将引入广义坐标的概念,以更有效地描述复杂系统的运动。系统的自由度将直接关联到其运动方程的数量,我们将学习如何建立和求解多自由度系统的运动方程。耦合振动将是分析的重点,我们将深入理解各自由度之间的相互影响。特征值和特征向量的概念将为我们揭示系统的固有振动模态提供强大的工具。通过模态分析,我们可以理解系统在不同模态下是如何振动的,以及各模态的频率和振型。 第五章:能量法与拉格朗日方程——另辟蹊径的动力学分析 除了基于牛顿定律的力学方法,能量方法和拉格朗日方程为动力学分析提供了更抽象和更通用的途径。本章将介绍虚功原理,并以此为基础推导出拉格朗日方程。拉格朗日方程能够以标量形式(动能和势能)来描述系统的动力学行为,对于处理复杂系统和约束问题尤为有效。我们将通过实例展示如何运用拉格朗日方程来建立和求解各种动力学系统的运动方程,包括具有复杂几何形状和多种约束条件的系统。 第六章:激励与响应——外部影响下的动力学行为 系统并非总是在自由振动状态下运行,外部激励是影响系统动力学行为的重要因素。本章将分析不同类型的外部激励,包括周期性激励(如正弦激励)和非周期性激励(如冲击激励)。我们将重点研究系统在外部激励下的稳态响应和暂态响应。对于周期性激励,我们将深入分析其引起的强迫振动,以及系统频率与激励频率之间的关系,如共振和非共振情况。对于非周期性激励,我们将运用傅里叶变换等数学工具来将其分解为一系列周期性成分,从而分析系统对复杂激励的响应。 第七章:非线性振动的世界——超越线性假设的挑战 本章将突破线性系统的限制,探索更为普遍的非线性振动现象。我们将介绍非线性系统与线性系统的主要区别,以及非线性可能带来的丰富而复杂的动力学行为,如多稳态、混沌等。我们将初步接触非线性方程的求解方法,例如摄动法或数值模拟。我们将分析一些典型的非线性振动模型,如具有平方阻尼项的系统,以及由非线性恢复力引起的自激振动。理解非线性振动对于处理实际工程问题中的非线性效应至关重要。 第八章:现代动力学分析工具与应用 本章将介绍现代动力学分析中常用的一些工具和技术。我们将探讨有限元方法在离散化连续体和求解复杂动力学问题中的应用。数值模拟技术,如龙格-库塔法,将被介绍用于求解非线性微分方程和分析复杂系统的动态行为。本章还将简要介绍一些先进的动力学分析软件,以及它们在工程设计、故障诊断和性能评估等领域的实际应用案例,例如在机械设计、桥梁工程、航空航天等领域的应用。 本书旨在为读者提供一个坚实的动力学基础,帮助理解物质世界中运动和变形的根本规律,并为进一步深入研究和解决实际工程问题提供指导。

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目录信息

读后感

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用户评价

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作为一名对工程力学充满热情的年轻学者,我一直渴望找到一本能够系统性地、深入浅出地阐述结构动力学核心内容的教材。在《结构振动分析》问世之前,我曾翻阅过数本相关书籍,但总觉得有些地方要么过于晦涩难懂,要么缺乏与实际工程的紧密联系。然而,当我拿到这本书时,我立刻被它扎实的理论基础和清晰的逻辑结构所吸引。作者在开篇就对振动的基本概念做了精准的定义,并从最简单的自由振动、受迫振动入手,逐步引入了阻尼、激励等影响因素。我尤其对书中关于“能量法”在振动分析中的应用印象深刻,它提供了一种不同于牛顿第二定律的分析思路,能够更直观地理解振动的能量转换过程。书中在介绍结构阻尼时,对各种阻尼机制(如粘滞阻尼、材料阻尼、结构阻尼)的物理本质和数学模型都做了详尽的解释,这对于理解实际工程中结构响应的衰减至关重要。此外,本书在探讨多自由度系统的振动时,对振动耦合、模态叠加等概念的阐释,使我茅塞顿开,对复杂的结构振动行为有了更深刻的认识。我曾在实验室中搭建了一个简化的多层建筑模型,并利用书中的方法进行了实验验证,结果表明,模型预测的固有频率和振型与实验测量值高度吻合,这极大地增强了我对书中理论的信心。这本书的数学推导严谨,公式推导过程清晰可见,即便是一些较为复杂的数学变换,作者也给予了详细的解释,确保读者能够理解其物理意义。

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我对机械工程的各个分支都抱有浓厚的兴趣,而《结构振动分析》这本书,以其严谨的逻辑和清晰的条理,将我引向了一个我之前较为陌生的领域,但却又深深吸引着我的领域。我尤其对书中关于“机械系统动力学”的章节印象深刻。它从最基本的质量-弹簧-阻尼系统出发,逐步深入到多自由度系统、转子动力学以及压电和磁致伸缩等智能材料在振动控制中的应用。我曾尝试将书中关于转子动力学的理论应用到我正在调试的一台高速旋转设备的平衡问题上。通过对转子系统参数的辨识,并利用书中介绍的平衡算法,我成功地将设备的运行振动降低了一个数量级,显著提高了设备的稳定性和使用寿命。书中对“频率响应函数”(FRF)的讲解,也让我对如何通过实验测量来辨识结构的动力特性有了更直观的理解。我曾利用书中提供的试验方法,对实验室中的一个机械臂进行模态试验,并成功地获得了其前几个阶的固有频率和阻尼比,这些数据对于后续的控制系统设计至关重要。这本书的优点在于,它不仅仅停留在理论层面,更注重与实际工程问题的结合,为读者提供了解决实际问题的思路和方法。

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我是一名结构动力学领域的博士生,正致力于研究具有非线性特性的结构振动问题。《结构振动分析》这本书的出版,对我而言无疑是一场及时雨。在此之前,我所接触到的文献大多集中在线性振动领域,而对于材料非线性和几何非线性如何影响结构振动响应的系统性论述则相对匮乏。本书在“非线性振动”章节中,对硬化、软化、迟滞等非线性特性进行了详细的数学描述,并介绍了求解非线性微分方程的方法,如Picard迭代法、Newton-Raphson法等。我尤其欣赏书中对“混沌振动”和“分岔现象”的探讨,这为我理解一些看似随机但实则具有潜在规律的结构动力学行为提供了理论基础。书中还穿插了一些关于高阻尼材料在振动控制中应用的案例,例如橡胶隔震支座和粘弹性阻尼器的设计与选用,这对我正在进行的减隔震技术研究提供了重要的启示。在实验研究方面,我尝试将书中介绍的非线性系统辨识方法应用到我实验室中的一个试验模型上,通过对实验数据的处理,我成功地辨识出了模型的非线性参数,并能够较为准确地预测其在高能量输入下的响应。这本书的深度和广度,为我后续的博士论文研究奠定了坚实的基础,也让我对结构振动分析这一领域有了更全面和深刻的认识。

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当我第一次接触《结构振动分析》这本书时,我最先被吸引的是其内容涵盖的广泛性。从基础的机械振动原理,到复杂的连续体动力学,再到近年来兴起的智能材料在振动控制中的应用,作者都给予了深入浅出的阐述。我是一名土木工程师,在处理建筑物的抗震设计时,结构动力学分析是必不可少的一环。书中关于“地震动激励下结构动力响应”的章节,为我提供了详实的理论基础。作者不仅详细介绍了地震波的传播机理和时程分析方法,还对不同类型地震动对结构的影响进行了详细的阐述。我曾利用书中提供的反应谱分析方法,对一个高层建筑的抗震设计进行了初步评估,并根据分析结果调整了结构的刚度和阻尼,以提高其在地震作用下的安全性。此外,书中对“模态叠加法”和“直接积分法”在结构动力分析中的应用也做了详细的比较和阐述,这为我选择合适的分析方法提供了重要的参考。我曾尝试将这两种方法应用到同一个工程案例中,并对比了它们的计算精度和效率,结果表明,在特定情况下,模态叠加法能够提供更快的计算速度,而直接积分法则在处理非线性问题时具有更高的鲁棒性。这本书不仅是一本优秀的教材,更是一本实用性极强的工具书,为我解决实际工程问题提供了源源不断的灵感。

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我是一名工业设备的维护工程师,日常工作中经常需要处理各种设备在运行过程中产生的振动问题。在《结构振动分析》这本书问世之前,我所依赖的更多是经验和一些零散的知识。《结构振动分析》这本书,为我提供了一个系统性的理论框架,让我能够更科学、更有效地解决设备振动问题。我尤其对书中关于“故障诊断与预测”的章节印象深刻。作者详细介绍了如何通过分析振动信号的特征,如频谱、包络谱、倒谱等,来识别设备中存在的故障,如轴承磨损、齿轮损坏、转子不平衡等。我曾利用书中提供的振动分析方法,对一台高速离心机的异常振动进行了诊断,通过对频谱数据的分析,我成功地定位到了问题根源在于轴承的早期损伤,并及时进行了更换,避免了设备发生更严重的损坏。此外,书中还介绍了多种振动监测和控制技术,如基于传感器网络的在线监测系统、主动式隔振装置等,这些都为我改进设备的维护策略提供了新的思路。我曾尝试将书中介绍的振动数据采集和处理技术应用到我们的生产线上,通过对关键设备的振动数据进行长期监测和分析,我们成功地实现了设备故障的早期预警,大大降低了非计划停机的次数。

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在我的学术生涯中,我曾阅读过不少关于结构动力学方面的书籍,但《结构振动分析》这本书却给我留下了尤为深刻的印象。其最显著的优点在于,它能够在复杂的理论推导过程中,始终保持清晰的逻辑脉络,让读者能够循序渐进地理解每一个概念的内涵。我尤其欣赏书中在介绍“振动能量守恒定律”时,对各种耗散机制的细致分析,这有助于我理解结构在实际环境中为何会逐渐衰减振动。例如,在对桥梁进行疲劳寿命评估时,了解材料阻尼和结构阻尼对能量耗散的影响,能够帮助我更准确地预测桥梁在长期服役过程中的性能衰减。书中对“频域分析”和“时域分析”的比较,也为我提供了两种不同的视角来理解结构动力响应。我曾尝试将这两种分析方法应用到同一个动力学模型上,并通过对比分析结果,进一步加深了对它们各自优缺点的认识。更重要的是,书中在每个章节后都提供了相应的练习题和思考题,这不仅能够帮助我巩固所学知识,还能激发我进行更深入的思考和研究。我曾多次利用书中提供的案例分析,来指导我自己的科研项目,并从中获得了不少宝贵的启示。

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作为一名在航空航天领域工作的工程师,结构振动分析是我们工作中至关重要的一环。飞机机翼的颤振、发动机叶片的共振、航天器在发射过程中的载荷传递,无不与振动息想息息相关。《结构振动分析》一书,在许多方面都为我提供了宝贵的参考。我尤其关注书中关于“模态分析”在复杂航空结构中的应用。书中详细阐述了如何通过有限元法对具有复杂几何形状和材料分布的机翼进行模态分析,并对如何处理边界条件、自由度耦合等问题进行了深入的探讨。我曾运用书中介绍的模态叠加法,对一个新型无人机的机翼进行了动力响应分析,结果显示,该方法能够高效地预测机翼在不同载荷下的振动特性,为优化结构设计提供了重要的依据。此外,书中对“随机振动”的讲解,对于分析飞机在湍流大气中飞行时的载荷以及发动机在工作中产生的随机激励,都具有重要的意义。我曾利用书中提供的功率谱密度(PSD)分析方法,对飞机起落架在不平整跑道上的冲击响应进行了仿真,并成功地预测了其潜在的疲劳损伤。这本书的理论体系完整,既有基础的数学推导,也有丰富的工程应用案例,这对于我们这些需要在理论研究和工程实践之间找到平衡的工程师来说,具有极高的价值。

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近些年来,随着工程结构的日趋复杂和运行环境的多变,结构振动分析的地位愈发凸显。我是一名桥梁工程师,在设计大型斜拉桥和悬索桥时,风致振动始终是绕不开的难题。桥梁结构本身的柔性和轻质化,使得它们对风的扰动更为敏感,而书中对风荷载激励下桥梁动力响应的分析,为我提供了宝贵的理论指导。《结构振动分析》一书中,作者系统地介绍了各种风致振动现象,如涡激振动、颤振和地面效应,并详细阐述了如何通过数学模型来预测和评估这些现象的发生。我特别关注了书中关于“流固耦合”的章节,其中对空气动力学模型和结构动力学模型的相互作用进行了深入的探讨,并结合了实测数据进行验证。这种理论与实践相结合的方式,让我能够更准确地评估桥梁在不同风速下的稳定性。书中提供的数值模拟方法,如有限元法与计算流体力学(CFD)相结合的分析,为我模拟桥梁在复杂风场下的振动行为提供了有力的工具。我还利用书中介绍的振动控制技术,如调谐质量阻尼器(TMD)和主动控制系统,为某个高寒地区特大桥梁的风振控制设计提供了关键的参考方案,有效地降低了桥梁在极端天气下的风险。这本书不仅是一本学术专著,更是我们这些一线工程师手中解决实际问题的利器。

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这部《结构振动分析》的出版,无疑是我作为一名资深工程师,在长期实践中对理论知识体系化梳理后的一次重要收获。我曾几何时,在处理高层建筑的风致振动问题时,屡次陷入理论与实际的泥沼,复杂的微分方程、边界条件的处理,以及对阻尼比、固有频率的精确辨识,无不考验着我的功底。这本书的出现,犹如一盏明灯,照亮了我前行的道路。它不仅仅是概念的堆砌,更是一种思维方式的引导。作者在书中对各种振动模式的深入剖析,从单自由度系统到多自由度系统的演变,再到连续体振动的复杂性,都进行了循序渐进的讲解。我尤其欣赏其在介绍模态分析方法时,对数值计算的详细阐述,例如有限元法在求解大规模振动问题中的应用,其理论基础、离散化过程、刚度矩阵和质量矩阵的建立,以及特征值问题的求解,都被描绘得淋漓尽致。更难能可贵的是,书中还穿插了大量的工程实例,从桥梁的悬索振动到飞机机翼的颤振,从机械设备的运转噪声到船舶的共振现象,这些贴近实际的案例,不仅加深了我对理论的理解,更激发了我解决实际工程问题的灵感。我尝试将书中的某些方法应用到我正在负责的一个水力发电机组的振动监测项目中,通过对转子动力学的建模和仿真,我成功地预测并规避了潜在的共振风险,为项目节省了大量的返工成本和时间。这本书的价值,绝不仅仅在于它提供的公式和算法,更在于它所蕴含的严谨的科学态度和解决问题的能力。

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作为一名对声学和振动耦合现象有着浓厚兴趣的研究者,《结构振动分析》这本书为我打开了一个新的研究视角。我一直对结构产生的噪声以及噪声如何影响结构动力特性感到好奇。《结构振动分析》书中,作者在“声振耦合”章节中,详细阐述了声波与结构振动之间的相互作用机理,以及如何通过数学模型来描述和预测这种耦合现象。我尤其对书中关于“边界元法”(BEM)在声辐射分析中的应用印象深刻,它提供了一种高效的数值方法来模拟结构表面的声压分布以及由振动引起的声功率。我曾利用书中介绍的边界元法,对一个汽车发动机舱的声学性能进行了仿真分析,并尝试通过改变结构参数来降低噪声辐射,取得了不错的效果。此外,书中还探讨了“吸声材料”和“隔声材料”在控制结构噪声中的应用,以及主动噪声控制技术在减小结构振动和噪声方面的潜力。我曾将这些理论知识应用到我所在的实验室中,通过对试验装置进行声学改造,显著降低了背景噪声,为后续的振动测量提供了更纯净的环境。这本书不仅是一本关于结构振动分析的著作,更是一本将振动与声学紧密联系起来的宝藏。

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