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出版者:Prentice Hall

作者:Anil K. Chopra

出品人:

页数:844

译者:

出版时间:2000-9-11

价格:USD 131.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780130869739

丛书系列:

图书标签:

• 结构
• 土木工程
• 结构动力学
• 结构分析
• 振动
• 地震工程
• 有限元
• 模态分析
• 结构设计
• 土木工程
• 力学
• 结构稳定性

《工程结构动力学原理与应用》 本书深入探讨了工程结构在各种动态载荷作用下的响应行为，为理解和预测结构的抗震、抗风、抗爆以及其他瞬态事件下的表现提供了坚实的理论基础和实用的分析工具。全书内容涵盖了从最基本的动力学概念到复杂结构的非线性动力学分析，旨在为土木工程、机械工程、航空航天工程以及其他相关领域的学生、研究人员和工程师提供一本全面而深入的参考指南。 核心内容概览： 第一部分：动力学基础理论 绪论： 结构动力学的研究对象、重要性、基本概念（自由度、质量、刚度、阻尼）以及研究方法。介绍动力学分析在结构设计中的关键作用，尤其是在面对地震、强风、机械振动等动态荷载时。 单自由度体系动力学： 详细阐述单自由度体系（SDOF）的运动方程、自由振动（无阻尼和有阻尼）、受迫振动（简谐激励、任意激励）、能量法分析以及响应谱的概念。这是理解更复杂系统动力学的基础。 多自由度体系动力学： 引入质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵，推导多自由度体系（MDOF）的运动方程。深入讲解模态分析，包括固有频率、振型以及模态叠加法在响应计算中的应用。讨论不同阻尼模型（Rayleigh阻尼、比例阻尼）对结构动力响应的影响。 连续体系动力学： 介绍梁、板等连续结构在动态荷载下的动力学特性，包括波动方程、边界条件以及能量方法在连续体系动力学分析中的应用。 第二部分：动力学分析方法与技术 数值分析方法： 重点介绍几种主流的数值求解方法，包括： 直接积分法： 如Newmark-β法、Wilson-θ法、中心差分法等，详细阐述其原理、算法流程、稳定性与精度分析，以及在非线性问题中的适用性。 模态叠加法： 探讨基于模态分解的响应计算，包括其优势（计算效率高）和局限性（尤其在非线性问题和阻尼耦合情况下）。 动力学模型建立： 指导读者如何根据实际结构特征，建立准确的动力学计算模型。包括集中质量模型、分布式质量模型，以及如何考虑结构的连接方式、构件特性等。 阻尼模拟与处理： 深入分析结构中阻尼的来源（材料阻尼、结构阻尼、外部阻尼）及其对动力响应的影响。介绍不同阻尼模型的选择与参数确定方法，以及如何进行阻尼耦合分析。 第三部分：特定动力学问题与应用 地震工程分析： 详细介绍地震动特性（场地土效应、频率特性）、反应谱理论、地震波传播规律以及结构地震响应的计算方法。讨论等效侧力法、反应谱法和动力时程分析的应用场景和优缺点。 风工程分析： 阐述风荷载的统计特性、阵风效应、结构风振响应的评估方法，包括风致振动的预测与控制。 冲击与爆炸响应： 分析瞬态冲击载荷（如碰撞、爆炸）的特性，以及结构在这些极端载荷下的动力学行为，包括应力波传播、材料的动强度特性等。 振动控制与减震技术： 介绍主动控制、被动控制和混合控制等多种振动控制策略，包括隔震、消能减震等减震技术的原理、设计与应用。 非线性动力学分析： 探讨结构材料非线性（塑性、屈服）、几何非线性（大变形、P-Δ效应）以及接触非线性等对动力响应的影响。介绍非线性动力学分析的挑战与方法。 第四部分：案例研究与软件应用 典型工程案例： 通过分析桥梁、高层建筑、水坝、航空航天结构等不同类型工程在实际动力事件中（如地震、台风）的响应，将理论知识与工程实践相结合，帮助读者理解动力学分析的实际意义。 数值模拟软件介绍： 简要介绍主流的结构动力学分析软件（如ABAQUS, ANSYS, SAP2000等）的功能和应用，指导读者如何利用这些工具进行实际的工程分析。 本书特色： 理论体系完整： 从基础概念出发，逐步深入到复杂的动力学分析技术，形成完整的理论框架。 方法全面详尽： 详细介绍各种数值求解方法，并深入分析其算法原理、适用范围及局限性。 应用导向明确： 结合地震、风等实际工程问题，展示动力学分析在工程实践中的重要作用。 案例分析丰富： 包含多类工程结构的典型案例，便于读者理解理论知识的实际应用。 数学推导严谨： 在保证易读性的同时，对关键的数学推导进行清晰呈现。 本书旨在培养读者对结构动力学问题的深刻理解，并掌握分析和解决这些问题的能力，从而在工程设计和安全评估中做出更明智的决策，确保结构的可靠性和安全性。

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作为一个在高校任教多年的老师，我每年都要面对大量对“振动”二字感到恐惧的学生。我尝试过好几本经典的动力学教材，但总觉得它们过于偏重理论的严谨性，导致学生在接触到实际工程问题时，大脑会瞬间“宕机”。直到我偶然接触了这本《结构的动力学》，我仿佛找到了**“化繁为简，润物无声”的教学秘诀**。这本书的章节安排非常流畅，从最基础的单自由度系统开始，逐步引入复杂的多自由度系统，然后自然地过渡到连续体和稳定性分析。它所使用的图示和插图，绝非简单的示意图，而是充满了信息量的可视化工具，能够有效地帮助初学者建立起空间想象力。比如，它对模态叠加法的解释，用的是一种类似“分步构建”的逻辑，让学生理解每一步都是在为最终的整体响应添砖加瓦。我发现，使用这本书作为辅助教材后，学生们对动力学这门课的畏难情绪明显降低了，课堂讨论也变得更加活跃和深入，不再局限于“这个公式是什么”的层面，而是开始探讨“这个模型在什么条件下更准确”。这本书的**教育学价值**，是被严重低估的。

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这本书，**《结构的动力学》**，简直是为我这种结构工程领域的“扫地僧”量身定制的秘籍！它不像市面上那些动辄掉书袋、堆砌晦涩公式的教材，它简直就是一本武功秘籍的图解版。我记得我刚开始接触振动理论的时候，感觉就像在迷雾中摸索，傅里叶变换、模态分析这些名词像一堵堵高墙拦在眼前。但这本书的叙述方式，简直是化腐朽为神奇。作者似乎深谙我们这些实战派工程师的痛点，总是能用最直观的语言，将那些抽象的数学模型与实际的工程问题紧密地联系起来。比如，在讲解二自由度系统时，它没有直接抛出复杂的矩阵方程，而是通过一个精妙的类比，让我瞬间明白了主振型和固有频率的物理意义。那种茅塞顿开的感觉，比我拿到第一份大项目提成还激动！更让我惊喜的是，它对非线性动力学部分的介绍，详略得当，既不会让你陷入纯数学的泥潭，又能让你掌握应对实际复杂工况（比如地震下的结构响应）的核心工具。读完前几章，我感觉自己仿佛从一个只会按图施工的工匠，升级成了一个能预判结构“脾气”的行家里手。这本书的价值，不在于它罗列了多少知识点，而在于它**重塑了你理解结构受力时动态思维的方式**。

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我最近手头的一个项目，涉及到一座跨海大桥的关键索塔设计，需要考虑极端海风和船舶撞击的耦合动力响应，传统静力学分析根本无法应付。我翻遍了手头的各种参考资料，直到拿起这本《结构的动力学》，才算找到了解决问题的突破口。这本书的**实战导向**极其强烈，它没有停留在理论的象牙塔里，而是直接把“能量法”、“线积分方程”这些高深的数学工具，掰开了揉碎了，应用到具体的结构阻尼建模和响应谱分析中。我尤其欣赏它对**随机振动理论**的阐述，那种用概率密度函数和功率谱密度函数来描述不确定性激励的方法，让我在进行风险评估时信心倍增。作者在案例分析中使用的计算模型，清晰到几乎可以照搬到我的有限元软件中去验证。要知道，工程界最怕的就是理论和实践的脱节，这本书完美地弥合了这一鸿沟。它不仅仅是教会你“怎么算”，更重要的是让你明白“为什么要这么算”，背后的物理机制是什么。如果说其他书是工具箱，那么这本书就是一本**如何使用这些工具来解决真正棘手问题的操作手册**，而且是那种顶级专家的操作手册。

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这本书的装帧和排版，其实也反映了作者的匠心。厚重的纸张，清晰的字体，以及关键公式的加粗或独立成块的处理，都让长时间的阅读变得不那么痛苦。但抛开这些“外在”的因素，其最核心的魅力在于其**知识体系的完整性与逻辑的自洽性**。它仿佛搭建了一个宏大的知识殿堂，每一个章节都是一个坚实的柱子。我特别喜欢它在最后几章对**高维系统和实时控制**的探讨，这部分内容在很多同类书籍中往往被一笔带过，或者只停留在理论层面。然而，这本书却将现代控制理论中的状态空间法巧妙地引入结构动力学，为主动减震和隔震技术的设计提供了坚实的理论基础。当我合上书卷，我没有感到知识的碎片化，反而感觉自己的知识体系被系统地梳理和强化了。它不只是一本参考书，更像是一位**思维上的导师**，引导着我探索结构响应的深层奥秘，让我对未来结构设计中面对那些前所未有的挑战，充满了自信和期待。

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让我来谈谈阅读这本《结构的动力学》之后，我的一个深刻体会：**它提升了我的设计保守度，但同时降低了我的计算冗余度。** 这听起来有点矛盾，但却是事实。在过去，面对一些模棱两可的荷载工况，我们常常不得不采用过大的安全系数来“拍脑袋”保证万无一失，这导致结构往往设计得过于笨重和昂贵。这本书深入探讨了结构阻尼的实际来源，比如材料阻尼、辐射阻尼和内部摩擦，而不是简单地套用一个固定的“粘滞阻尼比”。通过对**阻尼机制的透彻理解**，我能更精确地估计结构的能量耗散能力，从而在保证安全的前提下，对某些环节进行更加经济的优化。它教会了我如何“精确地保守”，而不是“盲目地保守”。此外，书中对**时间步进法和频域方法的对比分析**，也让我对不同计算策略的优缺点有了清晰的认识，避免了在选择数值求解器时陷入不必要的困境。这是一本让你从“新手运气”走向“专家判断”的进阶指南。

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