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页数:134

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出版时间:2008-4

价格:22.00元

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isbn号码:9787807082675

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• 水工结构
• 流激振动
• 水弹性
• 模型研究
• 工程应用
• 振动分析
• 结构工程
• 水利工程
• 数值模拟
• 有限元

水工结构流激振动水弹性模型研究及应用实例 引言 水工结构，作为人类改造水域、利用水能的重要载体，其稳定性与安全性至关重要。然而，在水流的长期作用下，许多水工结构都可能面临流激振动这一严峻挑战。流激振动不仅会影响结构的正常运行，甚至可能导致结构发生破坏，造成严重的经济损失和人员伤亡。因此，深入理解流激振动的机理，建立可靠的水弹性模型，并将其应用于实际工程，是确保水工结构安全的关键。 本书聚焦于水工结构在流体作用下产生的振动现象，特别是从水弹性力学的角度，对该领域进行了系统性的研究。水弹性力学是研究流体与弹性体相互作用的学科，它将流体力学和固体力学有机地结合起来，能够更准确地描述流激振动的复杂行为。本书旨在通过对现有研究成果的梳理、新模型的建立以及典型案例的分析，为水工结构的设计、评估和加固提供科学的理论指导和实用的工程参考。 内容概要 本书内容涵盖了水工结构流激振动研究的多个重要方面，具体可以分为以下几个主要部分： 第一部分：流激振动的基本理论与机理 流激振动概述： 详细阐述流激振动的定义、分类及其在水工结构领域的重要性。介绍常见的流激振动现象，如涡激振动、拍击振动、颤振等，并分析其发生的基本条件。 流体力学基础： 回顾与水工结构流激振动相关的流体力学基本概念，包括流体性质、流场特性、边界层理论、分离流理论、尾流特性等。重点介绍影响结构振动的流场参数，如流速、流向、粘度等。 结构动力学基础： 介绍水工结构动力学基本理论，包括结构的自由振动、强迫振动、阻尼、模态分析等。强调结构动力特性（如质量、刚度、阻尼）对流激振动响应的影响。 水弹性耦合机理： 深入探讨流体与弹性体之间的相互作用机理。分析流体压力、剪切力等对结构变形的影响，以及结构变形又如何反作用于流场，形成耦合效应。介绍不同耦合形式（如弱耦合、强耦合）的特点。 第二部分：水工结构流激振动的水弹性模型建立 模型研究方法概述： 介绍水弹性模型研究的常用方法，包括理论分析法、数值模拟法和试验研究法。分析各种方法的优缺点及其适用范围。 理论模型分析： 简化模型： 介绍基于简化假设的解析模型，如有限梁模型、面板模型等，用于初步分析结构的流激振动响应。 耦合模型： 详细介绍如何将流体力学方程组（如Navier-Stokes方程）与结构动力学方程组耦合，构建完整的流固耦合模型。 水弹性方程推导： 演示针对特定水工结构（如水下管道、桥梁墩柱、闸门等）如何推导其水弹性方程，并分析方程中的关键参数。 数值模拟方法： 有限元方法（FEM）在结构动力学中的应用： 介绍如何使用有限元方法离散化结构模型，求解结构动力学方程。 计算流体力学（CFD）在流场模拟中的应用： 介绍如何使用CFD技术模拟流体流动，捕捉流场与结构相互作用的关键信息。 流固耦合（FSI）数值模拟技术： 重点介绍常用的FSI数值模拟方法，如基于迭代的耦合方法、一体化求解方法等。阐述其在模拟复杂水弹性现象中的优势。 试验模型研究： 模型试验设计： 介绍水弹性模型试验的设计原则，包括相似准则的选择（如雷诺数、弗劳德数、马赫数等）、缩尺效应的考虑。 试验设备与技术： 介绍常用的模型试验设备，如风洞、水槽、振动台等，以及数据采集与处理技术（如PIV、DIC等）。 模型试验数据分析： 探讨如何通过模型试验数据验证数值模拟结果，并从中提取关键的水弹性参数。 第三部分：水工结构流激振动的典型应用实例分析 水下结构（如输水管道、海底电缆）的流激振动： 案例分析： 以实际工程项目为例，分析水下结构在洋流、潮汐作用下的涡激振动和拍击振动。 模型应用： 演示如何利用建立的水弹性模型预测水下结构的振动响应，评估其疲劳寿命，并提出减振措施。 桥梁结构（如桥墩、桥面板）的流激振动： 案例分析： 探讨桥梁结构在河流、海浪作用下可能发生的流激振动，特别是大跨度桥梁在强风或洪水情况下的风险。 模型应用： 展示如何通过流固耦合模型模拟桥梁结构在水流冲击下的动力响应，评估其抗风抗浪能力。 水利枢纽结构（如闸门、溢流堰、水轮发电机组）的流激振动： 案例分析： 分析闸门启闭过程中、溢流坝下游、水轮发电机组进水口等处可能发生的流激振动，这些振动可能导致结构损坏或效率下降。 模型应用： 演示如何利用水弹性模型分析这些结构的水力振动问题，优化设计参数，确保结构的稳定运行。 海洋工程结构（如海上平台、风力发电机基础）的流激振动： 案例分析： 重点关注海洋环境中波浪和洋流对海上平台和风力发电机基础产生的复杂流激振动。 模型应用： 展示如何利用高精度流固耦合模型模拟这些结构在极端海洋条件下的响应，评估其长期服役性能。 第四部分：流激振动的减振与控制 被动减振技术： 介绍阻尼器、调谐质量阻尼器（TMD）、翼片、表面改性等被动减振措施，并分析其减振效果。 主动减振技术： 探讨基于传感器反馈的主动控制策略，通过施加外部力来抵消结构的振动。 结构优化设计： 分析如何通过调整结构的几何形状、材料特性等参数，从源头上降低流激振动的发生概率和振动幅值。 工程实践中的减振策略： 结合实际工程案例，总结有效的流激振动减振策略。 结论与展望 本书对水工结构流激振动的水弹性模型研究进行了系统性的梳理和深入的探讨，并结合了多个典型应用实例，展示了模型在工程实践中的价值。展望未来，流激振动的水弹性模型研究将继续朝着更高精度、更高效能、更智能化的方向发展。研究的重点将进一步集中在复杂几何结构、非线性流动、多场耦合（如热-流-固耦合）以及考虑材料老化和损伤等问题。随着计算能力的不断提升和数值方法的持续发展，更精细、更全面的流激振动预测和评估将成为可能，为水工结构的长期安全稳定运行提供更坚实的技术保障。 关键词： 水工结构，流激振动，水弹性力学，流固耦合，数值模拟，模型试验，减振控制，海洋工程，桥梁工程，水下结构。

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**评价三** 这本书的文献综述部分，在我看来，处理得略显保守和片面。虽然罗列了大量的早期经典文献，也引用了一些近期的国际顶尖期刊成果，但对于一些新兴的、可能挑战传统理论框架的研究方向，似乎存在明显的回避或者轻描淡写。特别是关于非线性响应和随机激励下的长期稳定性分析，目前学术界已经出现了一些新的建模范式，例如基于信息熵和复杂性科学的视角，这本书中却鲜有提及，或者提及的篇幅短到几乎可以忽略不计。这让读者不禁怀疑，作者是否完全捕捉到了当前该领域最活跃的研究前沿。一本优秀的参考书，不仅要总结过去，更要指出未来的发展方向和潜在的争议焦点。遗憾的是，这本书在构建这种前瞻性的视野方面，显得力不从心，略显滞后。

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**评价五** 总的来说，这本书的语言风格偏向于一种冷峻的学术叙事，缺乏必要的“人情味”和案例的生动性。它像是一个精心搭建的精密仪器，功能强大，但操作界面过于冰冷。在讨论到一些极端破坏案例或罕见现象时，作者仅仅是罗列了观测数据和计算结果，而没有花笔墨去描绘这些事件对设计理念和安全规范产生的深刻教训与反思。这种缺失使得阅读过程变得枯燥乏味，读者的情感共鸣难以被激发。优秀的工程著作应当能够将冰冷的数字和抽象的理论，转化为触动人心的工程故事。这本书在这方面的努力似乎不足，它停留在对“结构”本身的剖析，却忽略了“结构”与其所处环境以及其背后人类安全关切之间的动态联系。

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**评价二** 我花了相当长的时间来消化这本书的引言部分，但坦率地说，它未能成功地在宏观层面勾勒出一个引人入胜的研究图景。作者似乎过于急于展示其研究的深度和广度，导致在开篇便抛出了一系列高深莫测的专业术语和复杂的数学符号，缺乏一种循序渐进的引导。这使得非本专业背景的同行人士，甚至是一些跨学科的研究人员，可能会望而却步。如果作者能够用更具亲和力的方式，比如通过引入一个与日常生活息息相关的工程案例，来阐述结构动力学在水利工程中的实际重要性和紧迫性，那么这本书的吸引力无疑会大大增强。现在的开篇，更像是直接将读者推入了一个技术细节的深潭，而不是邀请他们共同探索一个前沿领域。它缺少那种“为什么我们必须研究这个”的强烈驱动力，仅仅停留在“我们如何研究这个”的技术层面展示。

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**评价四** 书中关于计算方法的描述，特别是数值模拟的细节，存在相当程度的模糊性。虽然在特定的章节中提到了所采用的软件平台和离散化策略，但对于模型参数的敏感性分析，以及不同边界条件组合下计算结果的收敛性验证，阐述得不够详尽。例如，在处理水体与结构相互作用的耦合界面时，阻尼矩阵的选取是至关重要的，但书中仅仅给出了一个经验性的取值范围，并未深入探讨如何根据实际工况（例如泥沙含量、水流速度的剧烈变化）来动态调整这些参数，以确保计算结果的可靠性。这种“黑箱式”的介绍，让实际工程技术人员难以在自己的项目中复现或优化这些计算流程，大大削弱了教材的实用价值和可信度，让人感觉它更像是一个理论演示集，而非一个可供实操的工程手册。

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**评价一** 这本书的装帧设计，坦白讲，着实有点让人摸不着头脑。封面的配色选得过于暗淡，那种深灰与墨绿的搭配，初看之下，给人的感觉更像是一本关于地质勘探的专著，而非专注于水工结构动态特性的学术力作。内页的纸张质感倒是无可指摘，印刷清晰度也达到了专业水准，这一点值得肯定。然而，章节之间的过渡处理显得有些生硬，似乎是匆忙赶工的痕迹。比如，某个关键理论的引入，前一页还在详述基础力学原理，下一页就直接跳跃到了复杂的有限元网格划分，中间缺少了一个必要的“桥梁性”的总结或承上启下的过渡性论述。对于初次接触该领域的读者来说，这种处理方式无疑会增加理解的难度，迫使读者需要花费额外的精力去自行构建这种逻辑链条。此外，排版上对于图表的引用也显得不够灵活，有些关键的公式或示意图被放置在页脚，而正文却大段留白，影响了阅读的连贯性和沉浸感，实在是很影响体验。

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