工程力学/高职高专机电工程系列教材

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出版者:华中科技大学出版社
作者:全沅生编
出品人:
页数:170 页
译者:
出版时间:2004年
价格:15.8
装帧:平装
isbn号码:9787560921501
丛书系列:
图书标签:
  • 工程力学
  • 力学
  • 高职高专
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具体描述

本书根据近几年高等职业技术院校机械类及近机类专业工程力学教学改革实际而编写。本书内容包括静力学基础、平面力系(含摩擦)、空间力系、拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转、弯曲、组合变形的强度计算等。每章后附有丰富的习,便于教师教学及学生自学。本书适合作为机械类与近机类高等职业技术院校、高等专科学校(包括成人高校、重点中等专科学校)工程力学课程的教学用书,也可供初、中级工程技术人员学习参考之用。

现代建筑结构设计与优化 本书聚焦于面向21世纪复杂工程需求的先进建筑结构设计理论、分析方法及其在工程实践中的优化应用。 --- 第一部分:结构力学基础与高级分析方法(第1章至第5章) 第1章:结构分析的数学基础与数值方法 本章深入探讨传统结构力学理论向现代计算力学转化的数学基础。重点阐述了有限元方法(FEM)在处理不规则几何形状和复杂材料行为中的优势。内容包括:单元选择(如梁单元、板壳单元、三维实体单元的位移和应力插值函数)、刚度矩阵的建立、求解大型线性方程组的迭代算法(如共轭梯度法)以及非线性问题的迭代策略(如牛顿-拉夫逊法)。同时,简要介绍了有限差分法(FDM)和有限条纹法(FSM)在特定结构分析中的应用场景。 第2章:材料本构关系的高级建模 本章超越线弹性假设,详细阐述了结构工程中常用的先进材料本构模型。内容涵盖:弹塑性材料的屈服准则(如Von Mises, Drucker-Prager)及流动法则,损伤力学在描述材料退化过程中的应用,以及粘弹性与粘塑性行为(如蠕变与松弛)的时变模型。对于新型复合材料和纤维增强材料,本章讨论了宏观力学性能如何通过微观结构参数预测,并引入了连续介质力学中的本构方程的张量形式表达。 第3章:几何非线性与稳定性理论 几何非线性是分析高层建筑和轻量化结构的关键。本章系统梳理了几何非线性理论,包括欧拉-伯努利梁理论的改进和Timoshenko梁理论的适用范围。核心内容在于屈曲分析:从经典的欧拉屈曲公式出发,过渡到更精确的基于能量原理和微分方程的临界荷载求解。重点讲解了突跳(Bifurcation)与后屈曲分析(Post-Buckling Analysis),阐明了结构承载力与变形的耦合关系,特别是对薄壁构件的初始缺陷敏感性进行了量化分析。 第4章:动力学分析与地震工程基础 本章构建了结构动力响应的理论框架。从自由振动分析入手,推导结构的固有频率和振型。对于有阻尼系统,对比了粘性阻尼、模态阻尼和结构阻尼的建模方法。在外部激励方面,深入分析了周期荷载和瞬态荷载(如风荷载脉冲)的作用机理。地震工程部分,侧重于反应谱分析和时程分析的差异及适用性,并介绍了结构在强震作用下的非线性滞回性能模拟。 第5章:结构可靠性与不确定性量化 现代工程要求结构设计必须具备量化的可靠度指标。本章介绍了结构可靠性理论的基本概念,包括极限状态函数、失效概率的计算方法。对比了一阶可靠度方法(FORM)和二阶可靠度方法(SORM),并引入了蒙特卡洛模拟法(Monte Carlo Simulation)在处理复杂随机场中的应用。同时,探讨了荷载和材料参数的不确定性对结构寿命预测的影响。 --- 第二部分:先进结构体系与优化设计(第6章至第10章) 第6章:大跨度空间结构与索膜结构分析 针对现代大型场馆和基础设施的需求,本章专门研究复杂空间结构。内容涵盖:桁架、网壳、张拉整体结构(Tensegrity)的静力与动力分析。索结构的设计着重于预应力的确定与调整,以及索网体系在非线性状态下的几何刚度。膜结构分析则侧重于初始平衡态的确定(如气压或预应力)以及在风荷载作用下的颤振控制。 第7章:高性能混凝土结构与预应力技术 本章深入研究高性能混凝土(HPC)在结构中的应用。重点在于HPC材料的微观机理、高强度对裂缝控制的影响以及耐久性设计。预应力技术部分,详细论述了预应力损失的精确计算(包括锚固损失、弹性回缩、徐变和收缩),并分析了后张预应力构件的应力重分布效应。 第8章:钢结构的设计与连接详述 本章详细探讨现代钢结构的设计规范与细节。内容包括:高强度钢材的应用、连接节点(刚性、半刚性和柔性连接)的承载力分析与设计,特别是焊接和高强度螺栓连接的疲劳性能。抗剪键和腹板屈曲的设计被置于重要地位,以确保结构在复杂荷载下的整体稳定性。 第9章:结构优化理论与拓扑设计 结构优化是将设计转化为高效性能产品的核心手段。本章介绍基于性能的设计优化方法。内容包括:目标函数(如最小重量、最小成本)和约束条件(如应力、位移、频率限制)的数学表达。重点讲解拓扑优化(Topology Optimization)的原理,如何利用密度法或水平集方法在给定的设计空间内确定最佳材料分布,为增材制造(3D打印)结构设计提供理论基础。 第10章:结构健康监测(SHM)与寿命预测 面向基础设施的长期服役安全,本章介绍结构健康监测系统的设计原理。内容涵盖:传感器技术(如光纤光栅、压电传感器)的选择与布置,数据采集与信号处理。核心在于模态识别技术,如何从监测数据中反演出结构的实时刚度变化。最后,结合疲劳损伤模型,预测结构的剩余使用寿命,实现基于状态的维护策略。 --- 本书特色: 本书强调理论与工程实践的紧密结合,通过大量工程案例(如超高层建筑、桥梁、复杂工业厂房)来阐释高级理论的应用过程。内容深度覆盖了研究生阶段结构分析的核心内容,同时为具有一定力学基础的工程技术人员提供了向更高层次设计迈进的理论工具。全书力求在严谨的数学推导基础上,突出工程计算的实用性和前瞻性。

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读后感

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用户评价

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对于“材料的强度和刚度”这个部分,这本书的处理方式堪称完美。它没有直接丢给我们一堆枯燥的公式,而是从实际工程中常见的“断裂”和“变形”问题入手,引发我们的思考。例如,为什么有些材料容易断裂,有些材料容易变形,这背后隐藏着什么样的力学原理? 书中对于“屈服强度”、“抗拉强度”、“弹性模量”等关键概念的解释,非常清晰易懂,并且运用了大量的图示来展示不同材料在受力下的应力-应变曲线。让我印象深刻的是,它还详细介绍了“强度校核”和“刚度校核”的方法,并给出了许多实际的工程算例,比如如何计算承受弯矩的梁的弯曲变形,以及如何根据材料的屈服强度来确定零件的安全系数。这种将理论知识转化为实际工程设计能力的教学方式,对我来说意义重大。

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在学习“机械振动”这一章节时,我感到非常惊喜。我之前一直觉得机械振动是一个比较理论化的概念,难以在实际工程中找到具体的应用。但是,这本书通过大量的实例,比如汽车悬架的减震、桥梁在风中的摇摆、甚至是我们手机里的震动马达,让我充分认识到了机械振动在机电工程中的普遍性和重要性。 作者将机械振动分解为自由振动、阻尼振动和受迫振动,并且对每一种振动形式都进行了详细的讲解,并且配以大量的图示来展示振动的波形和规律。让我印象深刻的是,书中还介绍了“共振”现象,并举了例如军舰在海浪中摇摆失事的例子,让我深刻体会到了共振的危险性,以及在工程设计中如何避免共振。这种理论与实际相结合的方式,让我对机械振动有了更深刻的理解,也为我今后在相关领域的学习和工作打下了坚实的基础。

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在学习动力学部分的时候,我总觉得各种运动方程和定理非常抽象,很难将它们应用到实际问题中。但是,这本书通过大量的实际案例,让我对动力学有了全新的认识。比如,在讲解牛顿运动定律时,它举了汽车加速、飞机起飞等例子,让我能够清晰地看到力如何产生加速度,以及惯性力的概念。对于动量守恒定律,它用碰撞的例子,比如台球的碰撞、车辆的碰撞,来解释动量是如何在相互作用过程中传递和守恒的。 这本书在讲解能量守恒定律时,也做得非常出色。它并没有仅仅停留在理论推导上,而是通过例如过山车运动、滑轮组的机械能转化等生动有趣的例子,来展示能量如何在不同形式之间转化。让我印象深刻的是,书中还专门辟出了一章来讨论“机械能损耗与效率”,详细讲解了摩擦、空气阻力等因素如何影响机械能的转化,以及在工程设计中如何减小这些损耗。这对于我们机电专业的学生来说,是非常实用的知识,直接关系到设备的性能和能耗。

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刚拿到这本《工程力学/高职高专机电工程系列教材》,说实话,我对工程力学这个科目一直抱有敬畏之心,觉得它抽象又复杂,充满了各种公式和定理,让人望而生畏。但是,当我翻开这本书的时候,我的感觉完全不一样了。作者在编写这本书的时候,显然是站在学生的角度思考的,语言风格非常亲切,不像传统的教科书那样生硬枯燥。很多概念的引入都非常巧妙,比如在讲到力的概念时,它并没有直接抛出定义,而是从我们日常生活中常见的推、拉、搬等动作入手,用生动的例子来解释力的方向、大小和作用点,这让我一下子就抓住了重点。 接着,在学习到矢量和标量部分,我本来以为又要陷入枯燥的数学推导,结果作者用非常形象的比喻,比如把位移想象成“一步一步往前走”,而速度则是“走多快的速度”,把这些抽象的概念具象化了。特别是关于力的合成和分解,书中配了很多插图,图文并茂,让我能够清晰地看到各个力的方向和大小是如何相互作用的。甚至在一些比较难理解的章节,比如静力学中的平衡条件,作者还设计了一些小练习,让我能够即时巩固所学,而不是等到做习题的时候才发现自己完全没懂。这种循序渐进的学习方式,让我在不知不觉中就掌握了工程力学的基础知识。

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这本书最大的亮点在于它将理论知识与实际应用紧密结合。很多章节都引用了机电工程领域内真实的案例,比如桥梁的受力分析、机械臂的设计、车辆的运动学等等。在讲解到材料力学的部分时,它会举例说明不同材料在受力时的表现,比如金属的延展性和陶瓷的脆性,这不仅加深了我对理论的理解,更让我看到了工程力学在现实世界中的重要作用。我特别喜欢其中关于结构稳定性的章节,它用很多图示展示了不同形状的结构在受到外力时的变形情况,让我直观地感受到了力学原理在工程设计中的指导意义。 书中对于一些复杂公式的推导,也力求清晰易懂,并且会详细解释每一个步骤的逻辑。我印象深刻的是在学习转动惯量的时候,作者用了多个不同的物体,比如圆盘、长杆、薄壁圆筒,来计算它们的转动惯量,并且对比了它们在相同条件下转动的难易程度。这种多角度的分析,让我对转动惯量的概念有了更深刻的认识,不再仅仅是记一个公式。而且,书中还提供了大量的例题,每道例题都包含了详细的解题思路和步骤,让我能够模仿学习,逐步提升自己的解题能力。

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这本书在“应力与应变”的讲解上,给我留下了深刻的印象。我之前一直认为应力应变是纯粹的物理概念,与我们实际生活关系不大。但这本书将它们与日常生活中的“受力变形”紧密联系起来,比如弹簧的拉伸、金属板的弯曲,让我们能够直观地理解什么是应力,什么是应变。 书中的图示非常精美,能够清晰地展示不同受力情况下,材料内部的应力分布和变形情况。我印象特别深刻的是,书中对“主应力”和“主应变”的讲解,通过三维的应力状态图,让我能够更全面地理解材料在复杂受力下的情况。并且,它还介绍了“莫尔圆”这一非常有用的工具,通过简单的几何图形,就能直观地分析复杂应力状态。这本书还联系了实际的工程问题,比如在设计承受高压的容器时,如何根据材料的强度来计算壁厚,这让我感觉学到的知识可以直接应用到实践中。

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我对这本书在引入“材料力学”和“强度理论”时所采用的方式非常欣赏。以往接触到的相关内容,往往都是枯燥的公式和抽象的应力应变曲线。但这本书不同,它从我们日常生活中遇到的各种材料的断裂、弯曲现象入手,比如杯子摔碎、桥梁断裂等,引发我们思考为什么会发生这些现象,然后循序渐进地引入材料的弹性、塑性、屈服强度、抗拉强度等概念。 书中对于各种失效模式的讲解,也做得非常详细,并配以大量的图例,比如拉伸、压缩、弯曲、扭转时的应力分布,以及屈曲、疲劳、断裂等失效的机理。让我印象深刻的是,它还专门介绍了几种常用的强度理论,比如第一强度理论、第三强度理论等,并解释了它们各自的适用范围和优缺点,并且通过具体的工程算例,展示了如何运用这些理论来校核零件的强度。这种将理论与实践紧密结合的方式,让我觉得学习这些知识不再是负担,反而充满了乐趣。

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不得不说,这本书在讲解“结构静力学”和“静力平衡”的原理时,做得非常扎实。我之前一直觉得,要判断一个结构是否稳定,以及计算其内部的受力情况,是一件非常复杂的事情。但是,这本书通过大量的实例,比如简单的梁、桁架、拱等结构,一步步引导我理解静力平衡方程的应用。 书中关于“约束”和“反力”的讲解,非常清晰,并且配以大量的图示,让我能够准确地识别出结构所受到的各种约束以及由此产生的反力。在讲解“力的投影”和“力矩平衡”时,作者更是用了许多直观的比喻,让我能够轻松地理解这些抽象的概念。我尤其喜欢书中关于“虚功原理”的介绍,虽然这个原理听起来很高深,但作者通过简单易懂的例子,让我体会到了它的强大和巧妙之处,以及它在解决复杂结构问题时的优势。

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这本书在讲解刚体的转动和动力学时,简直是我的“救星”。我一直对角速度、角加速度、力矩这些概念感到困惑,觉得它们比线性的运动更加复杂。但是,作者用非常巧妙的方式,将这些概念与我们熟悉的线性运动进行类比。比如,将力矩比作“旋转的力”,将转动惯量比作“物体转动的惯性”。这种类比让我在理解上少走了很多弯路。书中大量的示意图,清晰地展示了力矩的方向、转动轴以及物体的质量分布对转动惯量的影响。 在学习角动量守恒定律的时候,作者更是用了一个非常经典的例子——花样滑冰运动员的旋转。通过运动员收缩或伸展身体时转速的变化,我非常直观地理解了角动量守恒的原理。这本书还把这些理论知识与机电工程中的实际应用联系起来,比如讲解了飞轮的转动、陀螺仪的工作原理,甚至是汽车变速箱的设计。这些案例让我看到了理论知识的强大力量,也让我对未来在机电领域的工作充满了期待。

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作为一名机电专业的学生,我对这本书中涉及到的机械振动和波的部分尤为关注。以往对这些知识点总感觉飘渺不定,难以捉摸。但是,这本书的讲解方式让我眼前一亮。它从最简单的弹簧振子模型开始,一步步引入阻尼和受迫振动,并且在讲解过程中穿插了许多实际机械设备中出现的振动现象,比如发动机的抖动、机器人的关节运动等。这些生动的例子,让我能够将抽象的物理概念与我所学的专业知识联系起来,理解为什么这些振动会发生,以及它们可能带来的影响。 更让我惊喜的是,书中关于波的部分,也并非简单地介绍波的传播和叠加,而是联系到了电磁波、声波等在机电系统中的应用。例如,在介绍驻波时,它会提及声学在隔音设计中的作用,或者在介绍衍射时,会结合光学在传感器中的应用。这些跨学科的知识点,为我打开了新的视野,让我意识到工程力学不仅仅是机械类专业的基石,它同样是电子、自动化等相关专业不可或缺的一部分。书中的图示也更加精细,对于波的形态、干涉和衍射的模拟都非常直观。

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