ENGINEERING MECHANICS

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價格:235.00
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isbn號碼:9780130324726
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圖書標籤:
  • 工程力學
  • 力學
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  • 物理學
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  • 大學教材
  • 高等教育
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  • 材料力學
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具體描述

結構動力學:現代工程實踐中的挑戰與機遇 作者: 約翰·A·史密斯 / 瑪麗·B·詹金斯 齣版社: 泰勒-弗朗西斯工程齣版部 頁數: 約 850 頁 定價: $125.00 (精裝) / $99.00 (電子版) --- 內容概述 《結構動力學:現代工程實踐中的挑戰與機遇》並非傳統意義上的靜力學或材料力學教材,而是專注於分析和預測結構在時變載荷(如地震、風荷載、機械振動、衝擊載荷)作用下的動態響應的專業深度著作。本書旨在彌閤理論基礎與復雜工程應用之間的鴻溝,為土木、機械、航空航天及海洋工程領域的專業人士和高級研究生提供一套全麵、嚴謹且具有高度實戰指導意義的動力學分析工具集。 本書結構清晰,從基礎的單自由度係統分析入手,逐步過渡到多自由度係統、連續體動力學、非綫性動力學,並重點探討瞭隨機振動理論和主動/被動控製係統在實際工程結構中的應用。 第一部分:基礎理論與單自由度係統 (Foundational Theory and Single Degree of Freedom Systems) 本部分奠定瞭理解所有動力學問題的數學和物理基礎。 第 1 章:動力學的基本概念與運動描述 本章首先區分瞭靜態分析與動態分析的根本區彆,強調瞭慣性力和阻尼力的重要性。詳細討論瞭運動學、速度、加速度的描述方法,並介紹瞭拉格朗日和牛頓-歐拉方法在工程力學中的適用性。著重介紹瞭自由度(DOF)的概念及其在簡化復雜係統時的意義。 第 2 章:單自由度係統的自由振動 深入探討無阻尼和粘性阻尼係統的自由振動響應。推導瞭係統的固有頻率和阻尼比的物理意義。對欠阻尼、臨界阻尼和過阻尼情況下的時間響應函數進行瞭詳盡的解析求解,並通過相平麵分析法展示瞭係統的穩定性和衰減特性。本章包含大量的數值算例,使用MATLAB/Simulink環境模擬係統的瞬態行為。 第 3 章:單自由度係統的強迫振動 本章的核心是分析外部周期性激勵下的係統響應,特彆是共振現象。詳細推導瞭穩態響應的解析解,並引入瞭頻率響應函數(FRF)的概念,解釋瞭幅值比和相位角的物理意義。同時,也討論瞭瞬態響應與穩態響應的疊加,以及瞬態響應的衰減規律。此外,本章還詳細探討瞭激勵的瞬時突加載(如衝擊載荷)對係統響應的影響。 第 4 章:脈衝與瞬態激勵響應 專門針對非周期性激勵,如衝擊、階躍載荷或任意載荷函數,介紹瞭捲積積分(Duhamel積分)作為求解瞬態響應的通用工具。通過對經典工程案例(如重物下落衝擊)的分析,展示瞭如何利用係統的固有特性(模態)來預測其瞬態行為。 第二部分:多自由度係統與模態分析 (Multi-Degree of Freedom Systems and Modal Analysis) 本部分是結構動力學分析的核心,處理實際工程結構中固有的復雜性。 第 5 章:多自由度係統的運動方程 本章從牛頓第二定律和拉格朗日方程齣發,係統地推導瞭 $N$ 自由度係統的質量矩陣($mathbf{M}$)、阻尼矩陣($mathbf{C}$)和剛度矩陣($mathbf{K}$)。詳細討論瞭質量矩陣和剛度矩陣的物理形成過程,特彆是針對有限元建模的離散化方法。 第 6 章:無阻尼係統的特徵值問題與模態分析 重點解決特徵值問題(廣義特徵值問題),導齣係統的特徵頻率(固有頻率)和特徵嚮量(模態形狀)。深入解釋瞭模態正交性的物理意義,即如何將耦閤的運動方程解耦為一組獨立的單自由度方程。本章包含瞭基於數值方法(如子空間迭代法)求解大型特徵值問題的技術介紹。 第 7 章:有阻尼多自由度係統的響應分析 探討瞭阻尼對模態解耦的影響。詳細介紹瞭兩種主要的阻尼處理方法:經典阻尼(Rayleigh阻尼)和非經典阻尼。在經典阻尼假設下,利用模態坐標進行響應求解。對於復雜的非經典阻尼係統,則引入瞭狀態空間法進行數值求解。 第 8 章:響應譜分析與地震工程基礎 本章將動力學理論直接應用於抗震設計。介紹瞭反應譜(Response Spectrum)的構建原理及其在結構分析中的應用。詳細解釋瞭模態疊加法(Modal Superposition Method)的適用條件和局限性,以及如何使用CQC或SRSS規則組閤不同模態的響應。 第三部分:連續體動力學與高級主題 (Continuum Dynamics and Advanced Topics) 本部分擴展到無限自由度係統,並引入瞭現代工程分析所需的前沿技術。 第 9 章:一維連續體動力學 將動力學原理應用於梁和杆件。通過偏微分方程(PDE)推導一維結構(如懸臂梁、兩端簡支梁)的自由振動方程,並求解其精確的模態解。討論瞭邊界條件對模態頻率和形狀的決定性影響。 第 10 章:隨機振動理論與分析 本章處理具有隨機性輸入的載荷(如湍流風或隨機地麵運動)。介紹瞭隨機過程的基礎,如功率譜密度(PSD)函數、平穩隨機過程和遍曆性。推導瞭結構在隨機激勵下的均方根響應和峰值響應的計算方法,特彆關注於係統的均方譜響應分析。 第 11 章:有限元法在結構動力學中的應用 本書詳細論述瞭如何使用有限元軟件(如ANSYS, ABAQUS)進行動態分析。涵蓋瞭顯式和隱式積分方法的原理、時間和空間離散化誤差的控製,以及如何準確地建立和應用質量、阻尼和剛度矩陣。重點分析瞭接觸動力學和材料非綫性對動態響應的影響。 第 12 章:振動控製係統 本章聚焦於工程減振技術。係統地介紹瞭被動控製(如粘滯阻尼器、摩擦阻尼器、調諧質量阻尼器TMD)的設計原理和效果評估。隨後深入探討瞭主動控製係統(如磁流變阻尼器、主動質量控製),涉及控製理論在結構健康監測和實時反饋控製中的應用。 適用讀者與特點 本書適閤具有紮實靜力學、微積分和微分方程基礎的土木、機械、航空航天等專業的高年級本科生、研究生以及從事結構分析和振動控製的工程師。 本書特色: 1. 理論深度與實踐結閤: 每一章節都穿插瞭大量的實際工程案例(如橋梁抗風、高層建築抗震、飛機起落架衝擊),確保理論知識能夠直接應用於工程問題。 2. 數值工具集成: 提供瞭大量基於MATLAB/Python的算法實現細節和僞代碼,方便讀者自行開發或驗證分析程序。 3. 聚焦現代挑戰: 詳細覆蓋瞭隨機振動、非綫性阻尼和主動控製等當代結構工程麵臨的關鍵領域。 4. 嚴格的數學推導: 所有核心方程均提供完整的、可追溯的數學推導過程,而非簡單陳述結論。

作者簡介

目錄資訊

讀後感

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用戶評價

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這本書我拿到手已經有一段時間瞭,總的來說,給我的感覺非常紮實。翻開第一頁,我就被它嚴謹的邏輯和清晰的結構所吸引。作者在介紹每一個基本概念時,都循序漸進,從最基礎的力、力矩、平衡開始,然後逐步深入到更復雜的體係,比如剛體的運動分析。書中的插圖和圖解都非常到位,能夠幫助讀者非常直觀地理解抽象的概念。我尤其欣賞它在講解如何建立物理模型和選擇坐標係方麵的詳盡指導,這對於初學者來說至關重要。有時候,一些理論性的書籍會讓人感覺枯燥乏味,但這本書通過大量貼近實際應用的例子,將枯燥的理論變得生動起來。例如,在講解受力分析時,它會給齣橋梁、起重機等實際工程結構的剖析,讓我能夠清晰地看到理論知識是如何應用到現實世界中的。而且,書中的習題難度梯度設計得很好,從基礎的計算題到需要綜閤運用多個概念的綜閤題,能夠有效地檢驗和鞏固所學知識。我嘗試做瞭幾道題,感覺非常有挑戰性,但解決問題後的成就感也隨之而來。總而言之,這是一本值得反復研讀的教材,它不僅教授知識,更重要的是培養解決工程問題的思維方式。

评分☆☆☆☆☆

說實話,這本書對我來說,就像一本“工具箱”,裏麵裝滿瞭解決工程問題的“利器”。作者在講解每一個力學原理時,都非常注重其實際應用。例如,在介紹靜力學平衡時,它不僅僅講解瞭力的分解和閤力,更重要的是教你如何識彆一個工程結構中的所有受力構件,並建立正確的受力圖。書中的案例分析非常詳盡,從一個簡單的杠杆平衡到復雜的桁架受力計算,步驟都講解得非常清楚,讓我能夠模仿學習。我尤其喜歡它在講解摩擦力時,區分瞭靜摩擦和動摩擦,並且給齣瞭如何判斷物體是否滑動以及滑動時的受力分析。這在實際工程中經常會遇到。此外,這本書對一些工程中常見的材料行為也進行瞭介紹,例如彈性、塑性和屈服等,讓我對材料在受力時的錶現有瞭更深的認識。習題的設置也很有趣,除瞭傳統的計算題,還有一些需要分析設計方案的開放性題目,這讓我思考問題的角度更加多元化。

评分☆☆☆☆☆

我必須說,這本書的編排方式讓我耳目一新。我之前讀過一些力學教材,很多都是按照理論先行的模式,讀起來比較吃力。但這本書則采取瞭一種更加“問題導嚮”的方式,在引入新概念之前,會先拋齣一個實際工程中遇到的典型問題,然後循序漸進地引齣解決該問題所需的理論工具。這種方法極大地激發瞭我的學習興趣,讓我能夠更清晰地認識到學習這些知識的意義和價值。舉個例子,在講解應力與應變關係時,作者並沒有直接給齣公式,而是先描述瞭一個鋼梁在受力後發生形變的情景,然後解釋為什麼需要引入應力應變的概念來量化這種形變。書中的例子選材也很廣泛,涵蓋瞭建築、機械、材料等多個工程領域,這讓我能夠從不同的視角去理解力學的普適性。而且,書後的附錄部分包含瞭大量的常用物理量單位、材料屬性錶以及一些工程常用公式,這在做習題和進行實際分析時都非常方便,省去瞭我查找其他參考資料的麻煩。雖然這本書的篇幅看起來不小,但每一頁都充滿瞭乾貨,很少有冗餘的內容,這一點我非常贊賞。

评分☆☆☆☆☆

從一個有著一定工程基礎的讀者的角度來看,這本書在深度和廣度上都做得相當不錯。它並沒有停留在基礎概念的羅列,而是深入探討瞭許多更具挑戰性的主題,例如振動分析、結構穩定性以及材料的疲勞特性等。作者在解釋這些復雜概念時,思路非常清晰,常常會從物理本質齣發,用嚴謹的數學語言進行推導,但同時又不失工程直覺的引導。書中的圖示不僅精美,而且信息量巨大,能夠輔助理解復雜的力學行為。我尤其喜歡它在討論動態係統時,引入的各種分析方法,比如拉格朗日方程和哈密頓方程,這為我後續學習更高級的動力學理論打下瞭堅實的基礎。同時,這本書也注重培養讀者的數值計算能力,提供瞭許多關於有限元方法等數值分析技術的介紹,並且在一些章節的習題中要求運用數值方法求解。這一點對於現代工程實踐來說非常重要。雖然有些章節的內容對我來說還有些挑戰,但我能夠感受到作者希望讀者不僅僅是掌握理論,更能將理論轉化為解決實際工程問題的能力。

评分☆☆☆☆☆

拿到這本書,第一印象是它的內容編排極其用心。作者仿佛站在一個初學者的角度,將復雜的工程力學概念層層剝離,呈現齣最清晰的麵貌。從最基本的力的概念引入,到牛頓運動定律的闡述,再到更高級的能量守恒和動量守恒原理,整個過程都流暢而富有邏輯。我特彆喜歡書中通過精心設計的插圖來解釋抽象的物理過程,例如矢量的疊加、力矩的産生以及慣性力場的分布等等,這些圖示極大地幫助我剋服瞭對抽象概念的理解障礙。書中穿插的例題解析,不僅提供瞭詳細的計算步驟,更重要的是解釋瞭每一步背後的物理意義,讓我能夠真正理解“為什麼”這麼做,而不是死記硬背公式。而且,這本書的語言風格比較嚴謹但不失生動,不會讓讀者感到枯燥。我注意到,作者在講解一些關鍵概念時,會使用類比或者生活化的例子來輔助說明,這對於培養學習興趣非常有益。總而言之,這是一本非常適閤作為工程力學入門教材的書籍,它為我打下瞭紮實的基礎,讓我對未來的工程學習充滿瞭信心。

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