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出版者:Society of Photo Optical

作者:Katherine Creath

出品人:

页数:183

译者:

出版时间:1992-12

价格:USD 60.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780819409492

丛书系列:

图书标签:

• 光学
• 干涉
• 物理学
• 测量学
• 科学
• 技术
• 仪器
• 波
• 信号处理
• 精密测量

结构动力学与先进材料的交汇：探寻振动、声学与结构响应的奥秘 本书导言： 在现代工程与科学领域，对结构系统在动态载荷下的响应、材料特性的精细测量以及复杂物理现象的深入理解已成为技术进步的关键驱动力。本书旨在系统性地探讨结构动力学、材料科学前沿进展以及非接触式测量技术这三个相互关联的核心领域。它不是对特定光学干涉方法的重复阐述，而是聚焦于宏观到微观尺度上，结构如何感知、传递并响应能量扰动，以及我们如何利用先进的传感与分析手段来量化这些行为。 本书的叙事结构围绕着“从输入到输出的完整链条”展开：首先建立对结构行为的力学基础理解，随后深入探讨构成这些结构的先进材料的独特属性，最终聚焦于如何利用高精度、高分辨率的技术手段来捕捉和分析这些动态过程。 --- 第一部分：结构动力学的理论基础与高级应用 本部分奠定了理解任何物理系统动态行为的力学基石，侧重于系统的运动方程、模态分析及其在复杂环境下的应用。 第一章：连续介质的运动方程与本构关系 本章详细阐述了从牛顿第二定律到拉格朗日方程在连续体上的应用过程。重点讨论了线弹性、粘弹性以及包含塑性应变的材料如何通过不同的本构关系（如胡克定律的扩展形式、Kelvin-Voigt模型和Maxwell模型）来描述其应力-应变关系。特别关注了材料的阻尼机制，包括基于应变率和历史依赖的阻尼模型，并将其引入到运动方程的求解中。对于非线性动力学的引入，将探讨由大变形或材料非线性导致的系统行为复杂性。 第二章：模态分析与特征值问题 系统的固有特性是其动态响应的决定因素。本章深入探讨了自由振动和强迫振动的数学基础，推导了离散化系统（有限元法的基础）的特征值问题——广义特征值问题 $ (K - omega^2 M) Phi = 0 $。内容涵盖了模态正交性的理论推导及其在降阶模型（Modal Reduction）中的应用。此外，还将分析非对称阻尼系统中的复特征值问题，以及如何通过对模态参数的识别（Modal Parameter Identification）来评估结构的健康状态。 第三章：波的传播、散射与能量耗散 结构动力学不仅涉及整体振动，更涉及能量在结构内部的传播。本章侧重于弹性波理论，包括P波和S波在均匀和非均匀介质中的传播特性。重点分析了边界条件和内部缺陷对波的反射和透射的影响。在能量耗散方面，将探讨结构阻尼如何影响波的衰减率，以及在板和壳结构中，Lamb波和Rayleigh波的特征及其在无损评估中的潜力。 第四章：随机振动与环境载荷建模 现实世界中的载荷很少是确定性的。本章转向随机振动理论，介绍平稳随机过程的概念（如功率谱密度PSD和自相关函数）。通过力的谱密度来描述风致、地震或机械振动等环境载荷。内容将涵盖系统的随机响应分析（如均方根响应）、峰值概率预测，以及如何利用蒙特卡洛模拟来验证疲劳寿命和极限状态的可靠性。 --- 第二部分：先进材料的动态力学行为 本部分将研究那些具有特殊微观结构或宏观响应特征的材料，它们是理解复杂结构性能的关键。 第五章：复合材料的各向异性力学 复合材料，如碳纤维增强聚合物（CFRP）和玻璃纤维增强塑料（GFRP），其力学行为是高度各向异性的。本章将详细介绍材料对称性群的概念及其在建立拉伸、剪切和弯曲刚度矩阵中的应用。重点分析层合板（Laminates）的经典层合板理论（CLT），推导其平面应力/应变关系，并探讨铺层角度对系统模态频率和阻尼特性的影响。 第六章：功能梯度材料（FGMs）的力学特性 功能梯度材料的特点在于其组分在空间上连续变化，从而实现梯度化的力学性能。本章分析梯度指数如何影响材料的弹性模量和泊松比在厚度方向上的分布。将建立适用于FGMs的非均匀本构关系，并研究这些梯度材料在高温、冲击载荷下表现出的独特优势，特别关注其界面应力集中的缓解机制。 第七章：智能材料与主动结构控制 本章关注那些能够响应外部刺激（如电场、磁场或温度）而改变其物理性质的材料。重点介绍压电材料（PZT）和磁弹性材料。在结构控制方面，将探讨如何将这些智能材料集成到结构中，形成主动或半主动控制系统，以用于抑制振动、实现传感器功能或进行形状记忆。内容包括压电耦合项在运动方程中的引入和反馈控制算法的基本原理。 --- 第三部分：高分辨率传感、成像与数据分析 本部分着眼于如何利用先进的信号处理和测量技术，获取结构和材料的动态行为数据，是连接理论与实际工程应用的关键桥梁。 第八章：高精度振动测量与数据采集系统 本章探讨了用于捕捉结构微小位移和高频振动的硬件与方法。详细描述了加速度计、应变片等传统传感器的原理、频率响应特性和抗噪能力。在数据采集方面，将深入讨论采样定理、抗混叠滤波，以及如何设计同步采集系统以处理多通道高维数据。同时，将对比时域分析（如瞬态响应）和频域分析（如FFT与谱分析）在故障诊断中的适用性。 第九章：非接触式结构探查的原理与挑战 本章聚焦于利用远场信息来获取结构状态的先进技术。讨论激光多普勒测振仪（LDV）的基本原理，包括多普勒频移的测量与频率解调技术，以及其在远场模态振型测定中的应用。同时，将介绍电子散束测量（EBM）在扫描高频微振动时的优势，以及面对环境噪声和目标表面反射率变化时所面临的实际工程挑战。 第十章：信号处理与系统辨识 获取原始信号后，必须通过先进的数学工具将其转化为有意义的物理参数。本章详细阐述了数字信号处理技术，如数字滤波、傅里叶变换的优化算法（如 Welch 法）。在系统辨识方面，将介绍频域辨识（如频响函数拟合）和时域辨识（如状态空间模型）的方法。特别强调了如何利用这些技术从实验数据中准确提取结构阻尼比和模态阻尼的物理意义，并评估辨识结果的不确定性。 结论：跨学科融合的未来展望 本书的最终目标是为读者提供一个全面的框架，使之能够理解和驾驭结构动力学、先进材料科学和高精度测量技术之间的复杂交互。未来的挑战在于如何将这些理论工具应用于增材制造结构、超材料以及极端环境（如太空或深海）下的动态可靠性评估。本书所构建的知识基础，是应对这些复杂工程问题的关键。

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这本《Interferometry》的译本，我特地找来细读，本以为能找到一些关于现代光波干涉技术在精密测量领域的最新进展，毕竟书名直白地指向了这个方向。然而，翻阅之后，我发现内容似乎更多地聚焦在了早期的理论构建和光学实验的经典范式上。书中花了大量的篇幅去详细阐述托马斯·杨的双缝实验的数学推导，以及菲涅尔关于衍射理论的修正过程，这些内容在大学的基础物理教材中已经非常普及和成熟。对于一个期待了解当前诸如引力波探测器（如LIGO）所采用的激光干涉仪的最新噪声抑制技术、或者高精度光学元件表面形貌测量的相移展开算法的读者来说，这本书显得有些力不从心。我理解历史的沉淀很重要，但如果一本书的篇幅主要被用于重述已经被广泛验证的原理，而对如何将这些原理应用于解决当今工程难题的讨论则寥寥无几，那么它的实用价值就会大打折扣。我个人更倾向于那些能够提供清晰的、从基础原理到尖端应用的桥梁的著作，而不是停留在对历史里程碑的详尽复述上。这本书的排版和插图质量尚可，但图示大多是黑白的、略显粗糙的示意图，缺乏现代教材中常见的那种高清晰度和三维渲染效果，这使得抽象的相位关系在视觉上更难被把握。总体而言，它更像是一本面向入门级光学专业学生或历史研究者的教材，而非面向一线研究人员的参考手册。

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关于这本书在特定技术领域的覆盖范围，我感到非常失望。我曾希望书中能对高精度的计量学，特别是涉及到亚纳米级位移测量的干涉技术，提供深入的见解，比如如何利用频率锁定技术来提高系统的长期稳定性。然而，书中对这些前沿技术的研究深度严重不足，大部分内容停留在对基础原理的描述上，对于如何将这些原理集成到超高精度的测量系统中，几乎没有提供任何实用的设计考量。例如，在谈及环境噪声对相位测量影响时，它只是笼统地提到了振动和温度是主要因素，却完全没有涉及先进的主动隔振平台的设计原则，也没有讨论如何运用数字信号处理（DSP）中的卡尔曼滤波等方法进行实时噪声补偿。这使得这本书在现代计量科学领域显得相对“老旧”。如果说它是一部理论基础读物，那么它还可以接受；但如果它被定位为一部涵盖该领域的全面著作，那么它在关键的技术实施细节上的缺失，是一个重大的遗憾。我最终不得不去查阅大量的期刊论文，才能弥补这本书中留下的技术空白。

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说实话，我拿到这本书时，是带着一种对“干涉测量”这个主题在更广阔的科学图景中的应用抱有的好奇心去阅读的。我本来期望它能涵盖一些跨学科的应用，比如在生物医学成像中如何利用干涉技术实现超分辨率，或者在材料科学中通过干涉形貌分析来评估薄膜的应力分布。然而，这本书的内容深度似乎固定在非常基础的几何光学和波动光学交汇的那个点上。它细致地描述了迈克尔逊干涉仪的光程差计算，并对不同光源的相干性进行了冗长的讨论，但当我试图寻找关于如何设计一个能抵抗环境振动的干涉系统时，书中给出的方案却极其传统和简单化。感觉作者的视野被局限在了实验室的真空环境中，对于实际工程中无处不在的温度漂移、气流扰动等“真实世界”的挑战，鲜有提及如何用现代信号处理技术去补偿或消除。这让我不禁怀疑，这本书的成书年代是否相对久远，以至于未能跟上近二十年来仪器科学的飞速发展。读完对傅里叶变换干涉光谱学（FTS）的章节后，我仍然需要回到网络上去搜索最新的数据处理算法，因为书中的方法显得过于经典和低效。对于追求效率和前沿技术的工程师而言，这本书提供的知识更新速度远远落后于行业需求。

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我必须承认，作者在对干涉仪器的基本光学元件的特性描述上，展现了相当的耐心和详尽。比如，关于分束器的反射率和透射率的精确匹配，以及如何通过调节光束的偏振态来优化干涉对比度，这些细节处理得非常到位。对于一个刚接触光学实验的学生来说，这些是至关重要的基础知识，能够帮助他们避免许多常见的实验陷阱。但是，这种详尽的程度在后面介绍到现代算法时戛然而止了。比如，在讨论相位恢复问题时，书中给出的算法依然停留在简单的提议阶段，缺少关键的迭代步骤和收敛条件的具体分析。更令人费解的是，书中对非线性干涉现象的讨论几乎是空白的，这在处理高功率激光或复杂介质时是一个不可回避的问题。我花了不少时间去尝试理解某些数学推导，发现它们依赖于一些过于理想化的假设，比如光源的单色性是完美的，探测器的响应是完全线性的。在实际操作中，任何一个略有经验的实验人员都知道，这些假设往往是站不住脚的。因此，这本书更像是一本“理想世界”下的理论手册，而不是一个能指导“真实操作”的实用指南。它的价值更多在于建立一个清晰的理论框架，而不是提供解决实际问题的工具箱。

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从文学性的角度来看，这本书的行文风格严谨得近乎刻板，每一个句子都像经过了严格的数学公式化处理，缺少了那种能激发读者探索欲的叙事张力。阅读过程更像是在进行一项枯燥的、重复性的数学验证工作，而不是一次知识的探索之旅。例如，作者在引入新的概念时，习惯性地先抛出一个冗长的背景介绍，然后用一系列复杂的积分和微分为基础，最终才勉强得出结论，中间缺少了那种“啊哈！”的顿悟时刻。我尝试寻找一些作者本人的思考或者对特定实验设计哲学的见解，但收获甚微。这本书更像是多个独立研究报告的简单堆砌，缺乏一个贯穿始终的、富有洞察力的主线索来串联起各个章节。我更喜欢那些作者敢于在书中挑战传统观点、提出创新性解释的著作。而这本书则非常安全，它只是温和地陈述了公认的事实。因此，对于希望通过阅读获取灵感或拓宽思维边界的读者来说，这本书的激励作用很有限，它更像是一本厚重的参考辞典，而不是一本引人入胜的科学专著。

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