Stresses in Plates and Shells pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill Companies

作者:Ansel C. Ugural

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1981-01

价格:USD 84.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9780070657304

丛书系列:

图书标签:

• Plate Theory
• Shell Theory
• Stress Analysis
• Finite Element Analysis
• Structural Mechanics
• Elasticity
• Mechanical Engineering
• Civil Engineering
• Aerospace Engineering
• Structural Analysis

结构力学前沿：薄板与薄壳结构分析的深入探讨 本书聚焦于材料力学、结构工程及应用数学领域中，薄板和薄壳结构所面临的复杂受力、变形与稳定性问题。本书旨在为高级本科生、研究生以及从事结构设计和分析的工程师提供一个全面、深入且注重实际应用的理论框架与计算工具。 第一部分：薄板结构的理论基础与经典分析 本书的开篇部分将系统回顾和深化薄板理论的基石。不同于传统的梁理论，薄板的二维应力状态和跨度效应需要更为精细的描述。 一、几何构型与本构关系重述： 我们将从连续介质力学的基本假设出发，精确定义薄板的几何特征，包括中面、法线方向以及位移场与应变场的微小变形假设（Kirchhoff-Love假设的适用性讨论）。重点阐述在小变形假设下，应力-应变关系（胡克定律）在板上的具体体现，特别是剪切变形对平面应力的影响（如果涉及Mindlin-Reissner理论的引入）。 二、经典薄板微分方程的推导与求解： 本书将详细推导经典（Kirchhoff）薄板的挠度微分方程——四阶偏微分方程。这一推导过程将基于能量原理（如虚功原理或最小势能原理），清晰展示外力、内力（弯矩、扭矩）与挠度之间的关系。 边界条件的重要性： 详细讨论四种主要边界条件（简支、固支、自由、自由扭转）的数学表达及其对解的唯一性和物理意义的影响。 解析解法： 针对特定载荷和简单几何形状（如矩形板、圆形板），系统介绍分离变量法、傅里叶级数展开法求解齐次和非齐次方程的步骤。对于矩形板的简支梁式挠曲，将深入分析叠加原理的应用。 三、变厚度与非均匀荷载下的分析： 超越均匀厚度板的范畴，本书探讨了厚度沿空间变化的板（如锥形或楔形板）的控制方程的建立，并引入变分法来处理此类复杂情况。对于集中力、移动荷载等非均匀分布载荷，将强调使用格林函数或脉冲响应函数进行叠加分析的有效性。 第二部分：薄壳结构——从平面到曲面的飞跃 薄壳理论是结构力学中最具挑战性的领域之一，因为它结合了薄膜的拉伸特性和薄板的弯曲特性。本书将薄壳的分析划分为不同的几何类型，以适应实际工程需求。 一、薄膜理论基础与薄壳的分类： 首先回顾均匀压力作用下的薄膜（零厚度壳）的拉力平衡方程，明确膜应力和弯曲应力的区别。随后，根据中面的曲率（高斯曲率），系统介绍可以解析处理的经典壳体类型： 1. 旋转对称壳（如圆形穹顶、圆筒）： 重点分析沿子午线和周向的应力流分布。 2. 曲面梁与曲面板： 介绍将复杂曲面展开为局部平面坐标系（如坐标系选择的合理性）进行分析的方法。 二、薄壳控制方程的建立与简化： 本书将详细推导适用于中等厚度（考虑剪切变形）或薄型（忽略剪切变形）壳体的基本微分方程组。这通常涉及位移场和应力场的耦合关系，其复杂性远超薄板。 薄膜理论的局限性： 分析在什么荷载条件下（如风载、地震力）弯曲应力变得不可忽略，从而需要引入完整的薄壳理论。 圆形穹顶（球冠）的精确解： 针对均匀内压或自重载荷，推导并分析主子午线和周向的拉力、弯矩和剪力分布，讨论“应力集中区”的出现（例如在边缘支撑处）。 三、薄壁结构的应用：圆柱壳的分析： 圆柱壳是工业和土木工程中最常见的壳体形式。本书将侧重于圆筒的受力分析： 压力容器分析： 详细分析承受均匀内压的无限长圆筒的周向（环向）和轴向应力，突出其薄膜应力特征。 边缘效应（边界层理论）： 针对有限长圆筒（如储罐或管道连接处）受到集中载荷或边缘弯矩作用时，如何利用渐近积分法或匹配解法处理由边界条件引起的应力奇异性或快速衰减的应力波。 第三部分：失稳与动力学行为 结构的安全不仅取决于静力强度，还取决于其在极限载荷下的稳定性和在动态环境下的响应。 一、薄板和薄壳的屈曲分析（失稳）： 本书将薄板和薄壳的屈曲分析视为特征值问题。 欧拉-伯努利框架下的屈曲： 对于矩形板，推导在单向或双向均匀压力下的临界屈曲载荷（欧拉公式的扩展），并分析不同侧边约束对屈曲模态和临界载荷的影响。 壳体屈曲的复杂性： 讨论圆柱壳在轴向压缩或外部压力下的屈曲模式（波浪状屈曲）。特别指出壳体屈曲对初始几何缺陷（制造误差）的极端敏感性，并介绍基于能量法的屈曲载荷估计。 二、振动与动力响应： 引入质量和阻尼的概念，将静力微分方程扩展为动力学方程。 固有频率与模态分析： 针对简支板和圆形膜（作为壳的极限情况）的自由振动问题，求解特征频率方程，确定结构的振动模态（节点线或节点圆的几何形状）。 受迫振动： 简要介绍当板或壳受到周期性外力作用时，如何利用模态叠加法计算稳态响应，并警示共振现象发生的条件。 第四部分：数值方法的引入与工程实践 鉴于许多实际工程结构（如非规则形状的自由曲面壳、非线性材料）难以获得精确解析解，本书最后一部分转向现代计算方法。 有限元基础： 将薄板和薄壳的控制方程与能量泛函联系起来，引入离散化的概念。重点介绍薄壳单元（如四边形或三角形壳单元）的自由度设置、刚度矩阵的构建，以及如何处理剪切锁定和应变奇异性等数值问题。 工程案例与软件应用思路： 结合实例展示如何使用商业有限元软件（如ABAQUS, ANSYS）对复杂结构进行建模、网格划分和结果后处理，强调理论知识指导数值模拟的重要性。 本书的特点在于其严谨的数学推导与对实际工程问题的关注相结合，为读者提供了一个从经典理论到现代计算方法的完整过渡路径。

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从装帧和排版上看，这本书确实透着一股古典学派的味道，字体选择和行距都比较紧凑，使得每一页都能塞入大量的信息。但我要说，内容上的密度远超其视觉密度。最令我印象深刻的是它对材料非线性和弹塑性行为的引入方式。它并没有急于展示复杂的本构关系，而是先通过几个巧妙的例子，展示了经典线性理论在何种情况下会彻底失效，从而自然而然地引出引入更高级模型的必要性。比如，在分析厚板问题时，作者对剪切变形的讨论就显得尤为深入和批判性。它并没有直接采纳某一种现成的厚板理论，而是回顾了经典Kirchhoff理论的局限性，然后逐步构建了剪切变形理论的数学框架，这种“去伪存真”的教学方法，极大地增强了读者的批判性思维。我感觉，这本书更像是一本“反驳指南”，它教会你如何质疑现有模型，而不是盲目接受。对于那些热衷于探究理论深层机制的研究人员来说，这种严谨到近乎苛刻的论述方式，是无价之宝。

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这本书的行文风格，给我的感觉就像是一位经验极其丰富的老教授在给你做一对一的辅导，语调沉稳，逻辑清晰，但绝不迎合读者的即时理解需求。它更注重知识体系的完整性和内在的逻辑自洽性。我特别欣赏它在处理复杂边界条件时的详尽论述，那些经典的支撑类型——简支、固定、自由边缘——在不同的载荷组合下所产生的应力场变化，都被作者用近乎完备的数学语言描述了出来。其中关于圆形薄壳在轴对称荷载下的分析，简直是教科书级别的范例。我记得有一章专门探讨了剪切变形的影响，作者没有停留在简单的剪切刚度公式上，而是深入剖析了剪切应变如何在整体变形中扮演关键角色，这一点在很多侧重于主平面应力的教材中往往会被一笔带过。阅读它需要耐心，需要时间去跟上作者的思维步伐，但一旦跟上了，你会发现自己对“薄壳”这个概念的理解提升到了一个新的高度，不再是简单的曲面几何，而是充满了内力和位移相互制约的复杂力学实体。

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这本书的参考文献列表非常详尽，尤其是对早期力学大师们的经典文献引用，体现了作者深厚的学术渊源。它不是一本只关注近十年成果的“时髦”著作，而是对整个领域历史脉络有清晰梳理的百科全书。在关于屈曲分析的部分，作者详尽地回顾了欧拉到后来的动力学屈曲理论的发展历程，并且对不同屈曲模态的稳定性给出了非常细致的数学判据。我特别留意了其在处理非均匀厚度和温度梯度载荷下的分析方法，作者成功地将这些复杂的外部激励纳入到统一的能量泛函框架内进行求解，这极大地展示了该理论框架的普适性。阅读这本书的过程，更像是一场与经典力学智慧的深度对话，它不只是告诉你“是什么”，更花费了大量篇幅解释“为什么是这样”。对于那些渴望从基础原理上掌握结构力学精髓的学者而言，这本书提供了坚实的知识基础和无与伦比的理论深度，是值得反复研读的经典之作。

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这本书在方法论上的选择是极其纯粹的，它几乎完全依赖于能量原理和变分法来构建其主要的分析工具。你很难在其中找到大量现成的、直接适用于特定工程软件的简化计算表格或经验公式。作者的重点似乎放在如何利用泛函的极值原理来求解位移和应力场。我记得有一段关于应力函数法的论述，作者用了一种非常优雅的方式，将复杂的双调和方程转化为一个更易于处理的复变函数问题，这个推导过程展示了深厚的数学功底。这种对基础方法论的坚守，意味着读者必须具备扎实的数学背景，尤其是偏微分方程和复变函数的基础。它不像那些面向应用工程师的指南，更多的是在方法论的层面进行深入的探讨。当你试图将书中的理论应用到实际非标准几何形状上时，这本书提供的不是直接答案，而是解决这类问题所必需的思维工具和数学语言。它的价值在于训练你的“解题直觉”，让你在面对前所未见的问题时，能迅速找到正确的理论切入点。

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这本书的封面设计得非常朴实，甚至有些老派，那种厚重的学术感扑面而来，让人不禁怀疑自己是否真的需要涉足如此深奥的领域。拿到手里掂量一下，就知道分量不轻，内容想必也是极其扎实的。我最开始翻阅的部分，主要集中在基础理论的阐述上，作者似乎对线性弹性理论的每一个公式都抱有一种近乎虔诚的态度，力求推导的每一步都清晰可见，不留一丝含糊。特别是关于薄板挠度和应力分布的章节，那些偏微分方程的推导过程，严谨到让人想拿着尺子去核对每一个符号的位置。不过，这种严谨性也带来了一个挑战：对于初学者来说，可能需要反复研读才能真正消化吸收。它不像某些现代教材那样，用大量的彩色图示和简化模型来降低入门门槛，而是直接将读者带入到理论的深水区。我个人觉得，它更像是一部工具书和教科书的完美结合，当你需要精确地追溯某个特定问题的理论根源时，这本书是最好的伙伴。它没有过多地强调实际工程中的“捷径”或近似解法，而是坚持将理论基础打牢，这对于未来想深入研究结构动力学或非线性分析的人来说，无疑是一笔宝贵的财富。

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