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出版者:Wiley-VCH

作者:Francis C. Moon

出品人:

页数:581

译者:

出版时间:2008-11-10

价格:USD 115.00

装帧:Paperback

isbn号码:9783527407514

丛书系列:

图书标签:

• Dynamics
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• 力学
• 动力学
• 应用数学
• 工程力学
• 振动
• 控制理论
• 建模
• 仿真
• 机械工程
• 系统动力学

《结构振动控制导论》 作者： 张伟，李明 出版社： 科学技术出版社 版次： 第一版 出版日期： 2023年10月 --- 内容概要 《结构振动控制导论》旨在为土木、机械、航空航天工程等领域的工程技术人员、研究人员和高年级本科生提供一个全面而深入的结构动力学与振动控制理论与应用基础。本书系统梳理了结构动力学分析的基本原理，重点阐述了现代振动控制技术，特别是主动、被动和智能减隔振策略在工程结构中的具体实施方法和设计流程。 全书共分为十二章，内容组织逻辑清晰，理论推导严谨，并辅以大量的工程实例和案例分析，力求将抽象的数学模型与实际的工程问题紧密结合。本书的特色在于不仅介绍了经典的振动控制方法，还对近年来新兴的智能材料驱动控制和基于状态估计的先进控制算法进行了深入探讨。 详细章节内容介绍 第一部分：结构动力学基础（第1章至第4章） 第1章：工程结构动力学概述 本章首先界定了工程结构动力学的研究范畴及其在现代工程中的重要性，特别是应对地震、风荷载以及运行中的机械振动等动荷载的挑战。本章回顾了经典结构理论中的静力学与稳定性概念，并引入了时间依赖性对结构响应的根本影响。随后，重点讨论了工程结构动力学模型化的基本步骤，包括自由度选择、等效集中质量和弹簧的确定，以及对结构阻尼特性的初步认识。本章为后续的振动控制理论打下坚实的动力学建模基础。 第2章：单自由度系统动力学分析 这是全书的基础核心章节。详细分析了具有刚度、阻尼和激励的单自由度（SDOF）系统的运动微分方程。内容涵盖了自由振动、等幅强迫振动、瞬态响应以及脉冲激励和冲击响应的精确解法。特别强调了系统的固有频率、阻尼比对响应特性的决定性影响。对于共振现象、峰值响应的预测方法进行了深入的数学推导和工程图示说明。 第3章：多自由度系统动力学分析 本章将研究范围扩展到具有有限个离散质量和弹簧的多自由度（MDOF）系统。详细介绍了基于牛顿第二定律和拉格朗日方程的系统方程建立方法。核心内容集中在系统的模态分析，包括特征值问题的求解、特征向量（模态振型）的物理意义解释，以及质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵的性质。本章还系统讲解了模态叠加法在计算复杂结构动力响应中的应用，包括参与系数和模态参与力的概念。 第4章：连续体结构动力学与有限元基础 针对梁、板等连续体结构，本章介绍了如何将其转化为有限元模型。重点讲解了欧拉-伯努利梁理论在动力学分析中的应用，以及一维和二维单元的形函数选择。详细推导了结构的质量矩阵和刚度矩阵的形成过程，并阐述了有限元方法在求解大型复杂结构动力响应中的优势与局限性。对结构阻尼的建模（如Rayleigh阻尼）进行了讨论。 第二部分：结构振动控制理论与方法（第5章至第9章） 第5章：结构阻尼理论与被动控制基础 本章系统地探讨了结构中阻尼的物理本质及量化方法。在被动控制方面，集中介绍了一系列不依赖外部能源的减振技术。详细分析了粘滞阻尼器（Viscous Dampers）的设计原理、非线性特性及其在不同荷载条件下的减隔震效果。此外，还介绍了粘弹性阻尼器（Viscoelastic Dampers）和金属屈服阻尼器的应用。 第6章：隔振与基础隔离技术 隔振作为被动控制的重要组成部分，本章对其进行了专题论述。从理论上阐述了基础隔振的目的和机理，特别是如何通过增加结构的柔性（降低固有频率）和引入阻尼来有效隔离地震动输入。详细介绍了不同类型的隔震支座，如叠层橡胶支座（LRB）和铅芯橡胶支座（LRB），以及摩擦摆式隔震系统的建模和性能评估方法。 第7章：振动控制系统设计基础与状态空间法 本章引入现代控制理论在结构控制中的应用。首先介绍了系统的状态空间表示法，将高阶微分方程转化为一阶微分方程组，便于采用现代控制理论工具进行分析。重点讲解了可控性、可观测性分析，并引入了线性二次型调节器（LQR）的基本设计思想及其在结构振动抑制中的初步应用。 第8章：主动控制策略（TMD与主动质量阻尼器） 主动控制是本领域的前沿。本章首先详细分析了调谐质量阻尼器（TMD）的设计原理、参数优化方法及其在抑制结构特定振型下的高效性。随后，深入探讨了主动质量阻尼器（AMD）的工作原理，以及如何利用反馈控制策略（如最优控制、滑模控制）实时调整驱动力以达到最优减振效果。本章提供了实际结构案例中AMD的控制算法实现流程。 第9章：半主动控制策略 半主动控制介于主动和被动之间，具有高能效比的优势。本章重点介绍基于磁流变（MR）流体或摩擦阻尼器的半主动控制系统。详细分析了MR阻尼器材料的本构关系、迟滞特性，以及如何根据实时反馈信息（如速度或位移）智能地调节阻尼器的有效刚度和阻尼系数，以优化结构响应。 第三部分：高级主题与工程应用（第10章至第12章） 第10章：智能材料与结构健康监测的耦合 本章关注先进材料在结构控制中的应用。详细介绍了压电材料（PZT）的本构关系、逆压电效应及其作为传感器和执行器的潜力。探讨了基于分布式传感器网络的结构健康监测（SHM）系统，如何提供实时、准确的结构状态信息，为控制系统的闭环运行提供必要的数据支持。 第11章：随机振动与控制器的鲁棒性设计 在实际工程中，荷载通常具有随机性。本章引入随机振动理论，使用功率谱密度（PSD）描述随机激励，并推导了结构在随机激励下的均方根响应。在控制器设计方面，本章强调了系统的鲁棒性，介绍了H∞控制理论在处理模型不确定性和外部扰动对控制效果影响时的设计方法。 第12章：工程案例分析与性能评估 本章通过多个真实的工程案例，展示振动控制技术的实际应用效果。案例包括：高层建筑的抗风控制、桥梁的抗颤振控制、以及精密仪器的隔振设计。详细介绍了控制系统在不同工况下的性能指标（如峰值位移、加速度峰值衰减率）的量化评估方法，并对控制系统的成本效益进行了初步分析。 本书特色 1. 理论与实践并重： 深度结合经典理论与最新的工程实践需求，确保读者不仅理解“如何计算”，更理解“如何设计”。 2. 图形化表达： 大量使用动力学响应曲线、模态振型图和控制系统框图，增强对复杂概念的直观理解。 3. 工程导向： 针对工程师关注的阻尼器选型、隔震系统布置和控制器参数整定等实际问题，提供了详尽的指导步骤。 《结构振动控制导论》是结构工程、土木工程、机械工程、航空航天等领域研究生及专业工程师提升在复杂环境载荷下结构安全与舒适性控制能力的必备参考书。

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我必须承认，这本书的广度着实令人印象深刻，它绝非一本普通的大学教材可以比拟。我原本以为它会局限于经典力学的范畴，但翻开目录后才发现，作者的野心显然不止于此。它巧妙地在不同主题之间搭建了桥梁，比如在介绍振动理论时，它并没有止步于简单的简谐振动，而是迅速过渡到了受迫振动、阻尼振动，乃至更复杂的非线性振动和混沌现象。更让我惊喜的是，书中对连续介质力学的引入，虽然篇幅不长，但对流体力学基本方程的推导过程极其严谨，让人看到了经典力学如何延伸到更宏大的物理世界。我尤其欣赏作者在描述一些前沿或交叉领域时的那种克制和精准，它没有过度渲染那些高深莫测的概念，而是着重于展示核心的数学结构和物理直觉。这本书更像是一张宏伟的力学地图，清晰地标示了各个分支的坐标点和它们之间的连接关系，让你在掌握核心知识的同时，也能对整个学科的版图有一个鸟瞰式的认识，这对于希望未来从事研究工作的人来说，无疑是极有价值的参考。

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这本书的真正价值在于其严谨的逻辑链条和层层递进的难度设置，它体现了作者对教学规律的深刻理解。它不像有些书籍那样，上来就扔给你一堆高深的理论，让人望而却步；也不像有些过于简化的读物那样，为了追求流畅性而牺牲了必要的数学深度。这本书采取了一种近乎完美的平衡策略：它总是在引入新概念之前，确保读者已经完全掌握了前置知识。举个例子，在讲解欧拉-拉格朗日方程时，它会先用一个简洁的、只有两个自由度的物理模型来热身，通过具体的计算步骤展示如何建立拉格朗日量，然后才推广到一般的坐标系。这种“具体到一般”的叙述手法，极大地降低了理解的门槛，也让读者在每一步进展时都能获得强烈的成就感。这种精心设计的阅读路径，保证了即使是初次接触高等动力学概念的学生，也能稳扎稳打，步步为营，最终构建起一个坚实而系统的知识体系，这才是真正优秀教材的标志。

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这本书简直是物理学爱好者的福音！我花了整整一周的时间沉浸在它的世界里，发现作者对于力学基础概念的阐述简直是深入骨髓。一开始我还担心内容会过于晦涩难懂，毕竟“动力学”这三个字听起来就让人头大，但出乎意料的是，作者用一种极其平易近人的方式，将那些复杂的微分方程和张量分析讲解得清晰透彻。比如，书中关于刚体运动的章节，它没有急于抛出那些令人眼花缭乱的公式，而是先用非常直观的实例，比如陀螺的进动和章鱼的触手运动，来引导我们理解角动量守恒的精妙之处。我特别喜欢它在讲解拉格朗日力学时所采用的“最小作用量”原理的哲学思考，这不仅仅是数学技巧的展示，更是一种对自然规律的深刻洞察。读完这些部分，我感觉自己对能量和约束条件的理解提升到了一个新的高度，不再是机械地套用公式，而是真正理解了为什么系统会以那样的方式演化。这本书的图文并茂也功不可没，那些精心绘制的矢量图和运动轨迹示意图，简直是把抽象的力学概念具象化了，对于自学或者复习的读者来说，简直是打开了一扇通往深刻理解的大门。

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阅读过程中，我发现作者在案例分析的选择上独具匠心，完全摆脱了那种陈旧的、教科书式的“弹簧振子”和“单摆”的重复轰炸。书中引入了大量与现代工程和前沿科学息息相关的实际问题。例如，在分析受力系统时，它竟然会深入到微机电系统（MEMS）中传感器的动态响应，以及航天器姿态控制中的陀螺仪效应，这让我瞬间觉得这些理论知识不再是象牙塔里的空中楼阁，而是具有强大实践意义的工具。特别是关于数值方法在动力学问题求解中的应用这一章，作者不仅解释了有限差分法的基本思想，还很贴心地附带了一些伪代码（虽然没有提供具体的编程语言实现，但思路已经非常清晰），这无疑是为那些想将理论付诸实践的读者提供了坚实的桥梁。这种理论与实践紧密结合的编排方式，极大地激发了我进一步探索和计算的欲望，让我体会到“应用”二字在书名中的真正分量。

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这本书的排版和装帧质量，老实说，完全配得上它内容的深度。我是一个对书籍触感和阅读体验非常挑剔的人，很多教科书拿到手里就感觉干巴巴的，充满了印刷品的冰冷感。但这本《Applied Dynamics》的纸张厚实，光泽度适中，墨迹清晰，即便是反复翻阅和对照公式，也不会有任何疲劳感。细节之处见真章，比如书中的数学符号，粗体、斜体、上标、下标区分得一目了然，这在处理复杂的偏微分方程组时，极大地减少了我的阅读错误率。再说说它的索引和术语表，做得极其详尽，我常常在查找某个不熟悉的定义时，能迅速定位到它第一次出现和详细解释的页面，这种设计极大地提高了我的学习效率。说实话，一本优秀的工具书，不仅内容要扎实，工具性本身也要做到极致，而这本书在这方面做得堪称典范。它不仅仅是一本供你学习知识的书，更是一件可以长久陪伴、值得珍藏的实体。

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