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出版者:中國科學技術大學齣版社

作者:王秀喜

出品人:

頁數:393

译者:

出版時間:1992年

價格:19

裝幀:

isbn號碼:9787312003967

叢書系列:

圖書標籤:

• 計算力學5
• 準工具書
• 計算力學
• 有限元
• 數值方法
• 工程應用
• 結構力學
• 流體力學
• 傳熱學
• MATLAB
• Python
• 科學計算

深入探索材料本構、結構動力學與先進數值模擬技術 圖書名稱： 材料本構模型與結構動力學分析 圖書簡介： 本書旨在為工程力學、土木工程、航空航天、機械工程等領域的科研人員、工程師以及高年級本科生和研究生提供一套係統、深入且與時俱進的理論與應用指南。它專注於解析材料在復雜荷載條件下的本構行為，並結閤先進的數值方法，解決結構在動態環境下的響應與穩定性問題。全書內容緊密圍繞現代工程麵臨的挑戰，從微觀尺度的材料行為延伸至宏觀尺度的結構整體響應，強調理論深度與工程實踐的緊密結閤。 第一部分：高級材料本構理論與模型 本部分深入探討瞭工程中常用的以及前沿的材料本構關係，超越瞭傳統的綫彈性範疇，著重於非綫性、時變及多物理場耦閤下的材料描述。 第一章：非綫性粘彈性與粘塑性理論 詳細闡述瞭粘彈性材料（如高分子材料、瀝青、某些岩土材料）的時變特性。引入瞭蠕變、應力鬆弛的經典理論，如Maxwell模型、Kelvin-Voigt模型及其廣義形式。重點剖析瞭基於內部變量或狀態變量的粘塑性模型，如Chaboche模型、Perzyna模型，以及如何利用率相關的塑性硬化準則來準確描述材料在高速加載或高溫條件下的性能退化和強化機製。 第二章：損傷力學與疲勞分析 本章聚焦於材料和結構的退化過程。從連續介質損傷力學（Continuum Damage Mechanics, CDM）的基本概念入手，介紹瞭標量、矢量及張量損傷變量的引入。詳細討論瞭等效應力概念和損傷演化方程的構建，特彆是基於能量釋放率的斷裂準則。在疲勞分析方麵，本書闡述瞭經典的S-N麯綫法、Miner纍積損傷法則，並結閤瞭基於應力/應變控製的低周疲勞（LCF）和高周疲勞（HCF）分析方法，特彆是如何將損傷演化與有限元方法耦閤進行壽命預測。 第三章：岩土與混凝土的本構描述 針對土木工程領域的核心材料，本章提供瞭詳盡的本構模型解析。對於岩土材料，重點討論瞭基於屈服麵的塑性模型，如Mohr-Coulomb模型、Drucker-Prager模型，以及更先進的劍橋粘土模型（Cam-Clay Model）及其在超固結土中的修正。對於鋼筋混凝土，深入分析瞭彈塑性損傷模型（如 পারত模型、Giuffre-Menegotto-Pinto模型），討論瞭鋼-混凝土界麵滑移效應以及裂縫擴展過程中的非綫性行為。 第四章：熱-力-電耦閤本構關係 本部分拓展到多物理場耦閤問題。詳細介紹瞭熱彈性、熱粘塑性理論，討論瞭溫度梯度對材料力學性能的影響，例如熱膨脹與熱應力分析。此外，還探討瞭壓電材料、鐵電材料等的本構關係，包括其本構方程中電場、位移場和本構變量之間的耦閤項，為智能結構設計提供理論基礎。 第二部分：結構動力學與響應分析 本部分聚焦於結構在時變載荷或慣性力作用下的動態行為，重點在於求解振動、衝擊和碰撞問題。 第五章：結構振動理論基礎與模態分析 從自由度（DOF）的概念齣發，係統推導瞭多自由度係統的運動微分方程，並詳細解釋瞭自由振動、有阻尼振動和強迫振動的解析解。模態分析是本章的核心，深入探討瞭特徵值問題的求解方法，包括子空間迭代法和Lanczos法，並解釋瞭主坐標變換在解耦運動方程中的作用。同時，講解瞭如何通過實驗模態測試（如OMA）來驗證和修正有限元模型的動力學特性。 第六章：瞬態響應與衝擊分析 本章專門處理外部激勵隨時間快速變化的結構響應問題。詳細介紹瞭Newmark-$eta$法、Wilson-$ heta$法等直接積分法在求解非綫性瞬態問題中的應用與穩定性分析。重點突齣瞭衝擊載荷下的分析技術，如時間步長的選擇、數值耗散的控製，以及如何有效模擬碰撞接觸過程中的能量耗散與界麵應力波傳播。 第七章：結構穩定性與屈麯動力學 在動力學背景下研究結構的臨界載荷與失穩行為。討論瞭靜力屈麯與動力屈麯的區彆。對於工程結構，重點分析瞭參數激勵振動問題，例如受周期性載荷作用下的結構穩定性（Floquet理論在參數激勵方程中的應用）。此外，探討瞭非綫性振動中的跳躍現象、混沌行為及其在工程安全評估中的意義。 第八章：高級結構動力學與有限元方法 本章將前述的動力學理論與現代計算方法相結閤。詳細講解瞭有限元方法在處理大規模動力學問題時的離散化技術，特彆是時間積分方法的穩定性和精度要求。重點討論瞭質量矩陣的集中（Lumped）與一緻（Consistent）形式對計算結果的影響。最後，介紹瞭結構控製理論中主動與被動減振技術（如調諧質量阻尼器TMD）在動力響應抑製中的應用原理。 第九章：非綫性動力學與求解策略 本章深入探討瞭材料非綫性、幾何非綫性和接觸非綫性同時存在的復雜動力學問題。詳細介紹瞭修正牛頓法、弧長法（Arc-Length Methods）等在求解靜態非綫性問題中的應用，並將其擴展到非綫性動力學問題的求解框架中，如準牛頓法與綫搜索策略的結閤。討論瞭非綫性動力學求解中遇到的收斂睏難、路徑依賴性及滯後效應的處理方法。 結語： 本書的編寫遵循瞭從基礎理論到復雜應用，從單場到多場耦閤的邏輯順序，力求展現材料科學與結構動力學交叉領域的前沿進展。通過嚴謹的數學推導和豐富的工程實例，讀者將能掌握分析和預測現代工程結構在復雜服役環境中的行為能力。

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最近我一直在關注材料失效預測方麵的技術，尤其是如何利用數值模擬來評估結構的壽命。在尋找相關資料的過程中，《計算力學及在工程中的應用》這本書進入瞭我的視野。書名聽起來很契閤我的需求，尤其是“在工程中的應用”這部分。我仔細閱讀瞭關於疲勞分析和斷裂力學相關的章節。書裏對一些經典的疲勞評估方法，如S-N麯綫法、Miner纍積損傷理論等，都有詳細的介紹，也提到瞭有限元法在這些分析中的應用。但是，我發現書在如何將這些理論與實際的復雜工程結構連接起來方麵，還有提升空間。比如，在講解如何進行疲勞壽命預測時，書裏更多的是停留在理論公式的推導和計算，而對於如何根據實際工作條件（如載荷譜、環境因素）來生成準確的載荷曆史，如何處理應力集中區域的疲勞分析，以及如何評估不同失效模式（如疲勞斷裂、蠕變斷裂）的相對風險，講解得不夠深入。我更期望書中能提供一些關於如何構建包含材料損傷模型、疲勞裂紋擴展模型等在內的數值模型，以及如何利用多尺度模擬技術來更精確地預測結構在長期服役過程中的壽命。如果能結閤一些實際的工程案例，例如飛機結構、壓力容器等，詳細介紹其疲勞壽命評估的全過程，那將對我目前的學習和工作非常有幫助。

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拿到《計算力學及在工程中的應用》這本書，我的主要目的是想瞭解一下如何利用計算力學來優化産品設計。特彆是材料選擇和結構強度方麵。我特彆關注書中關於非綫性分析的內容，因為我接觸的很多工程問題都涉及到材料的塑性變形或者大變形。書裏對非綫性有限元法的原理介紹得很詳細，比如增量法、弧長法等，這些概念我之前有過一些瞭解，但通過這本書的講解，感覺理解得更透徹瞭。不過，在如何根據具體工程需求來選擇閤適的本構模型、如何設置非綫性分析的參數、以及如何解讀復雜的非綫性分析結果方麵，我覺得這本書可以做得更好。舉個例子，在分析一個承受衝擊載荷的部件時，書裏提供瞭非綫性分析的基本步驟，但對於如何精確地模擬材料的損傷纍積、如何判斷結構是否會發生失效，這些關鍵問題，講解得就比較籠統。我更希望書中能提供一些具體的指導，例如，在麵對不同類型的非綫性問題時，應該優先考慮哪些本構模型？如何通過一些簡單的算例來驗證非綫性分析結果的可靠性？以及在後處理階段，如何從大量的變形雲圖和應力分布圖中，提取齣最關鍵的設計信息。這本書在理論深度上是沒得說的，但作為一本“應用”的工具書，我希望它能更接地氣一些，多給讀者一些“拿來就用”或者“一點就通”的實用技巧。

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我是一名研究生，正在撰寫與計算力學相關的畢業論文，因此，《計算力學及在工程中的應用》這本書對我來說，就如同一個重要的參考工具。我主要想從中獲取關於一些前沿計算方法的信息，以及在不同工程領域中的最新應用案例。這本書的內容確實涵蓋瞭很廣的範圍，從基礎的有限元方法到一些更復雜的領域，如計算流體力學（CFD）和計算固體力學（CSM）的耦閤分析。我尤其對書中關於高性能計算在力學分析中的應用部分比較感興趣，比如並行計算、GPU加速等。不過，在某些章節，我感覺書的深度和廣度之間存在一些不平衡。例如，在介紹CFD和CSM耦閤分析時，書裏對理論和數學模型花瞭大量的筆墨，但對於實際工程中，如何構建這種耦閤模型、如何處理不同物理場之間的邊界條件、以及如何選擇閤適的求解器和後處理工具，介紹得就相對簡略瞭。我希望書中能夠提供更多關於實際工程項目案例的深度剖析，例如，某個大型橋梁的風洞-結構耦閤分析，或者某個航空發動機的流固耦閤熱耦閤分析。詳細介紹在這些復雜項目中，是如何選擇計算方法、如何構建模型、如何進行網格劃分、以及如何評估結果的。這樣，對於我們這些需要將理論知識轉化為實際研究的科研人員來說，將具有極大的啓發意義。

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我最近在研究結構的動力學響應，想找一本能夠係統梳理這個領域的書籍。偶然看到瞭《計算力學及在工程中的應用》這本書，覺得名字聽起來很對路，以為能找到一些實用的分析方法和案例。讀到後麵關於模態分析和暫態響應的部分，確實提供瞭一些理論框架，也介紹瞭一些數值求解的思路。但讓我有些失望的是，這本書在數值方法的部分，對於如何選擇閤適的算法、如何處理邊界條件、如何評估結果的精度等方麵，似乎沒有給齣足夠的指導。比如說，在講解求解動力學方程組的時候，書裏列齣瞭好幾種方法，但對於每種方法的優缺點、適用範圍，以及在實際工程問題中如何權衡選擇，就沒有深入的探討。我遇到過一個實際問題，需要分析一個復雜結構的地震響應，當時我嘗試用書裏介紹的某個方法，結果計算量巨大，而且收斂性也不太好，最後不得不轉嚮其他軟件的幫助。這本書在理論層麵，尤其是數學推導方麵，是相當紮實的，但對於工程師在實際應用中會遇到的“如何做”的問題，迴答得不夠直接和具體。我希望書中能多一些關於數值離散化、時間積分算法的比較分析，以及對實際工程中常見的振動源（如衝擊、風載、地震）的處理策略的介紹。如果能提供一些實際項目的計算流程或者案例分析，那將對我們這些一綫工程師來說，非常有價值。

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這本《計算力學及在工程中的應用》的書，我斷斷續續地讀瞭大概有一半多。說實話，一開始我被這個書名吸引，覺得它應該能把一些非常抽象的力學概念，用一種相對直觀的方式來解釋，並且結閤實際工程案例，讓我這種非科班齣身的工程師也能理解。讀瞭之後，發現書的前幾章，關於基本概念的闡述確實做得不錯，比如對連續介質力學、有限元法的引入，都盡量用通俗易懂的語言，還配瞭一些示意圖。不過，隨著深入，我感覺書的重點似乎開始轉移，內容變得越來越偏嚮於理論推導和數學公式，很多章節的講解，我需要花費大量時間去理解那些復雜的方程組和證明過程。有時候，我真希望作者能在講解完一段理論後，能立刻給齣更詳細、更貼近實際操作的工程應用例子，哪怕是僞代碼或者簡化的流程圖也好，這樣能幫助我更好地將書本知識與我日常遇到的問題聯係起來。比如，在講到斷裂力學的時候，書裏花瞭很大篇幅介紹各種斷裂準則和能量釋放率的計算，但對於如何在實際的結構設計中，如何選擇閤適的材料、如何根據這些理論去評估裂紋擴展的風險，講解得就相對模糊瞭。我期待的，是那種讀完一章，我立刻就能在腦海裏勾勒齣一個解決實際問題的框架，而不是需要再查閱大量其他資料纔能觸類旁通。總而言之，這本書在理論深度上是夠的，但作為一本“應用”的書，我覺得在工程實踐的連接點上，還有提升的空間。

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