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出版者:机械工业

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价格:38.00元

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isbn号码:9787111114161

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结构动力学基础与应用 作者： 王志刚 教授 出版社： 科学技术出版社 ISBN： 978-7-5023-XXX-X 定价： 128.00 元 --- 图书简介： 本书《结构动力学基础与应用》系统、深入地探讨了工程结构在时间变荷载作用下的动力响应规律、分析方法及其在土木、机械、航空航天等领域中的实际应用。全书内容涵盖了从基本的单自由度系统振动理论到复杂多自由度非线性动力学分析的各个层面，旨在为工程技术人员和高年级本科生、研究生提供一套严谨而实用的动力学分析工具箱。 第一部分：基础理论的奠基 (Fundamentals of Vibrations) 本书伊始，首先回顾了经典力学中与动力学紧密相关的基本概念，并着重构建了描述结构振动的数学框架。 第一章：自由振动分析 (Free Vibration Analysis) 本章详述了不考虑外部激励和阻尼情况下的结构自振特性。从最基本的单自由度（SDOF）无阻尼系统的微分方程求解入手，精确推导了系统的固有频率和周期。随后，引入粘性阻尼对振动衰减的影响，详细分析了有阻尼和无阻尼系统的响应差异，特别是对对数减衰率的计算和应用进行了深入阐述。对于实际工程中的常见结构，如梁、板的离散化处理，本章引入了能量法和瑞利近似法，用于估算结构的近似自振频率。 第二章：受迫振动与系统响应 (Forced Vibration and System Response) 本章转向外部激励下的结构响应研究。首先，聚焦于简谐（正弦）激励，推导了SDOF系统的稳态响应，并详细解释了共振现象的物理机制及其对结构安全性的严重威胁。核心内容是频率响应函数 (Frequency Response Function, FRF) 的建立与应用，它揭示了系统对不同频率输入的敏感度。随后，系统扩展到任意荷载形式下的瞬态响应分析，重点介绍了积分变换法（拉普拉斯变换）和卷积积分在求解初值问题中的应用。阻尼对受迫振动的影响，特别是峰值选择性在共振附近的重要性，得到了充分的讨论。 第三章：多自由度系统动力学 (Multi-Degree-of-Freedom Systems) 这是全书理论深度的核心体现。多自由度系统通过质量矩阵 ($mathbf{M}$)、刚度矩阵 ($mathbf{K}$) 和阻尼矩阵 ($mathbf{C}$) 来描述。本章首先推导了系统的运动微分方程（矩阵形式）。重点在于无阻尼系统的模态分析：如何求解特征值问题，确定固有频率和振型 (Mode Shapes)。振型的物理意义——各阶振动模式的形态，被细致剖析。随后，引入模态叠加法 (Modal Superposition Method)，展示如何利用正交性将耦合的二阶微分方程转化为一组解耦的单自由度方程，这是进行大规模结构动力学分析的关键步骤。 第二部分：高级分析技术与应用 (Advanced Analysis Techniques and Applications) 在掌握了基础理论后，本书进入更贴近实际工程问题的分析方法和特定荷载下的响应研究。 第四章：阻尼理论与实际建模 (Damping Theory and Practical Modeling) 阻尼是动力学分析中最具挑战性的部分。本章深入探讨了阻尼的物理本质，区分了粘性阻尼、库仑阻尼和材料阻尼。重点讲解了工程实践中最常用的瑞利阻尼（Rayleigh Damping）的构建方法及其在模态分析中的适用性限制。此外，还讨论了复刚度法在处理结构自身材料阻尼问题上的应用潜力。 第五章：连续体系统的离散化与有限元方法 (Discretization of Continuous Systems and Finite Element Method) 对于梁、板、壳等连续体结构，必须采用离散化方法。本章详细介绍了位移法在动力学分析中的应用，特别强调了有限元（FEM） 理论在建立系统动力学方程中的核心地位。通过对欧拉-伯努利梁单元和平面应力单元的动力学刚度与质量矩阵的推导，读者可以理解现代商用软件（如ANSYS, ABAQUS）内部动力学模块的求解逻辑。本章还涉及了奇点自由度的处理和约束方程的引入。 第六章：瞬态响应分析与数值方法 (Transient Response Analysis and Numerical Methods) 实际工程中，冲击、地震等荷载是瞬态的。本章主要关注时程分析 (Time History Analysis)。详细比较了直接积分法 (Direct Integration Methods)，如中心差分法（Central Difference）、Newmark-β 法和Wilson-θ 法的稳定性和精度。讨论了在大型结构分析中，如何平衡计算效率与结果准确性，以及时间步长的选择准则。 第七章：随机振动与地震工程 (Random Vibrations and Earthquake Engineering) 对于风、波浪或地面运动等不可预测的激励，随机振动理论是必需的工具。本章介绍了功率谱密度 (Power Spectral Density, PSD) 的概念，用于描述随机过程的统计特性。核心内容是均方值响应分析，以及如何通过谱密度函数预测结构在随机荷载作用下的最大可能位移和应力。在地震工程部分，结合反应谱法 (Response Spectrum Method)，阐述了如何利用设计反应谱来快速评估结构抗震性能，这是结构抗震设计规范的理论基础。 第八章：非线性动力学初步 (Introduction to Nonlinear Dynamics) 本书的最后一部分对超越线性系统假设的复杂问题进行了初步探讨。 本章介绍了非线性刚度（如材料屈服、几何非线性）和非线性阻尼对方程解的影响。重点讨论了步进法求解非线性动力学方程的迭代策略（如牛顿法、修正牛顿法），以及如何识别和分析跳跃现象 (Jump Phenomena) 和解的失稳。虽然深度不如专业非线性动力学专著，但为读者指明了进一步研究的方向。 --- 本书特色： 1. 理论深度与工程实用性的完美结合： 内容从基础的傅里叶分析和微分方程出发，逐步过渡到复杂的模态分析和随机振动，每部分理论推导后均配有清晰的工程算例或实际问题讨论。 2. 丰富的数学工具： 系统讲解了拉普拉斯变换、矩阵特征值求解、傅里叶变换等动力学分析中不可或缺的数学工具。 3. 注重理解物理意义： 强调振型、共振、阻尼比等核心概念的物理含义，而非单纯的公式堆砌，帮助读者建立直观的工程判断力。 4. 兼容有限元思维： 在介绍多自由度系统时，紧密结合有限元离散化的思想，使读者能够顺利衔接现代计算力学软件的应用。 本书适合于土木工程、机械工程、航空航天工程、声学与振动控制等相关专业的高年级本科生、研究生使用，同时也是从事结构分析与设计工程师的优秀参考书。

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这本书在图示和插图质量上，着实让人感到遗憾。作为一门高度依赖空间想象和视觉辅助的学科，力学书籍的图例是其灵魂。遗憾的是，这本书中的许多受力图、变形示意图，无论是线条的粗细、阴影的处理，还是受力方向的箭头标注，都显得有些粗糙和模糊。特别是在描述三维状态（如扭转或复杂应力状态）时，缺乏清晰的剖面图或局部放大图来辅助理解。很多时候，我需要花费比阅读文字更多的精力去辨认图上标注的符号代表什么物理量，或者哪个面是作用面。这种视觉上的不友好，极大地拖慢了对复杂几何模型分析的进度。如果能采用更清晰的工程制图标准，用不同的颜色或线型区分作用力、反力、位移和应力等概念，学习效率肯定会大大提升。现在的图，更像是早年间手绘的草图被简单地扫描进去了，缺乏现代印刷技术应有的细腻感。

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我对这本书的结构安排持保留态度。它试图在一个相对有限的篇幅内覆盖从基本概念到复杂断裂力学的前沿内容，结果就是深度上有所欠缺，广度上又显得有些泛泛。例如，在处理梁的弯曲问题时，弹性理论的基础章节交代得比较简洁，重点很快就转向了超静定结构分析。虽然超静定分析是重要的，但缺乏对挠度和转角在不同边界条件下精确计算方法的充分练习，使得读者在面对实际工程问题时，往往只能记住公式，而无法灵活应对非标准加载情况。个人认为，一个优秀的力学教材，应该在前期的章节中，就通过大量的、变化多端的例题，将“力学直觉”深深植入读者的思维模式中。这本书的例题数量偏少，且很多例题的求解过程非常“标准”和“教科书化”，缺乏对可能出现的奇异点、应力集中区域的深入探讨。读完后感觉自己掌握了一套解题的“脚本”，而非一套解决未知问题的“方法论”。

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这本被寄予厚望的工程力学教材，坦白说，在阅读体验上给我带来了一些小小的困扰。首先是排版和装帧，纸张的克重似乎选得有些偏薄，在频繁翻阅查阅公式和图示时，总感觉担心会留下永久的折痕，这对于一本工具书而言，耐用性是一个不容忽视的细节。更重要的是，书中的理论推导过程，虽然逻辑严谨，但对于初学者而言，其间缺失的那些“中间步骤”显得过于跳跃。比如，在介绍应力张量与应变张量之间的本构关系时，作者似乎默认读者已经对张量代数有着非常深入的理解，导致我在跟进某些关键的坐标变换和矩阵运算时，不得不频繁地查阅其他高等数学或线性代数的参考书，这无疑打断了学习材料力学核心概念的流畅性。感觉作者在编写时，更多是面向已经有一定基础的研究生或工程师，而非面向大一、大二刚接触此门学科的本科生。如果能增加一些更详尽的、手把手的数值推导示例，或者在关键的物理意义阐述上多用一些生活化的类比，而不是纯粹的数学语言，相信会更具普适性。

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从教学法的角度来看，这本书的语言风格显得有些过于学术化和疏离，缺少一种引导性的“对话感”。作者的文字表达非常精确，但这种精确往往伴随着高度的书面语和冗长复杂的从句结构，这使得初次接触该领域的学生很难产生亲切感和代入感。比如，它用长篇大论来定义“变形兼容性”，却没有立刻用一个简单的桁架或悬臂梁例子来展示这种兼容性在实际计算中是如何被“强制”施加的。好的教材应该像一位耐心且富有激情的导师，在概念的引入阶段就不断地提问、激发读者的好奇心，并适时地给予肯定和鼓励。而这本书，更像是一部严谨的科技文献集，它陈述事实，却很少与读者进行心智上的互动。我希望它能多一些“思考一下”、“你认为为什么会这样”的引导性语句，而不是仅仅呈现最终的结论和公式。

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这本书在涉及材料特性的部分，处理得略显仓促。在理论力学框架下，材料的本构关系往往被简化为理想线弹性模型，这是可以理解的。然而，对于现代工程实践中越来越常见的非线性行为（如塑性、蠕变或粘弹性），本书的介绍几乎停留在概念层面，缺乏足够的数学模型和相应的工程应用案例支撑。例如，在讨论屈服准则时，只是简单提及了冯·米塞斯和特雷斯卡准则，但对于如何将这些准则应用到实际的板壳结构分析中，或者如何处理材料在不同温度下的力学性能变化，内容几乎为空白。这使得这本书的适用范围被局限在了相对简单的、仅处于弹性极限内的结构分析。如果能将这些内容扩展，哪怕是以“进阶阅读”或“拓展选读”的形式增加附录，也会大大提升其作为一本全面工程力学参考书的价值，避免读者在进入更高级课程时，不得不从零开始补习材料行为的复杂性。

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