工程力学学习指导.下册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京理工大学出版社

作者:梅凤翔

出品人:

页数:528

译者:

出版时间:2003-8-1

价格:22.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787564001520

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结构动力学基础与应用：高级分析方法详解 作者： 王建华，李明德 出版社： 科技高等教育出版社 字数： 约 950,000 字（全两册） 版次： 2023 年第 1 版 --- 图书简介 《结构动力学基础与应用：高级分析方法详解》是一部面向土木、机械、航空航天及控制工程等领域高年级本科生、研究生及一线工程技术人员的专业参考著作。本书旨在系统、深入地阐述结构在时变荷载作用下的动力响应理论、数值计算方法及其在复杂工程问题中的实际应用。全书内容兼顾理论的严谨性与工程实践的指导性，力求构建一个从基本概念到前沿技术、从经典理论到现代算法的完整知识体系。 本书共分两卷。本简介主要侧重于第一卷：理论基础与自由振动分析的内容组织和核心贡献，并对第二卷的拓展主题进行概览，确保内容详尽且聚焦于本书独特价值。 --- 第一卷：理论基础与自由振动分析（约 65 万字） 第一卷聚焦于结构动力学分析的理论基石，详细梳理了单自由度、多自由度系统的自由振动与受迫振动（简谐激励）的解析解法，并引入了模态分析的核心概念。 第一部分：动力学分析的准备与基础（第 1 章 - 第 3 章） 第 1 章：结构动力学概论与基本概念 本章首先界定了结构动力学研究的范畴，对比了静力学、材料力学与动力学在处理时间效应上的根本区别。重点阐述了结构的基本动力学模型化过程，包括离散化、引入质量、刚度与阻尼的物理意义及数学表征。详细讨论了广义坐标的选择、约束条件的施加及其对动力学方程组构建的影响。特别引入了应变能法和虚功原理在动力学方程推导中的应用基础，为后续的拉格朗日方程和哈密顿原理奠定基础。 第 2 章：单自由度系统（SDOF）的动力响应 这是全书最核心的起点。本章从牛顿第二定律出发，导出标准 SDOF 系统的运动微分方程。深入分析了无阻尼自由振动（特征方程、固有频率与周期）和有阻尼自由振动（临界阻尼比、欠阻尼、过阻尼、临界阻尼的物理意义与时间响应特性）。 受迫振动部分，系统地推导了简谐荷载作用下稳态响应的解析解，重点探讨了共振现象的机理、影响因素及工程中的对策。对脉冲激励、阶跃激励等非周期性荷载，引入了卷积积分（Duhamel 积分）的基本形式，并展示了其在计算瞬态响应中的核心地位。 第 3 章：质量与刚度的矩阵化表示 本章将分析从具体力学模型上升到矩阵代数的层面。详细介绍了集中质量法（Lumped Mass Method）在构建离散系统时的具体步骤。重点讲解了如何利用力法和位移法（刚度法）的扩展形式来精确计算结构体系的全局刚度矩阵 $[K]$ 和质量矩阵 $[M]$。对于涉及集中质量系统的阻尼矩阵 $[C]$，本章提供了 Rayleigh 阻尼（质量-刚度比例阻尼）的推导与应用条件，并简要介绍了结构阻尼和材料阻尼的工程近似方法。 第二部分：多自由度系统（MDOF）的模态分析（第 4 章 - 第 6 章） 第二部分是连接理论与现代有限元分析的关键桥梁。 第 4 章：MDOF 系统的自由振动与特征值问题 本章围绕 $[M]{ddot{u}} + [K]{u} = {0}$ 展开。详细推导了系统固有的特征值问题（特征值问题 $[K] - omega^2 [M] = {0}$），并深入探讨了矩阵的性质（对称性、正定性）。着重讲解了求解特征值和特征向量的子空间迭代法和Lanczos 算法的基本思想，这些方法是大型结构分析软件的核心引擎。 第 5 章：模态正交性和模态叠加法的理论基础 这是结构动力学分析的基石。本章首先证明了在无阻尼或 Rayleigh 阻尼条件下，特征向量（模态形状）之间的质量正交性和刚度正交性。在此基础上，系统地推导了模态叠加法（Modal Superposition Method）的原理，即将复杂的 MDOF 响应分解为一系列独立的 SDOF 系统的响应之和。本章详细给出了从原始坐标系到模态坐标系的坐标变换过程，并给出了模态参与系数的计算公式及其物理意义。 第 6 章：受迫振动分析与模态组合 本章应用前述的模态分析结果求解受迫响应。详细分析了简谐激励下 MDOF 系统的稳态响应，并讨论了共振响应的模态贡献。重点在于瞬态响应的模态叠加，包括对激励力的模态分解和对响应时间的数值积分策略。本章引入了有效质量（Effective Mass）的概念，用以评估高阶模态对整体响应的贡献度，指导工程中截断模态的合理性判断。 第三部分：数值方法与阻尼系统的深化（第 7 章 - 第 9 章） 第 7 章：直接积分法 为了处理非比例阻尼系统或复杂激励，本章引入了直接求解全阶运动方程的数值方法。详尽介绍了中心差分法（Central Difference Method）的稳定性和精度分析，以及Newmark-$eta$ 法（包括平均加速度法和线性加速度法）的稳定性和条件/无条件稳定性范围。重点讨论了时间步长的选取对计算结果的决定性影响。 第 8 章：粘滞阻尼系统的处理与非比例阻尼 本章深入探讨了粘滞阻尼矩阵 $[C]$ 的构造与效应。在详细讨论比例阻尼（Rayleigh 阻尼）的优势后，本章专门分析了非比例阻尼（Non-Proportional Damping）情况下的动力学挑战。介绍了状态空间法（State-Space Formulation）如何将 MDOF 系统转化为一阶微分方程组，从而自然地处理任意阻尼矩阵，并指出其在求解复杂阻尼系统时的理论优越性与数值计算的代价。 第 9 章：结构的地震反应分析导论 本章将理论应用于最关键的工程领域。详细介绍了反应谱法（Response Spectrum Analysis）的理论基础，包括如何利用地震动记录的反应谱来估计结构的峰值响应，避免耗时的时域积分。重点阐述了模态最大值相加法（SRSS）和完全二次组合法（CQC）在组合不同模态贡献时的适用性与精确度差异。 --- 第二卷：高级主题与应用（内容概述） 第二卷（重点关注计算与应用）将内容拓展至以下高级主题，以支撑前沿研究和复杂工程项目： 非线性动力学： 塑性铰、基体屈服、几何非线性（P-Delta 效应）的建模与分析。 随机振动理论： 随机激励（如风荷载、海浪力）的功率谱密度（PSD）分析与方差响应计算。 有限元法的动力学实施： 单元动力学刚度与质量矩阵的形成，显式与隐式积分方案在 FEA 中的集成。 接触与冲击动力学： 碰撞响应、冲击载荷下的能量耗散与接触刚度的处理。 主动与被动控制： 黏滞阻尼器、粘弹性阻尼器、调谐质量阻尼器（TMD）的动力学建模与优化设计。 --- 本书的特色与贡献 1. 理论与计算的深度融合： 本书不仅提供精确的解析解，更将理论分析紧密地与现代大型有限元软件（如 ABAQUS, ANSYS, SAP2000）所采用的数值算法（如特征值求解器、时间积分器）的底层原理进行对标讲解。 2. 工程实例丰富： 每章末均附有详尽的工程案例分析，涵盖高层建筑抗震、航空结构颤振临界点估计、机械设备的振动隔离等实际场景。 3. 严谨的数学推导： 全书严格遵循变分原理，确保了所有动力学方程推导过程的完整性和严密性，是进行二次开发或理论深造的坚实基础。 本书适合作为结构动力学、振动控制、计算力学等课程的教材或核心参考书，帮助读者掌握从概念理解到复杂工程软件操作的完整知识链条。

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这本指导书的价值，在于它成功地弥合了理论学习与工程实践之间的鸿沟。我特别欣赏书中对“失效模式”的系统性归纳。它没有孤立地讲解屈服和断裂，而是将疲劳损伤的累积过程与载荷谱的统计分析结合起来，让读者感受到理论分析是如何服务于提高产品可靠性的。书中对疲劳寿命预测模型的选择与应用给出了非常实用的建议，例如何时使用S-N曲线，何时必须采用Miner准则进行累积损伤评估。此外，针对一些典型的工程构件，比如螺栓连接、焊接接头等，这本书提供了基于实际规范的校核思路，这些内容在标准教科书中往往缺失，但却是我们毕业后立刻要面对的工作内容。阅读这本书的过程，就像是参与了一场高水平的工程研讨会，作者的见解深刻而富有远见。它不仅帮你弄懂了“为什么会坏”，更重要的是指明了“如何才能不坏”。对于那些志在从事结构设计或可靠性分析领域的学生而言，这本书与其说是一本辅导材料，不如说是一本职业生涯的早期指南，其启发性是难以估量的。

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这本《工程力学学习指导.下册》简直是为我们这些在理论与实践的夹缝中挣扎的学生量身定制的救星。我记得我刚接触到这块内容的时候，脑子里全是那些错综复杂的矢量图和各种奇形怪状的受力分析，感觉就像是在阅读一本外星语教材。但是，自从我翻开这本书，情况就完全不一样了。它不是那种干巴巴地堆砌公式的参考书，而是真正手把手地教你如何“思考”力学问题。比如，对于结构稳定性那一章，作者没有仅仅罗列欧拉公式，而是深入浅出地讲解了为什么长细比是决定性的因素，以及在实际工程中如何通过改变截面形状来优化受力性能。书中大量的例题解析更是神来之笔，那些复杂的桁架结构、梁的弯曲和扭转问题，通过清晰的步骤分解，让我第一次体会到了一种豁然开朗的感觉。尤其是在处理一些需要多步推理的复杂问题时，它会特别指出关键的思维转换点，这对于培养我们的独立解题能力至关重要。这本书的编排逻辑性极强，从基础的应力应变过渡到更复杂的疲劳和断裂，循序渐进，让人感觉每掌握一个知识点，自己的工程直觉就提升了一大截。我强烈推荐给所有在为这门“硬骨头”课程感到头疼的同学，它能帮你真正领悟到力学背后的物理意义，而不仅仅是记住几个公式而已。

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我不得不说，这本《工程力学学习指导.下册》是那种你会在书架上放很多年，并且时不时会拿出来翻阅的工具书。我发现它在讲解一些抽象概念时，总能找到一个绝佳的类比。比如，在解释剪切变形和扭转变形时，书中用到了一个非常形象的比喻，让我瞬间抓住了它们在几何关系上的本质区别，这比死记硬背定义有效得多。更让我印象深刻的是，它对教材中那些晦涩难懂的推导过程进行了“可视化”的处理。很多教材为了追求数学的严谨性，推导过程往往跳跃性很大，让人跟不上思路。但这本书的讲解，每一步都有详细的铺垫，并且会标注出“为什么”要进行这个数学操作，而不是仅仅展示“如何”进行操作。尤其是在涉及到有限元方法的初步概念引入时，它用非常直观的方式展示了离散化对求解精度的影响，为后续学习更高级的数值方法打下了坚实的直觉基础。这本书的语言风格非常平易近人，没有高高在上的说教感，更像是一位经验丰富的导师在旁边耐心指导你攻克难关。对于自学或者复习基础知识的学生来说，它提供了比课堂教学更灵活的学习节奏和更细致的解析支持。

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说实话，我过去对力学的理解非常肤浅，总觉得它就是一套用来计算破坏系数的工具箱。直到我深入研读了这本《工程力学学习指导.下册》中关于“静不定结构分析”的部分，我的观念才彻底被颠覆了。这本书对超静定问题的处理思路极其巧妙，它不仅详细讲解了力的协调条件和力的平衡条件如何结合使用，还着重分析了不同约束条件对结构内力重分布的影响机制。作者通过对比柔度法和刚度法在处理此类问题时的优势与劣势，让读者理解到，选择哪种分析方法往往取决于工程的实际需求和计算的复杂度。书中对刚度矩阵的建立过程阐述得极其细致，特别是对节点位移的定义和约束条件的施加，我反复看了好几遍才完全吃透。这种对方法论背后逻辑的深挖，极大地提升了我对结构力学整体框架的把握能力。它教会我的不是如何套用公式解决一个特定的梁，而是如何建立一个通用的数学模型来描述任意结构的受力状态。这种从具体问题到一般规律的提炼能力，是任何工程师都需要的核心素养，而这本书无疑在这方面起到了关键的引导作用。

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拿到这本《工程力学学习指导.下册》时，我原本是抱着将信将疑的态度，毕竟市面上的辅导书汗牛充栋，真正能起到“指导”作用的凤毛麟角。然而，这本书的深度和广度远超我的预期。它最大的亮点在于对工程背景的深刻洞察力。例如，在讲解材料的蠕变和应力松弛时，作者并没有停留在理论模型的层面，而是结合了高温高压环境下的实际案例，让我直观地理解了为什么在航天发动机和核反应堆的设计中，这些时效性因素必须被纳入考虑。书中对于动载荷和冲击载荷的处理部分，更是体现了极高的专业水准，它清晰地阐述了冲击系数的选取原则及其背后的动力学基础，这部分内容在很多标准教材中都是一带而过，但却是实际工程设计中常常遭遇的难题。此外，排版设计也值得称赞，图示清晰、重点突出，那些复杂的受力简图和变形示意图，即便是初学者也能迅速捕捉到问题的核心。我个人最欣赏的是它对“误差分析”的强调，提醒读者在进行简化假设时，必须对结果的可靠性有一个清醒的认识，这种严谨的科学态度，是培养未来工程师不可或缺的一课。总而言之，这是一本兼具学术深度和工程实用性的优秀参考资料。

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