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出版者:华中科技大学出版社

作者:谢祚水 编

出品人:

页数:290

译者:

出版时间:2004-4-1

价格:28.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787560930121

丛书系列:

图书标签:

• 计算力学5
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• 结构设计

结构设计与材料科学前沿探索 图书名称： 结构设计与材料科学前沿探索 内容简介： 本书旨在为土木工程、机械工程、材料科学以及相关交叉学科的研究人员、工程师和高年级学生提供一个全面、深入且前沿的视角，聚焦于现代结构设计理论的突破性进展、新型高性能结构材料的应用与开发，以及极端环境下的结构响应与可靠性评估。本书的叙事结构清晰，逻辑严谨，力求在理论深度与工程实用性之间找到完美的平衡点，避免了传统教材中对基础理论的过度重复阐述，而是将重点放在了近年来学术界和工业界关注的热点与难点问题上。 第一部分：先进结构分析方法与数值模拟 本部分深入探讨了超越传统线性分析范畴的高级结构分析技术。我们首先回顾了当前主流的有限元方法（FEM）在处理复杂几何体和非线性本构关系时的局限性，并着重介绍了扩展有限元法（XFEM）在模拟裂纹扩展、界面脱粘等不连续性问题中的优势与实现细节。 随后，我们将焦点转向无网格方法（Meshless Methods），特别是光滑粒子流体动力学（SPH）及其在冲击动力学、爆炸响应分析中的应用。书中详细阐述了这些方法的数学基础，如核函数（Kernel Function）的选择对计算稳定性和精度带来的影响。 在动态分析方面，本书对随机振动理论进行了系统性的梳理，重点讲解了频域分析与时域分析的适用场景，并引入了地震工程中基于性能化设计（Performance-Based Design, PBD）的先进概念。PBD要求结构在不同烈度地震作用下达到预设的损伤控制目标，本书通过实际案例演示了如何将非线性动力学分析结果转化为可量化的性能指标，如位移需求和损伤概率。 此外，本部分还专门开辟章节讨论了拓扑优化（Topology Optimization）在结构轻量化和功能集成设计中的最新进展。不同于传统的尺寸优化，拓扑优化关注的是材料的分布，我们详细剖析了基于密度的方法（Density-based methods）和水平集方法（Level Set Methods）的演进，以及如何将制造约束（如增材制造的限制）融入优化目标函数中，实现“设计即制造”的理念。 第二部分：高性能与智能结构材料 结构承载力的提升不再仅仅依赖于几何尺寸的增加，新材料的开发是推动结构工程发展的核心驱动力。本部分聚焦于两类革命性材料：超高性能混凝土（UHPC）与先进复合材料。 关于UHPC，书中不仅分析了其超高抗压强度和优异的韧性来源（微观尺度的纤维增强作用），更重要的是，详细讨论了UHPC在结构耐久性方面的突破，尤其是在海洋环境和寒冷气候下抵抗冻融循环和氯离子侵蚀的能力。我们提供了UHPC构件在后张拉体系中的应用案例，探讨了其长期应变性能与应力松弛效应。 在纤维增强复合材料（FRP）方面，本书超越了传统的层合板理论（如经典层合板理论CLT），深入探讨了三维编织复合材料和纳米增强复合材料的力学行为。特别是对于航空航天和桥梁加固领域常见的FRP-混凝土界面粘结性能，本书引入了界面本构模型和剥离波传播分析，以精确预测复合材料的失效模式。 一个重要的章节是关于形状记忆合金（SMA）和压电材料在结构健康监测（SHM）和主动控制中的集成应用。我们探讨了SMA作为自复位元件的本构关系，特别是其温度和应变耦合效应。同时，书中展示了如何利用压电材料的逆压电效应驱动微小结构形变，实现对桥梁或风力发电机叶片的主动减振。 第三部分：极端环境下的结构可靠性与寿命预测 现代工程结构面临着更严峻的服役条件，包括极端载荷、环境侵蚀和长期老化。本部分的核心在于如何建立更可靠的评估体系。 针对疲劳与断裂问题，本书强调了从宏观应力场到微观裂纹萌生的全过程描述。我们详细介绍了弹塑性断裂力学（EPFM）中的核心参数——J积分的计算方法及其在含高载荷的工程结构（如压力容器、核设施构件）评估中的应用。对于疲劳寿命预测，书中对比了基于应力-应变、应变能量密度和断裂韧性的多种疲劳寿命模型，并结合可靠性理论，探讨了在不确定性载荷输入下，结构失效概率的量化方法。 在极端载荷响应方面，本书侧重于冲击与碰撞动力学。我们分析了高速撞击下材料的应变率效应（Strain Rate Dependency），并介绍了侵蚀模型（Erosion Models）在模拟穿透问题中的应用。这对于保障交通基础设施（如桥梁护栏）和关键工业设备的抗冲击能力至关重要。 最后，本书探讨了结构健康监测（SHM）系统的先进技术。这不仅包括传感器网络的设计与数据采集，更关键的是数据分析与状态评估。我们介绍了利用模式识别技术和机器学习算法（如支持向量机SVM、深度学习网络）从振动响应中提取结构损伤特征的有效途径，旨在实现从“事后维修”到“预测性维护”的转变，最大化结构的有效使用寿命。 全书内容紧密结合最新的研究成果和实际工程案例，图表丰富，旨在激发读者对下一代结构工程挑战的深入思考和创新实践。

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我是一名正在攻读结构工程博士的学生，在查找相关文献时偶然发现了这本《计算结构力学》。起初，我只是想找一些补充材料，但读了几章之后，我发现这本书的内容远超我的预期。它对断裂力学和疲劳分析的阐述非常深入，特别是关于裂纹扩展的数值模拟，书里介绍了几种先进的方法，如XFEM（扩展有限元法），并且还讨论了网格重构和损伤演化等关键问题。这些内容对于我目前的研究方向来说，非常有启发性。书中不仅有理论的深度，还有很强的实践指导性。作者详细介绍了如何利用商业有限元软件（如ABAQUS或ANSYS）来处理这些复杂的问题，并且给出了很多具体的命令流和后处理技巧。这对于我们进行学术研究，将理论转化为可执行的模拟非常有帮助。总的来说，这本书不仅适合初学者入门，对于有一定基础的研究者来说，也能从中获得宝贵的知识和灵感。

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作为一个在设计院工作的工程师，我常常需要处理各种复杂的结构设计和分析任务，而《计算结构力学》这本书，可以说是给了我很大的帮助。我最看重的是它对于各种高级结构形式的分析方法。比如，书中对于薄壳结构、空间网架结构以及组合结构等的分析，都给出了非常详细的计算流程和注意事项。我最近在设计一个大跨度展览中心，其中涉及到大量的曲面和异形结构，书里关于曲面单元和复杂边界条件处理的章节，就成了我反复查阅的宝典。它不仅告诉了我“怎么做”，更重要的是“为什么这么做”，让我能够更深入地理解不同结构形式的受力特点和计算规律。此外，书中还讨论了结构的可靠度分析和概率性设计，这对于提高结构设计的安全性和经济性非常有指导意义。虽然我平时接触的软件很多，但这本书帮助我建立了一个更宏观、更系统的计算力学知识体系，让我不再仅仅是机械地操作软件，而是能够更有针对性地选择和优化计算模型。

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这本书《计算结构力学》给我的感觉就像一位循循善诱的老师，它并不直接给你答案，而是耐心地引导你一步步去探索。我一直对动力学分析非常感兴趣，但总觉得在理论和实践之间隔着一层窗户纸。这本书恰好填补了我的这个空白。它从最基本的振动理论讲起，逐步深入到各种模态分析、响应谱分析等复杂内容。我尤其喜欢它对数值积分方法在动力学分析中的应用讲解，比如Newmark-beta法和中心差分法，书中不仅给出了详细的推导过程，还分析了它们的优缺点和适用范围。更重要的是，它还结合了实际的工程算例，展示了如何在软件中实现这些方法，并如何解读计算结果。我曾用书中的方法对一个简单的桥梁模型进行了动力响应分析，结果与理论预期非常吻合，这让我对动力学分析的理解又深了一个层次。这本书的严谨性和实用性都非常高，是学习计算结构力学动力学部分不可多得的好教材。

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说实话，一开始拿到《计算结构力学》这本书，我并没有抱太大的期望，毕竟市面上关于这个主题的书籍已经很多了。然而，当我翻开它的时候，就被它独特的视角和深入的分析所吸引。作者在介绍各种计算方法时，并没有直接给出公式，而是先从问题本身的物理背景出发，一步步引导读者去思考，去构建数学模型，然后再导出相应的计算方法。这种“溯源而上”的学习方式，让我对计算结构力学的理解不再是停留在死记硬背公式的层面，而是真正理解了其背后的原理和逻辑。书中对非线性问题的处理尤其令人印象深刻，它详细介绍了迭代法的原理和实现，并且对不同情况下的收敛性问题也进行了讨论，这对于解决实际工程中遇到的各种复杂变形和材料非线性问题非常有帮助。我个人觉得，这本书的价值不仅仅在于它传授了多少知识，更在于它培养了一种解决问题的思维方式，一种能够将复杂工程问题分解、建模并进行数值求解的能力。

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这本《计算结构力学》我看了不少，感觉它真的像一本宝藏，尤其是在处理一些复杂工程问题的时候，简直是得力助手。书里对各种有限元方法的讲解都特别细致，从理论推导到实际应用，都讲得很透彻。我特别欣赏的一点是，它并没有停留在理论层面，而是花了大量的篇幅去介绍如何将这些理论转化为实际的计算机程序。比如，书中对于单元的选取、节点的定义、以及边界条件的施加，都给出了非常清晰的指导，还结合了一些具体的算例，让我这种初学者也能很快上手。我尝试着按照书里的方法，用Fortran写了一些简单的结构分析程序，虽然过程有些曲折，但最终的结果让我非常有成就感。而且，书里的图示也相当丰富，很多抽象的概念通过图就能一下子理解到位，这对于我这种视觉型学习者来说，简直是福音。总而言之，如果你是结构工程领域的学生或者从业者，想要深入理解并掌握计算结构力学，这本书绝对不容错过。它不仅是理论的讲解，更是实践的指南。

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