力学与工程应用 第十卷 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国林业出版社

作者:杜庆华

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2004-07-01

价格:60.0

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isbn号码:9787503838187

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• 机械工程
• 材料力学
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复杂系统动力学：从基础理论到前沿技术 图书内容摘要 本书旨在系统阐述复杂系统动力学的核心理论框架、分析工具及其在现代工程和自然科学中的广泛应用。全书内容涵盖了从基础的非线性动力学、混沌理论到前沿的智能控制、网络科学等多个交叉学科领域，力求为读者提供一个全面且深入的认知视角。 第一部分：复杂系统动力学的数学基础与模型构建 本部分聚焦于描述和分析复杂系统的数学工具。首先，我们将回顾经典力学中对确定性系统的描述，重点转向如何构建能捕捉系统复杂性的非线性模型。 1. 非线性动力学基础： 深入探讨相空间分析、极限环、分支理论等概念。我们将详细解析李雅普诺夫稳定性理论，并介绍如何利用数值方法（如龙格-库塔法）求解高维非线性微分方程组。特别关注系统对初始条件的敏感性，为后续的混沌分析奠定基础。 2. 随机过程与噪声： 现实世界中的复杂系统往往受到环境随机扰动的影响。本章引入马尔可夫过程、维纳过程（布朗运动）等随机过程的数学描述，并探讨如何将噪声项纳入动力学模型，形成随机微分方程（SDEs）。重点讨论噪声对系统稳定性和平均行为的影响。 3. 延迟微分方程（DDEs）与时滞系统： 许多工程和生物系统中存在时间延迟，这会显著改变系统的动态行为，常导致复杂的振荡甚至混沌。本章详细分析了有限维到无限维系统的转变，以及如何通过特征值分析和中心流形理论来研究具有时滞的系统的稳定性与分岔现象。 4. 复杂性量度： 介绍量化系统复杂性的指标，包括信息熵、关联维度、近似熵（ApEn）和样本熵（SampEn）。这些工具为评估和比较不同系统的复杂程度提供了客观标准。 第二部分：混沌、分岔与相变 本部分是复杂系统动力学的核心，专注于研究系统行为的突变和不可预测性。 5. 经典混沌系统： 详尽分析洛伦兹（Lorenz）、洛特卡-沃尔泰拉（Lotka-Volterra）等经典混沌系统的生成机制。通过对这些模型的研究，读者将理解“对初始条件敏感的依赖性”（蝴蝶效应）的数学本质。引入庞加莱截面技术，展示如何通过离散化将连续系统转化为迭代映射，并识别周期倍增和混沌的产生路径。 6. 分岔理论： 阐述系统参数变化如何导致定性行为的突然改变。详细介绍鞍结分岔、超临界/次临界霍普夫分岔、意大利面分岔（Pitchfork bifurcation）等基本类型。讨论如何利用规范型方程（Normal Form Equations）来简化高维系统的分析。 7. 湍流与空间混沌： 将动力学思想扩展到偏微分方程（PDEs）描述的系统，特别是流体动力学中的湍流问题。探讨相干结构、尺度分离以及如何利用模式方程（如库特伯格-帕塔希奥-祖博夫，KPZ方程）来模拟界面演化中的复杂性。 第三部分：网络动力学与涌现现象 本部分关注由大量相互连接单元组成的系统的全局行为，即网络科学中的动力学问题。 8. 网络拓扑结构： 介绍描述网络结构的拓扑度量，如平均路径长度、聚类系数、度分布（幂律分布、小世界特性）。分析无标度网络（Scale-Free Networks）和随机网络（Erdős-Rényi模型）的差异及其对动力学过程的影响。 9. 网络上的同步与耦合振荡器： 探讨大量耦合振荡器（如Kuramoto模型）如何实现全局同步。分析耦合强度、网络拓扑结构与同步阈值之间的关系。研究同步的破缺（Desynchronization）以及实现部分同步（Chimera States）的条件。 10. 信息传播与级联失效： 将动力学方法应用于信息流、疾病传播（如SIR模型）或电网故障传播。分析级联失效的临界点，以及如何通过网络结构设计来增强系统的鲁棒性。 第四部分：智能控制与复杂系统优化 本部分将动力学理论与现代控制技术相结合，旨在对复杂系统进行有效干预和优化。 11. 智能控制策略： 重点介绍基于动力学模型的先进控制方法。包括滑模控制（Sliding Mode Control）、自适应控制在处理系统不确定性时的应用。深入探讨智能算法在复杂系统中的作用，如模糊逻辑控制和神经网络控制，用以逼近难以解析的非线性动力学。 12. 混沌控制与同步： 介绍如何利用微小的外部扰动来控制或利用混沌行为。详述奥德默（Ott-Antonsen-Chuover）方法和派克（Pyragas）反馈控制，旨在将混沌轨迹引导至期望的周期轨道。探讨利用系统间的同步特性实现对目标动力学的远程操控。 13. 优化与演化算法： 讨论如何利用系统内在的演化机制来解决组合优化问题。包括遗传算法（GA）、粒子群优化（PSO）等启发式方法，并将其与动力学模拟相结合，以寻找复杂系统中的最优或近似最优解。 第五部分：前沿应用与跨学科研究 本部分将理论模型应用于具体的工程和科学挑战中。 14. 生物动力学与生理建模： 讨论心脏节律（FitzHugh-Nagumo 模型）、神经元激发模型（Hodgkin-Huxley 模型）中的非线性动力学。分析疾病在复杂人群网络中的传播动力学。 15. 结构健康监测与故障诊断： 应用动力学模型识别机械结构和土木工程中的非线性特性。利用振动信号的时频分析（如小波变换）来检测微小结构损伤，并建立基于系统状态估计的预警模型。 16. 能源系统与电网稳定性： 分析大规模互联电力系统的暂态稳定性和小扰动稳定性。研究直流和交流系统的耦合对系统全局动态行为的影响，以及如何利用先进的电子设备来抑制振荡和防止系统崩溃。 全书通过大量的实例、精选的工程背景案例和详尽的数学推导，确保读者不仅理解复杂系统的“是什么”，更能掌握分析和控制它们的“如何做”。本书面向高年级本科生、研究生以及从事工程控制、物理、生物和金融建模的专业研究人员。

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**第一个评价：** 最近翻阅了一本名为《流体力学基础与前沿》的书籍，真是让人茅塞顿开。这本书的作者显然对流体力学的各个分支都有着极其深刻的理解，从最基础的纳维-斯托克斯方程的推导，到湍流模型的最新发展，都有着详尽且富有洞察力的阐述。尤其令人称道的是，书中对许多经典实验现象的剖析，不仅停留在理论层面，还结合了大量的工程实例，使得抽象的数学模型变得具体可感。例如，书中对翼型绕流的分析，不仅清晰地展示了升力与阻力的来源，还巧妙地引入了计算流体力学（CFD）的基本思想，让读者能初步领略现代数值模拟的威力。语言上，作者的行文风格非常严谨又不失启发性，常常在关键点提出一些发人深省的问题，引导读者主动思考。美中不足的是，对于某些高级的非线性问题，如果能增加更多的可视化辅助材料，比如高清的流线图或等值面图，相信对初学者会更加友好。总体而言，这是一本无论是本科生复习还是研究生深入研究都极具价值的参考书，它为我们搭建了一个坚实的理论框架，并指明了未来研究的方向。

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**第五个评价：** 最近有幸拜读了一本关于《土力学与地基基础设计规范解析》的著作，收获颇丰。这本书的价值不在于重复我们已知的基本概念，而在于它对规范条文背后的“设计哲学”的深度挖掘。作者以一种抽丝剥茧的方式，详细解读了每一项关键参数（如内摩擦角、粘聚力、承载力特征值）的确定依据和适用范围，并辅以大量跨度较大的工程实例——从高层建筑深基坑到大型水坝基础——来展示理论的边界条件。书中对边坡稳定分析的论述尤其精湛，不仅涵盖了传统的极限平衡法，还穿插介绍了有限元法在评估复杂地层条件下的适用性。作者的叙述方式很像一位经验丰富的老教授在做“案例教学”，他总是能将枯燥的公式和规范要求，转化为对潜在风险的警示和对设计安全性的强调。阅读过程中，我感觉自己不再是被动地接受规则，而是开始主动理解规则背后的力学逻辑。唯一的缺点是，书中对场地地震液化风险评估的部分，如果能结合近些年国内新区的实际勘察数据进行更新，那就更完美了，毕竟地质条件是动态变化的。这本书是土木工程师走向成熟的必经之路。

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**第四个评价：** 我最近沉浸在《热能工程学：从基础到高效转换》一书中。这本书的侧重点非常明确，那就是“效率”和“环境友好”。它没有花费过多篇幅在基础的热力学定律回顾上，而是迅速切入了现代能源系统的核心挑战。书中对燃气轮机和蒸汽循环的分析尤为精彩，作者不仅计算了理想工况下的热效率，更深入探讨了实际运行中，如叶片腐蚀、换热器污垢等因素如何造成效率衰减，并提供了针对性的优化策略，这对于现场工程师来说价值连城。更让我印象深刻的是，书中专门开辟了一个章节讨论热电转换和斯特林循环，这显示了作者对未来清洁能源技术的关注。行文风格非常务实且充满激情，仿佛作者正站在一个大型电厂的控制室里，向你讲解每一个参数背后的物理意义。如果说有什么小小的遗憾，或许是关于CO2捕集与封存（CCS）技术的最新进展描述得略显保守，考虑到目前该领域的飞速发展，希望能看到更多关于新型吸收剂和膜分离技术的讨论。总而言之，这是一本能切实提升你解决实际热能工程问题的能力的优秀教材。

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**第三个评价：** 新近研读了《现代控制理论及其在机器人学中的应用》这本厚重的书籍，简直是一场智力的盛宴。这本书的深度和广度都超出了我的预期。它从经典的李雅普诺夫稳定性分析讲起，层层递进，直到复杂的非线性控制问题，如滑模控制和自适应控制的原理推导都清晰可见。作者的数学功底极其深厚，公式推导严密无懈可击，但高明之处在于，他总能在数学的迷雾中，及时点出这些理论在实际机器人关节控制、轨迹规划中扮演的具体角色。例如，书中对卡尔曼滤波在状态估计中的应用描述得极其生动，通过一个简单的无人机姿态估计例子，完美展示了如何融合传感器数据以克服噪声干扰。阅读体验上，这本书要求读者具备扎实的线性代数和微分方程基础，但回报是巨大的——它能让你真正理解“控制”的本质，而非仅仅停留在调参层面。唯一让我感到略微吃力的是，某些高级自适应算法的证明部分，需要反复揣摩才能完全领悟其精髓，希望未来能配上更直观的图示辅助理解。这本书无疑是为有志于从事高端自动化控制领域的专业人士量身打造的。

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**第二个评价：** 我刚看完一本关于《材料科学与结构完整性》的专著，感触良多。这本书的视角非常独特，它没有仅仅停留在微观晶体结构层面，而是将材料的本征属性与其在宏观尺度下的实际应用紧密地结合起来。作者对失效分析的讲解堪称教科书级别。从疲劳裂纹的萌生、扩展到最终断裂的整个过程，书中详细列举了不同应力状态下的S-N曲线变化规律，并引用了大量真实世界的工程事故案例进行反向工程分析，这极大地增强了书本知识的现实意义。我尤其欣赏其中关于复合材料层间脱粘问题的处理方式，它不仅介绍了经典的粘接理论，还探讨了现代无损检测技术（如超声波C扫描）如何应用于质量控制。写作风格上，它带着一种老派的、务实的工匠精神，文字间充满了对安全性和可靠性的敬畏。如果说有什么可以改进的地方，或许是作者在介绍新型智能材料，比如自修复高分子材料的部分时，可以再深入一些，毕竟材料科学的未来正在快速地向这些方向发展。这本书无疑是结构工程师和材料工程师案头必备的宝典。

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