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出版者:

作者:范钦珊

出品人:

页数:499

译者:

出版时间:1998-8

价格:32.10元

装帧:

isbn号码:9787040064445

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• 工程力学
• 力学
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• 固体力学
• 结构力学

《结构动力学基础》 内容简介 第一部分：引言与基本概念 本书旨在系统阐述结构动力学的基本理论、分析方法及其在工程实践中的应用。结构动力学是研究结构在时间依赖载荷作用下动力响应的学科，是土木、机械、航空航天等工程领域不可或缺的核心知识体系。它超越了传统静力学和材料力学的范畴，关注时间变量对结构行为的根本性影响。 第一章：动力学基础回顾与结构离散化 本章首先回顾经典力学中涉及的振动概念，如自由度（DOF）、位移、速度和加速度的定义。重点引入结构动力学分析的起点——如何将连续体系统简化为具有有限自由度的离散化模型。详细介绍集中质量法（Lumped Mass Method）和模态叠加法的基本思想。讨论刚度矩阵 $mathbf{K}$、质量矩阵 $mathbf{M}$ 和阻尼矩阵 $mathbf{C}$ 的建立过程，特别是对梁、板等复杂构件的离散化处理。 第二章：单自由度（SDOF）系统动力响应分析 单自由度系统是理解复杂动力学问题的基石。本章深入分析无阻尼自由振动、有阻尼自由振动、强迫振动（包括简谐激励和瞬态激励）以及冲击响应。 自由振动： 导出并求解特征方程，确定系统的固有频率 $omega_n$ 和周期 $T_n$。讨论系统的振型（在本章中为单一方向的位移）。 阻尼效应： 详细阐述粘性阻尼模型，引入阻尼比 $zeta$ 这一关键参数。分析欠阻尼、临界阻尼和过阻尼情况下的响应特性，特别是振幅衰减率和对结构稳定性的影响。 强迫振动： 求解非齐次微分方程，推导系统的稳态响应。深入探讨共振现象，分析频率比 $gamma = omega / omega_n$ 对响应幅值的影响，并给出最大动放大系数（Magnification Factor）。 瞬态响应与冲激响应函数： 介绍脉冲载荷（如冲击、地震）对结构的影响，利用杜哈梅积分（Duhamel Integral）计算系统对任意输入荷载的瞬态响应。 第二部分：多自由度（MDOF）系统分析 多自由度系统是工程实际更贴近的建模方式，需要处理矩阵方程。 第三章：多自由度系统的自由振动分析 本章的核心是求解广义特征值问题，以确定系统的固有振型和固有频率。 运动方程的建立： 导出包含多个质量块和弹簧的耦合运动微分方程 $mathbf{M}ddot{mathbf{x}} + mathbf{K}mathbf{x} = mathbf{0}$（忽略阻尼）。 特征值问题： 通过假设简谐解 $mathbf{x}(t) = mathbf{Phi} sin(omega t)$，将微分方程转化为矩阵特征值问题 $(mathbf{K} - omega^2 mathbf{M})mathbf{Phi} = mathbf{0}$。 模态分析： 详细讲解如何通过求解特征值问题获得一组正交的固有频率 $omega_i$ 和对应的振型向量 $mathbf{Phi}_i$。讨论模态的正交性性质及其在解耦过程中的重要性。 第四章：多自由度系统的模态分析与响应计算 将复杂的MDOF系统响应分解为相互独立的单自由度系统响应之和，即模态叠加法。 坐标变换与解耦： 利用振型矩阵 $mathbf{Phi}$ 进行模态坐标变换，将原系统耦合方程转化为一组独立的、非耦合的模态方程：$ddot{eta}_i + 2zeta_iomega_idot{eta}_i + omega_i^2 eta_i = P_i(t)$。 模态参与系数（Modal Participation Factor）： 介绍如何计算外载荷在各个模态上的投影，确定每个模态对总响应的贡献程度。 阻尼处理： 讨论实际结构中阻尼的复杂性。重点介绍瑞利阻尼（Rayleigh Damping）——基于质量和刚度的线性组合，及其在模态空间中的对角化处理。 时域响应合成： 分别计算每个模态的瞬态响应，然后通过逆变换合成结构的整体时域位移、速度和加速度响应。 第三部分：连续体动力学与数值方法 第五章：连续体结构（桁架、梁）的动力学 将离散化方法扩展到无限自由度的连续体。 基本偏微分方程： 推导无阻尼、无轴力作用下欧拉-伯努利梁的横向振动控制偏微分方程。 解析解： 利用分离变量法求解边界条件下的自由振动特征值和特征函数（振型）。讨论简支梁、悬臂梁等典型边界条件的模态特性。 质量和刚度矩阵的建立： 展示如何将连续体控制方程转化为有限元方法中的整体矩阵形式，为下一章做铺垫。 第六章：数值分析方法与有限元动力学 本章侧重于工程实践中处理复杂结构动力响应的数值技术。 时程分析： 详细介绍数值积分方法，如中心差分法（Central Difference Method）和Wilson $ heta$ 法，用于求解非线性系统或包含复杂非线性阻尼的时域响应。讨论稳定性和精度问题。 模态叠加法的应用： 结合有限元软件（如ANSYS, ABAQUS）的输出，利用已计算的模态数据进行快速响应分析。 谱分析基础： 介绍反应谱（Response Spectrum Analysis）的概念，特别是针对地震工程中的应用。解释如何使用设计反应谱代替完整的时间历程数据，快速估计结构的峰值响应，如采用“绝对值加和法”（SRSS）和“完全二次组合法”（CQC）。 第七章：结构动力学的非线性问题初步 概述结构在极端载荷（如强震、爆炸）作用下可能出现的非线性行为。 非线性来源： 讨论材料非线性（屈服、塑性）、几何非线性（大位移、P-Delta效应）和接触非线性。 非线性求解策略： 简要介绍增量平衡法和牛顿-拉夫森法在非线性动力学中的迭代求解思想。 适用对象： 本书面向土木工程、机械工程、航空航天工程等专业的高年级本科生、研究生，以及需要深入理解结构动力学原理和应用技术的工程技术人员。要求读者具备扎实的材料力学、结构力学和线性代数基础。 本书特色： 1. 理论与实践紧密结合： 每章后的习题设计兼顾理论推导和工程应用，强调对物理意义的理解。 2. 清晰的层次结构： 从最简单的SDOF系统逐步过渡到复杂的MDOF和连续体问题。 3. 强调模态概念： 突出模态分析在简化和求解复杂动力问题中的核心地位。 总结： 《结构动力学基础》不仅是理论学习的工具书，更是解决实际工程动力灾害（如地震、风振、冲击）问题的理论基石。掌握本书内容，将使工程师能够准确评估结构在时变载荷下的安全性和服役性能。

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我尝试着利用这本书来准备一个涉及动态载荷分析的小项目，结果发现其在处理时间依赖性问题时的深度远远不够。基础的振动理论讲解得还算扎实，但一旦涉及到非线性阻尼或者模态叠加法的复杂应用场景，内容就戛然而止了。书本给出的案例大多是理想化的单自由度或双自由度系统，求解过程相对“干净利落”。然而，现实中的工程结构往往复杂得多，边界条件复杂、材料非线性显著，这些都需要更高级的分析工具和更深入的理论支撑。这本书的覆盖范围似乎在“入门”和“精通”之间留下了一个巨大的鸿沟。当你掌握了基础知识，迫不及待地想要解决更具挑战性的实际问题时，你会发现自己需要立刻转向其他更专业的、更偏向应用数学的参考资料。因此，它更像是一个坚实但相对初级的地基，你可以在上面盖起坚固的房屋，但地基本身的设计并没有预留给未来更高楼层的承重结构。如果能适当增加一些关于数值积分方法在动态分析中应用的探讨，哪怕只是概述性的介绍，也会让整本书的实用价值大大提升一个档次。

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从结构力学的角度来看，这本书的叙事风格显得过于保守和陈旧了。它似乎严格遵循着上世纪七八十年代的标准教材的框架，对现代计算力学和数值分析的最新进展几乎没有涉及。在讲解结构稳定性分析时，仍然把欧拉公式和临界载荷的计算放在了绝对核心的位置，这在理论上当然是正确的，但放在当下这个时代背景下，显得有些脱节。我非常期待能在书中看到有限元方法的萌芽，或者至少是能量法在复杂结构分析中的应用实例能够得到更深入的探讨，而不是仅仅作为一笔带过的小节。现在工业界对快速、精确的数值模拟需求日益增加，一本现代的工程力学教程理应体现出这种时代特征。这本书给我的感觉是，它完美地复刻了经典理论的精髓，但却错过了将这些精髓与现代工程实践相结合的机会。它像是一幅技艺精湛的古典油画，笔触细腻，但放在现代艺术展厅里，总觉得少了那么一点与时代对话的张力，让人感到有些遗憾，似乎它更适合被收藏在图书馆的典藏室，而非放在工程师的案头作为解决新问题的工具。

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这本书的装帧设计很有品味，封面采用了深沉的靛蓝色，配以简洁的白色衬线字体，给人一种严谨而又不失现代感的第一印象。拿到手里沉甸甸的，能感受到出版社在纸张和印刷上的用心，内页的纸张偏米黄，长时间阅读下来眼睛的疲劳感确实减轻了不少。不过，我得说，光靠好看的外表是撑不起一本专业教材的。我本来对这种经典教材抱着很高的期待，希望它能在理论深度和应用实例之间找到完美的平衡点。翻开目录，章节划分得相当清晰，从静力学的基本原理到材料的本构关系，逻辑脉络似乎是完整的。然而，深入阅读了前几章后，我发现书中对一些核心概念的引入略显突兀，比如在介绍应力状态的转换时，缺乏足够的几何直观过渡，这对于初次接触这门学科的学生来说，无疑增加了理解的难度。更让我感到困惑的是，习题部分的设置似乎更侧重于理论的机械套用，而缺乏对工程背景的深度挖掘，让人感觉知识点是悬浮在空中的，与实际工程问题的关联性不够紧密。如果能在例题中多增加一些实际工程案例的剖析，哪怕只是作为补充说明，想必能极大地提升学习的兴趣和效率。总体来说，这本书在形式上是无可挑剔的，但内容上的打磨，尤其是对初学者的友好度，还有很大的提升空间，显得有些高冷和疏离。

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这本书的语言风格，坦率地说，非常学术化，甚至带有一丝晦涩感。作者似乎更倾向于使用精确的、高度概括性的术语，而不是采用更具描述性和画面感的语言来描绘物理现象。例如，在讨论材料的各向异性特性时，描述往往停留在符号和矩阵的层面，很少有生动的比喻或类比来帮助读者在大脑中构建出宏观的物理图像。我经常需要在阅读某一段文字后，合上书本，闭上眼睛，努力去想象那些应力流线是如何在不规则的截面上传递的，想象那些纤维是如何在拉伸和剪切作用下相互作用的。这种需要读者主动进行大量“心理成像”的学习过程，无疑增加了学习的门槛。一本优秀的教材，应该像一位耐心的、善于沟通的导师，它不仅提供知识，更重要的是教会你如何“看”问题，如何用物理的直觉去捕捉力学的本质。这本书在提供“知识”方面是毋庸置疑的，但在培养读者的“洞察力”方面，则显得力不从心，显得有些高高在上，缺乏一种平易近人的温度。

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这本书的数学推导部分，说实话，有些地方实在让人抓耳挠腮。我承认，力学本来就是一门高度依赖数学工具的学科，但作者似乎默认读者已经具备了非常扎实的张量分析和微分几何基础。我在阅读关于应变和曲率张量那一节时，感觉自己像是在啃一块硬骨头，每一个公式的推导都跳跃性极强，中间省略了大量需要细致展开的中间步骤。我不得不频繁地停下来，翻阅高等数学和材料力学（另一本参考书）的笔记，试图自行补全推导链条，这极大地打断了阅读的流畅性，也浪费了我大量的时间。这种处理方式，虽然可能迎合了那些数学功底极佳的“学霸”，但对于大多数需要通过这本书入门或深入学习的读者来说，简直是灾难。它似乎更像是一本给研究生复习或教师备课的参考手册，而非一本面向本科生的“教程”。教程的精髓在于“教”，在于循序渐进地引导思维，而不是直接将最精炼的结论砸到读者面前。如果能将这些复杂的推导细化成更容易消化的步骤，配上更具启发性的图示说明，这本书的价值将能得到更广泛的体现，而不是仅仅局限于少数“数学高手”手中。

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