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出版者:北京广播学院

作者:蒋伟

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2005年06月

价格:23.0

装帧:平装

isbn号码:9787810855020

丛书系列:

图书标签:

• 机械动力学
• 动力学分析
• 机械工程
• 机械设计
• 振动理论
• 控制工程
• 数学建模
• 工程力学
• 高等教育
• 教材

好的，这是一份关于《机械动力学分析》之外的图书简介草稿，旨在提供丰富详实的内容，同时避免任何可能暴露其生成来源的痕迹。 --- 《结构工程中的非线性动力学响应与数值模拟》 图书简介 本书聚焦于现代土木与机械工程领域中，结构系统在极端载荷或复杂工况下所展现出的非线性动力学行为。不同于传统线性系统理论仅关注小变形、小扰动下的响应分析，《结构工程中的非线性动力学响应与数值模拟》深入探讨了材料、几何形态以及接触条件引起的复杂非线性现象，并系统介绍了处理这些问题的先进数值方法。 第一部分：非线性动力学基础理论 第一章：非线性系统建模与理论基础 本章首先回顾了经典结构动力学理论的局限性，为引入非线性分析奠定基础。重点阐述了非线性动力学系统的基本概念，包括自由度、广义坐标的选取，以及系统能量的表达。我们将详细解析几种主要的非线性本构关系模型，如弹塑性材料（包括随动强化的范例）、粘弹性与粘塑性材料的本构方程。几何非线性方面，则着重介绍拉格朗日描述与欧拉描述在描述大变形和转动时的差异，并推导出适用于薄壁结构（如梁、板）的非线性运动微分方程，特别是P-Delta效应的引入。 第二章：激励与非线性响应的分类 动力学激励源的多样性是结构工程中非线性分析的核心挑战之一。本章分类讨论了瞬态冲击、地震动（包括近断层效应下的高频成分）、周期性往复荷载（如风振与机械振动）以及随机激励（如风压或海洋波浪力）。随后，深入探讨非线性响应的特征，包括非线性振动模式的演化、能量耗散机制（阻尼与塑性耗散）、以及多解性（Multivaluedness）与混沌现象的初步识别。 第二部分：高级分析方法与数值实现 第三章：非线性动力学方程的求解策略 精确求解非线性微分方程组是实现动力学分析的关键。本部分系统介绍了时间积分方法。章节详细比较了显示积分法（如Newmark-$eta$法、中心差分法）与隐式积分法（如伽辽金法的时间离散化）的稳定性和精度特性。特别关注了处理强非线性问题时，如何结合大步长求解与子迭代策略（如内迭代或修正牛顿法）来保证解的收敛性与物理合理性。同时，本章也介绍了求解周期性响应的Floquet理论在特定非线性系统中的应用潜力。 第四章：有限元方法在非线性动力学中的应用 有限元方法（FEM）是结构动力学数值分析的基石。本章聚焦于如何在FEM框架下处理刚度矩阵和质量矩阵的非线性化。讨论了线弹性材料与塑性材料的刚度更新策略，包括加载/卸载准则的实施。几何非线性的处理，特别是大转动下的旋转矩阵应用（如爱尔兰-泰勒公式），被详尽阐述。此外，接触非线性分析（如碰撞、摩擦与多点约束）的建模，包括罚函数法和拉格朗日乘子法，在复杂装配结构中的应用实例将作为重点。 第五章：稳定性分析与分岔理论 非线性系统的稳定性是评估结构安全性的核心指标。本章从能量的角度出发，引入李雅普诺夫稳定性判据。更进一步，系统讲解了结构动力学中的分岔现象，如颤振（Flutter）与发散（Divergence）在非线性系统中的演化路径。通过对特征值问题的非线性化处理，探讨了临界荷载点附近系统的响应突变特征，这对于理解屈曲后行为至关重要。 第三部分：特定工程问题的深入探讨 第六章：材料非线性与损伤演化 本章专注于材料层面的非线性行为对整体动力学响应的影响。深入分析了混凝土、钢材及复合材料在交变荷载下的滞回曲线与损伤累积机制。讨论了基于能量耗散的损伤模型，如何与时间积分算法耦合，实现对结构疲劳寿命的动态预测。特别是对于钢筋混凝土结构，粘结滑移效应在地震模拟中的重要性将被突出强调。 第七章：接触与碰撞动力学 工程实践中，部件间的相互作用，如机器内部的撞击或桥梁在地震中与其他结构的接触，构成了典型的碰撞动力学问题。本章详细介绍了接触刚度的建模技术，包括接触算法（如Penalty Method, Augmented Lagrangian Method）。碰撞分析中，动量守恒、能量耗散（恢复系数）的确定，以及如何在有限元模型中实现瞬时约束的解除与施加，是本章的核心内容。 第八章：随机非线性动力学与概率安全评估 在实际工程中，激励和材料参数通常具有随机性。本章将随机分析方法引入非线性系统。首先介绍随机过程理论在动力学中的应用，随后重点论述如何利用概率拉丁超立方抽样（PLHS）或蒙特卡洛方法（Monte Carlo Simulation）与非线性时间积分相结合，进行可靠性分析。本章的最终目标是建立起基于非线性响应的时变可靠度评估框架。 --- 本书特色与目标读者 本书结构严谨，理论深度与工程应用并重，涵盖了从基础理论到先进数值实现的全过程。它不仅是高等院校结构动力学、计算力学专业研究生深入学习的优秀教材，也是从事桥梁、高层建筑、航空航天器以及精密机械等领域结构设计与分析的工程师、研究人员必备的参考手册。通过本书，读者将能掌握如何精确预测和评估复杂工程系统在极端条件下的真实动力学表现。

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我最喜欢这本书的地方在于它对“模态分析”和“随机振动”这两个高级主题的处理方式。很多教材往往只是蜻蜓点水地介绍一下这些内容，但这本书却用了近乎三分之一的篇幅来深入探讨。关于模态分析，作者不仅详细解释了主成分和特征值的物理意义，还结合实际的模态测试数据，讲解了如何从实验结果中反演出系统的固有参数，以及如何处理测试数据中的噪声和模态重叠问题。这对于结构动力学工程师来说，简直是宝典级别的指导。而在随机振动部分，作者没有止步于简单的功率谱密度分析，而是引入了蒙特卡洛模拟和频域/时域转换的复杂技巧，并用一个模拟地震激励下的桥梁结构模型贯穿始终，清晰地展示了随机过程分析的完整流程。这种由浅入深、层层递进的讲解结构，让原本被认为是“硬骨头”的知识点，变得可学习、可掌握，而不是遥不可及的理论高峰。它真正做到了“授人以渔”，教会读者如何构建一个完整的分析框架。

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这本书的排版和装帧，说实话，一开始差点让我放弃。纸张有点薄，印刷的清晰度在处理那些复杂的张量和矩阵符号时，偶尔会出现轻微的模糊，这对于需要反复对照公式的读者来说，是一个小小的挑战。不过，一旦我沉浸到内容中，这些硬件上的小瑕疵就完全可以忽略不计了。作者的语言风格非常精炼，用词准确，没有丝毫的赘述，这在理工科的专业书籍中是难能可贵的。他似乎深谙读者在学习复杂动力学时最容易迷失的几个关键节点，并在这些地方设置了“灯塔”——往往是以一种非常简洁的、带有哲理性的总结来点拨你。举个例子，在讨论能量守恒和耗散的章节，作者用了一段话，将牛顿力学与拉格朗日力学在处理非保守力时的根本区别阐述得淋漓尽致，那种洞察力让人拍案叫绝。这本书更像是一位经验丰富的大师，在你面前慢条斯理地拆解一个复杂的机械系统，每一步都让你感到豁然开朗，而不是简单地把知识点堆砌起来。

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说实话，我一开始有点担心这本书会不会太偏向理论推导而忽略了实际应用，毕竟现在很多教材都存在“空中楼阁”的问题。但是，这本书完全打消了我的疑虑。它在每个关键章节的末尾，都设置了相当详尽的案例分析，这些案例都不是那种虚构的、为了演示公式而存在的简单例子，而是非常贴近工业界真实场景的问题，比如悬挂式输送机的动态特性分析，或者复杂机械臂在高速运动下的稳定性评估。更让我惊喜的是，作者在讲解数值求解方法时，不仅仅是罗列公式，而是深入剖析了不同数值方法（比如有限元法、有限差分法）在处理机械动力学问题时的适用范围、收敛性和计算效率，甚至还提到了如何利用商业软件（虽然没有点名具体软件，但可以推断出是哪些）进行高效模拟。这种理论与实践紧密结合的写作风格，让这本书的实用价值飙升。读完以后，我感觉自己对如何将抽象的力学方程转化为可执行的仿真模型的理解，有了一个质的飞跃。它不再是一堆冷冰冰的数学符号，而是解决实际工程难题的有力武器。

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这本书拿到手的时候，我其实是抱着一种非常复杂的心态的。封面设计乍一看很朴实，甚至有点老派，但这反而让我觉得这可能是一本沉下心来做学问的书。我翻开目录，发现内容涵盖了非常基础的刚体运动学到复杂的振动理论，甚至还涉及了一些现代控制理论在动力学分析中的应用。作者的叙述方式很注重逻辑的连贯性，从最基本的概念出发，逐步引入更深层次的分析方法，让人感觉每一步的学习都是水到渠成。特别是关于系统建模的部分，作者没有停留在教科书式的简化假设上，而是花了大量的篇幅去探讨实际工程中遇到的非线性问题和约束条件的复杂性，这对于我们这些在实际项目里摸爬滚打的人来说，无疑是极大的福音。书中大量的图例和示意图也起到了画龙点睛的作用，很多抽象的力学概念，通过这些直观的图形，一下子就变得清晰明了。我尤其欣赏作者在处理微分方程解法时那种严谨又不失灵活的态度，既保证了理论的完整性，又给出了工程上可操作的简化思路。这本书的内容深度和广度，完全可以作为一本跨越初级到高级的工具书来使用。

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这本书的章节组织，体现了作者对学科脉络的深刻理解。它不像市面上一些教材那样，将“拉格朗日方程”和“牛顿欧拉方程”并列放在一起让读者自行选择，而是采用了更具启发性的顺序：先建立基于力学体系（牛顿法）的直观理解，然后迅速过渡到能量法（拉格朗日法）的高效表达，最后将两者统一于更抽象的哈密顿力学框架之下。这种由具象到抽象，再回归应用的方法论，极大地提升了学习的效率和深度。我发现，很多我以前在学习其他资料时感到困惑的知识点，在这本书的特定章节中得到了完美的解释和融合。例如，对于约束力的处理，作者清晰地区分了完整约束和非完整约束在不同力学系统中的角色，这使得我在处理一些非保守系统或有滑移接触的动力学问题时，能够更加游刃有余。总而言之，这本书不仅是一本技术手册，更是一部关于机械动力学思维方式的构建指南，对任何想要系统性掌握该领域的人来说，都是一份不可多得的财富。

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