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出版者:华南理工大学出版社

作者:孔喜新

出品人:

页数:355

译者:

出版时间:2003-1

价格:28.80元

装帧:简裝本

isbn号码:9787562300588

丛书系列:

图书标签:

• 材料力学
• 工程力学
• 固体力学
• 结构力学
• 力学
• 教材
• 理工科
• 大学教材
• 工程教育
• 应力分析

《结构优化设计与工程应用》 本书深入探讨了现代工程领域中至关重要的一环——结构优化设计。它不仅系统地介绍了结构优化的理论基础、核心算法，更着重于将这些理论与实际工程应用紧密结合，为工程师和研究人员提供了一套切实可行的设计方法论。 核心内容概览： 优化理论基础： 书中首先铺陈了优化设计所需的数学和力学背景知识。我们将从数学规划的基本概念出发，包括目标函数、约束条件、决策变量等，并详细阐述线性规划、非线性规划、整数规划等经典优化模型。在此基础上，进一步引入可靠性、鲁棒性等现代优化设计理念，强调在不确定性因素存在的情况下，如何设计出更具韧性的结构。 经典与前沿优化算法： 本书精心选取并讲解了多种广泛应用的结构优化算法。梯度优化方法（如最速下降法、牛顿法）是深入理解优化过程的基石；而随着计算能力的提升，启发式算法（如遗传算法、粒子群优化、模拟退火算法）因其全局搜索能力和对复杂问题的适应性而备受青睐，我们将对其原理、实现细节以及参数调整进行详尽剖析。此外，对于一些特定问题，如拓扑优化，本书也将提供专门的章节进行介绍，揭示其如何在材料的分布上实现最优配置，以达到轻量化和高性能的目标。 设计变量的选取与建模： 结构优化设计的有效性很大程度上取决于对设计变量的恰当选取。书中会引导读者识别和定义结构中的关键参数，例如尺寸、形状、材料属性，甚至是材料的微观结构。我们将讨论如何建立准确且计算效率高的结构模型，以服务于优化过程，并强调模型简化与精度之间的权衡。 约束条件的处理： 工程结构的设计并非无限制的自由发挥，必须满足一系列严苛的约束条件，包括强度、刚度、稳定性、疲劳寿命、制造工艺以及成本等。本书将系统地梳理这些工程约束，并介绍如何在优化算法中有效地处理这些约束，包括直接纳入目标函数（惩罚函数法）、使用拉格朗日乘子法等传统方法，以及一些针对复杂非线性约束的特有处理策略。 面向具体工程领域的应用实例： 这是本书的一大亮点。理论知识固然重要，但工程实践才是检验真理的唯一标准。本书精选了航空航天、汽车制造、土木工程、机械设计等多个领域的典型结构优化案例。例如，在航空航天领域，我们将探讨如何通过优化飞机机翼的结构参数，在保证气动性能和结构强度的同时，实现显著的减重；在汽车制造中，我们将分析如何优化车身框架的结构，以提升碰撞安全性和燃油经济性；在土木工程中，则会展示如何优化桥梁、高层建筑的结构布局，以应对各种荷载和环境挑战。每个案例都将详细展示从问题定义、模型建立、算法选择到结果分析的全过程，让读者深刻理解优化方法在实际工程中的应用价值。 软件工具与实现： 现代结构优化离不开强大的计算工具。本书将介绍一些主流的结构优化软件和相关的工程仿真平台（如有限元分析软件），并示范如何利用这些工具来实现前面章节介绍的优化算法。读者将了解到如何将优化算法嵌入到仿真流程中，从而实现参数化设计和自动化的优化求解。 多目标优化与协同设计： 现实工程问题往往涉及多个相互冲突的目标，例如在减重的同时提高承载能力。本书将深入探讨多目标优化问题，介绍帕累托最优、决策面的概念，并介绍能够处理多目标问题的算法。同时，我们还会触及协同设计，即如何在不同学科（如结构、流体、热力学）之间进行优化，以达到整体性能的最优化。 本书特色： 理论与实践并重： 严谨的理论推导与丰富的工程案例相结合，确保知识的实用性和可操作性。 内容全面且深入： 涵盖了结构优化的基础理论、主流算法、工程约束处理以及前沿研究方向。 条理清晰，易于理解： 结构组织合理，语言力求通俗易懂，适合不同背景的读者。 强调工程应用： 通过大量的实例分析，帮助读者掌握将优化思想应用于实际工程问题的能力。 适读人群： 本书适合高等院校机械工程、土木工程、航空航天工程、材料科学等相关专业的本科生、研究生，以及在工程设计、研发领域工作的工程师、技术人员和科研工作者。对于希望提升结构设计水平、掌握先进设计方法的读者而言，本书将是不可多得的参考。 通过学习本书，读者将能够掌握系统性的结构优化设计方法，理解如何在复杂工程约束下，高效地寻找最优的结构方案，从而设计出性能更优、成本更低、更加可靠的工程产品。

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我特别欣赏这本书在方法论上的开放性和包容性。它并没有固步自封于传统的解析解方法，而是花了相当的篇幅去介绍现代工程分析中不可或缺的数值方法基础。例如，关于梁单元刚度矩阵的推导，它不仅展示了经典的积分法，还引入了能量法和位移法，并清晰地解释了这些方法之间的内在联系与差异。这种多视角、多路径的讲解方式，使得读者在面对真实世界中那些无法用简单解析方法处理的复杂几何结构和边界条件时，心里有底气。它教会我的不仅仅是“如何算”，更是“为什么这样算”背后的力学哲学。书中对材料的非线性响应，如塑性流动和损伤演化，所采用的描述语言非常克制且精确，避免了过度美化或简化实际问题的复杂性。读完后，我感觉自己对结构行为的理解不再局限于特定的几何形状，而是上升到了一个更基础的物理规律层面，这对于提升工程直觉和解决未知问题的能力，起到了决定性的作用。

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说实话，这本书的练习题设置非常有挑战性，简直是“折磨”与“馈赠”并存的典范。很多章节末尾的习题，如果只是照本宣科地套用公式，是绝对算不出来的，它迫使你必须真正理解力学原理，并进行多步的逻辑推理和变量替换。我特别喜欢那些需要结合有限元思维来求解的综合题，它们往往需要你先建立一个力学模型，然后将其离散化并进行迭代求解。这种设计极大地锻炼了我的问题解决能力，不再满足于找到一个现成的公式，而是学会了如何从零开始构建一个可解的数学框架。举个例子，有一道关于梁的挠度和稳定性的题目，要求考虑材料的温度梯度影响，这在书本的例题中并未直接出现，我花了整整一个下午才梳理出正确的能量泛函表达方式，那种攻克难题后的豁然开朗感，是单纯听课无法给予的。虽然过程很痛苦，但正是这些高强度的训练，让我的思维变得更加敏捷和缜密。对于那些渴望从“会做题”提升到“能设计”的进阶学习者而言，这本书的习题部分是无可替代的“试金石”。

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这本书的排版和印刷质量可以说是业界良心，这在厚重的理工科教材中难能可贵。纸张的质感很好，长时间阅读眼睛不容易疲劳，这对于需要反复查阅公式和图表的读者来说，是一个巨大的加分项。更值得称赞的是其数学符号和公式的规范性。每一个希腊字母、每一个张量符号都清晰锐利，没有出现任何模糊不清的印刷错误，这对于涉及到大量下标和上标的张量分析尤其重要，避免了因为符号识别错误而导致的理解偏差。布局方面，作者在定理的陈述和推导过程中，总是留有足够的空白，使得阅读思路不会被密集的文字打断。虽然内容本身非常硬核，但这种优良的物理呈现方式，极大地提升了阅读的舒适度和效率。坦白说，很多教材的物理呈现让人感到压抑和冗余，但这一本在保持学术严谨性的同时，做到了视觉上的“轻盈”，这让我在深夜挑灯夜读时，感到少了一丝枯燥，多了一份专注。

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这本书的插图和图解简直是为初学者量身定做的“救星”。我以前对力学这类东西总是望而生畏，总觉得那些公式和曲线是天书。但《材料力学》这本书彻底改变了我的看法。它不是那种冷冰冰地堆砌理论的教材，而是像一位耐心细致的老师，一步步引导你走入这个领域。特别是那些关于应力、应变集中的三维图示，清晰得让人仿佛能用手触摸到材料内部的微观变化。讲解问题的角度非常灵活，有时候会从一个实际工程案例切入，把抽象的概念落地，让你立刻明白“为什么我们要学这个”。比如讲到疲劳极限时，它没有直接给出复杂的数学模型，而是用几张生动的图片展示了不同载荷下金属材料的微裂纹扩展过程，这种视觉化的学习体验，极大地降低了学习曲线的陡峭程度。我个人特别欣赏作者在解释基本假设时所花费的心思，他们并没有忽略这些看似“不重要”的前提，反而强调了理解这些边界条件对于后续分析的决定性作用，这使得我在面对复杂问题时，总能迅速定位到问题的本质。对于需要打好扎实基础的学生来说，这本书的叙述逻辑和视觉辅助材料的质量，绝对是市面上同类书籍中的佼佼者，读起来毫不费力，反而充满探索的乐趣。

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我必须承认，这本书的深度和广度远远超出了我对一本标准教科书的预期，它更像是一本工程实践的参考手册。我主要关注的是其中关于非常规材料性能分析的那几章，特别是复合材料和粘弹性材料的描述。作者对本构关系矩阵的处理极其严谨，从经典的胡克定律扩展到更复杂的非线性模型时，过渡得非常自然且具有说服力。书中收录了大量的实际工程案例数据，这些数据并非简单的数字罗列，而是结合了具体的失效模式进行深入剖析，这对于我们进行前沿研究工作至关重要。例如，在讨论蠕变和松弛现象时，作者不仅提供了理论公式，还引用了不同温度和应力水平下的实验曲线对比，这种实证精神让人对理论的可靠性深信不疑。有一点让我印象深刻，就是作者对“失效判据”的探讨，不仅涵盖了经典的许下面积法和冯·米塞斯等，还深入介绍了对断裂韧性的评估方法，这在很多基础教材中是很少见的。总体来说，这本书不适合“死记硬背”，它要求读者具备一定的背景知识和批判性思维，去驾驭其中蕴含的复杂工程智慧。

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