刚塑性有限元 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:刘相华

出品人:

页数:362

译者:

出版时间:2013-3

价格:88.00元

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isbn号码:9787030368607

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• 轧钢
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• 刚塑性
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• 材料力学
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• 损伤力学
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• 工程力学

《工程结构动力学分析与设计》 内容简介 本书全面深入地探讨了工程结构在各种动态荷载作用下的响应、分析方法以及基于动力学分析的结构设计原则与实践。本书旨在为土木、机械、航空航天等领域的工程师、研究人员和高年级学生提供一套系统、严谨且具有实践指导意义的动力学分析工具箱。 第一部分：基础理论与运动学 第一章：绪论与背景 本章首先回顾了经典力学在结构分析中的地位，明确了动力学分析与静力学分析的本质区别。详细阐述了工程结构在风、地震、冲击、振动机械等动态载荷作用下的重要性。引入了自由度、位移、速度和加速度的概念，并着重讨论了结构系统建模的基本假设，如忽略次要效应、集中参数模型与分布式参数模型的选择依据。为后续章节的复杂分析奠定了必要的概念基础。 第二章：单自由度系统（SDOF）的自由振动与强迫振动 这是全书的基础核心章节。详细推导了粘滞阻尼单自由度系统的运动微分方程，包括临界阻尼比、欠尼（次临界）和超临界阻尼的物理意义及对系统响应的影响。重点分析了无阻尼和粘滞阻尼系统在简谐荷载（正弦激励）下的稳态响应。推导了频率响应函数，并引入了共振现象的深入分析，包括共振峰值、位移放大因子和能量传递机制。同时，对脉冲激励和任意激励下的响应解耦方法（如积分法）进行了详细阐述。 第三章：多自由度系统（MDOF）的运动方程与模态分析 本章将理论从SDOF扩展到实际工程中更为复杂的MDOF系统。从拉格朗日方程或牛顿第二定律出发，推导了包含质量矩阵 ($mathbf{M}$)、阻尼矩阵 ($mathbf{C}$) 和刚度矩阵 ($mathbf{K}$) 的二阶常微分方程组。 核心内容聚焦于无阻尼自由振动的求解。详细介绍了特征值问题（求特征值 $omega_n^2$ 和特征向量 $oldsymbol{Phi}$），即模态分析。深入解释了固有频率（模态频率）和振型（模态形状）的物理意义及其在结构动力行为中的决定性作用。随后，讨论了如何利用模态正交性将非耦合的MDOF系统转化为一组独立的SDOF系统（模态坐标转换），这是后续模态叠加法的基础。阻尼矩阵的处理，包括经典阻尼（Rayleigh 阻尼）和非经典阻尼的引入，也进行了细致辨析。 第四章：连续体系统的动力学（杆、梁与板） 本章将离散化的MDOF方法应用于描述具有无限自由度的连续体结构。以一维欧拉-伯努利梁为例，推导了运动偏微分方程。通过分离变量法求解梁的固有频率和振型函数。重点分析了不同边界条件（简支、固端、自由）对模态特性的影响。对于二维问题，简要介绍了膜和薄板的二维波动方程及其在特定边界条件下的初步解法，为后续有限元方法处理连续体奠定理论基础。 第二部分：分析方法与实际应用 第五章：模态叠加法与瞬态响应分析 本章深入讲解如何利用模态分析的结果来预测结构在任意外部载荷作用下的瞬态响应。详细阐述了模态叠加法（Modal Superposition Method）的步骤、收敛性要求（需要提取的模态数量）以及对不同激励类型（如地震波、冲击载荷）的应用。讨论了峰值组合法则（如SRSS法、CQC法）在确定结构的整体最大响应时的必要性和适用范围。 第六章：频响分析与稳态分析 针对周期性激励（如旋转机械的振动、风致振动），本章侧重于谐响应分析。详细讲解了如何利用复数形式的输入和输出，在频域内求解系统的稳态响应。通过对不同频率下幅值和相位的分析，确定结构在工作频率范围内的敏感区域。讨论了内建阻尼（如材料阻尼、结构阻尼）在频响分析中的处理方式。 第七章：结构非线性动力学概述 本章引入了实际工程中不可避免的非线性因素。讨论了集中在材料非线性（塑性、损伤）和几何非线性（大变形、屈曲）两方面。重点分析了在非线性体系中，固有频率和振型不再是常数，而是依赖于当时的应力状态或位移大小。简要介绍了求解非线性问题的基本数值方法，如Newmark-$eta$ 法和中心差分法的时间积分，并讨论了稳定性和步长选择的准则。 第八章：随机振动理论与分析 本章处理那些无法用确定性函数描述的激励，如强风、海洋波浪力或地震动。首先回顾了随机过程理论的基础，包括平稳过程、功率谱密度（PSD）函数和交叉谱密度函数。随后，推导了结构在白噪声激励下的均方根（RMS）响应和峰值响应的计算方法。详细阐述了如何利用地震动的反应谱（Response Spectrum）进行抗震设计，包括单点输入（ＳＤＯＦ）和多点输入（ＭＤＯＦ）的反应谱分析。 第三部分：工程实践与进阶主题 第九章：阻尼技术与振动控制 本章从理论走向工程实践，专注于如何主动或被动地减小结构的动态响应。系统梳理了各种阻尼装置，包括粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器和金属屈服阻尼器的工作原理。深入探讨了动力吸振器（Tuned Mass Damper, TMD）的设计原理，包括如何通过调整吸振器的质量比、频率比和阻尼比来有效抑制主体结构的特定振动模式。简要介绍了主动控制系统的基本框架。 第十章：疲劳与寿命预测 本章探讨了周期性或随机动态载荷对结构耐久性的影响。基于S-N 曲线（应力-循环次数曲线），详细介绍了Miner 线性累积损伤法则在处理复杂载荷历史下的应用。讨论了应力热点的识别，并结合随机振动分析结果，计算结构的疲劳寿命预期。 第十一章：有限元法在动力学中的应用（理论与实践结合） 虽然本书侧重于经典理论，但本章明确了在现代工程中必须依赖数值方法。详细讨论了如何使用有限元软件（如 ABAQUS, ANSYS）进行动力学分析的前处理（网格划分、材料属性、边界条件）、求解器设置（显示/隐式分析）以及后处理（模态提取、时程积分）。重点强调了如何根据分析目标（例如，需要捕捉最高频模态以保证瞬态精度）来设置合适的分析参数。 全书结构严谨，从最基础的自由振动开始，逐步过渡到随机激励和非线性问题的处理，理论推导清晰，并辅以大量的工程实例说明，是深入理解结构动力学行为的必备参考书。

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这本书的书名非常吸引人，“刚塑性有限元”，光听名字就觉得里面一定蕴含着深厚的力学知识和精密的计算方法。我一直对材料在变形过程中的行为，尤其是当应力超过屈服极限后，材料如何继续发展塑性变形，以及如何通过有限元方法来模拟和预测这些复杂现象非常感兴趣。我期望这本书能够系统地讲解刚塑性材料的本构模型，比如塑性流动法则、屈服准则等等，并且深入剖析有限元法的基本原理，如何将其与刚塑性力学相结合，形成一套完整的数值分析框架。我特别好奇书中会如何处理塑性变形带来的应力更新问题，这通常是刚塑性有限元分析中的一个难点，比如如何保证计算的稳定性和精度，是否会介绍一些高级的算法，例如隐式积分法或者增量法。此外，我希望书中能包含一些实际工程应用的案例，比如金属成形、结构失效分析、冲击动力学等，通过这些案例来展示刚塑性有限元方法的强大之处，以及它在解决工程实际问题中的重要作用。如果书中还能提供一些计算实例的代码或者伪代码，那就更完美了，这样我就可以跟着书中的思路动手实践，加深对理论的理解。总而言之，这本书在我看来，应该是对刚塑性材料力学和有限元数值分析有深入研究的学者和工程师的必备参考书。

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“刚塑性有限元”这个书名，让我立刻产生了一种渴望深入探索的冲动。我认为，要真正理解材料的力学性能，就不能仅仅停留在弹性范围内，而必须深入到塑性变形的领域。尤其是“刚塑性”这个概念，它强调了材料在变形过程中，既有刚度的抵抗，又有塑性的屈服，这种复杂的耦合关系在许多工程应用中都扮演着至关重要的角色。我非常期待这本书能够提供一种系统性的方法，将这些复杂的物理现象通过有限元这个强大的数值工具进行模拟。我希望书中能详细介绍刚塑性材料的本构方程，并阐述如何将其离散化并集成到有限元框架中。我特别关注的是书中对于应力更新算法的讲解，这部分往往是刚塑性有限元分析的技术难点，例如如何保证在每次迭代中，计算出的应力既满足屈服准则，又遵循塑性流动法则。如果书中能够探讨一些先进的数值技术，比如基于轨迹的积分方法，或者能够处理大变形和几何非线性的方法，那将大大提升这本书的价值。对于我而言，这本不仅仅是理论知识的传授，更希望它能成为我解决实际工程问题的得力助手，帮助我理解和预测材料在极端载荷下的复杂行为。

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“刚塑性有限元”——这几个字眼仿佛打开了我对工程模拟世界的新认知。在我的印象中，材料力学通常会讲到弹性变形，但一旦进入塑性阶段，情况就变得复杂多变。这本书似乎精准地抓住了这个关键点，专门探讨了“刚塑性”这一更具挑战性的领域。我猜想，它会深入讲解在高温、高应变速率或者复杂载荷条件下，材料的刚度与塑性相互作用的微妙之处。有限元作为一种强大的数值分析工具，在处理复杂几何形状和边界条件方面有着天然的优势。这本书能否将有限元方法巧妙地应用于刚塑性分析，是我最期待的部分。我希望书中能够详尽地阐述如何构建刚塑性材料的有限元模型，包括单元的选取、网格的划分，以及如何求解非线性方程组。更重要的是，我期望它能提供关于如何处理材料软化、硬化、以及塑性变形累积对结构整体行为影响的深入分析。对于我这样的读者而言，这本书不仅仅是理论的堆砌，更应该是解决实际工程问题的指南。我期待它能指导我如何利用刚塑性有限元方法，去分析那些在常规弹性分析下会失效或者产生严重变形的工程问题，比如在飞机制造、汽车工业等领域，材料在极限载荷下的表现至关重要，这本书应该能为这些领域的工程师提供宝贵的洞见。

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从“刚塑性有限元”这个书名，我立刻联想到了那些在极端环境下工作的机械部件，以及它们在受到巨大冲击或持续加载时可能发生的变形。我设想这本书的作者一定是一位在该领域有着深厚造诣的专家，他能够用清晰的语言和严谨的逻辑，将抽象的力学概念具象化。我想象中，这本书会对刚塑性材料的本构模型进行细致的分类和介绍，从经典的Von Mises准则到更复杂的模型，并解释它们各自的适用范围和局限性。有限元方法的介绍，我期望能超越教科书式的基础知识，重点关注如何将其应用于解决刚塑性分析中的特殊难题。例如，如何处理由于塑性变形引起的几何非线性问题？如何有效地进行塑性势流的数值求解？书中是否会提及一些迭代收敛加速的技术？对于我这种希望深入理解数值算法背后原理的读者来说，这部分内容至关重要。同时，我非常期待书中能有关于接触力学与刚塑性有限元结合的章节，因为很多实际问题都涉及到多体之间的接触和相互作用。如果能看到书中提供一些关于如何进行模型验证和误差分析的讨论，那将大大提升我对书中方法的信任度。总的来说，这本书在我看来，是为那些渴望掌握先进数值模拟技术的工程师和研究人员量身定制的。

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“刚塑性有限元”——听起来就是一本能够深入骨髓、直击核心的专业书籍。我一直认为，理解材料的塑性行为是掌握其真实力学特性的关键，尤其是在工程设计中，往往需要考虑材料在超出弹性极限后的表现。这本书的书名暗示了它将聚焦于“刚塑性”，这是一个非常重要的领域，因为它介于纯弹性与完全流变之间，描述的是材料在达到屈服应力后，依然保持一定的刚度，但同时又会发生塑性变形的复杂状态。我非常好奇书中会如何构建描述这种行为的数学模型，以及如何将其有效地转化为有限元算法。我期待书中能够详细阐述各种塑性流动法则和屈服准则的推导过程，以及它们在数值计算中的具体实现。此外，我希望这本书能够深入探讨有限元求解器在处理刚塑性问题时的特点，例如如何处理突然的应力重分布，以及如何保证计算的稳定性和精度。如果书中能够提供一些关于网格自适应和局部精化的技术，用于捕捉塑性变形集中区域，那就更好了。对于我这样的读者来说，这本书的价值在于它能提供一套严谨的理论框架和实用的计算方法，让我能够更准确地预测和分析复杂结构在极端载荷下的行为，从而为工程设计提供坚实的基础。

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