Rotating Shell Dynamics

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出版者:Elsevier Science Ltd
作者:Li, Hua/ Lam, K. Y./ Ng, T. Y./ Lam, Khin-yong
出品人:
页数:284
译者:
出版时间:2005-3
价格:$ 186.45
装帧:HRD
isbn号码:9780080444772
丛书系列:
图书标签:
  • 旋转壳体动力学
  • 壳体结构
  • 动力学
  • 振动
  • 稳定性
  • 有限元
  • 数值方法
  • 工程力学
  • 结构力学
  • 旋转机械
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具体描述

There are numerous engineering applications for high-speed rotating structures which rotate about their symmetric axes. For example, free-flight sub-munition projectiles rotate at high speeds in order to achieve an aerodynamically-stable flight. This is the first book of its kind to provide a comprehensive and systematic description of rotating shell dynamics. It not only provides the basic derivation of the dynamic governing equations for rotating shells, but documents benchmark results for free vibration, critical speed and parametric resonance. It is written in a simple and clear manner making it accessible both the expert and graduate student. This is the first monograph to provide a detailed description of rotating shell dynamics. Dynamic problems such as free vibration and dynamic stability are examined in detail, for basic shells of revolutions.

好的,以下是一份基于您提供的书名“Rotating Shell Dynamics”的、不包含该书任何具体内容的、详细的图书简介: --- 《旋转壳动力学》 本书简介 本书深入探讨了弹性力学、结构动力学以及材料科学交汇领域中的一个核心主题:壳体结构在旋转状态下的动态行为与稳定性分析。《旋转壳动力学》 并非侧重于特定已发表的理论模型或实验数据,而是致力于构建一个全面、普适的分析框架,用以理解和预测各类薄壁结构——无论是机械工程中的叶片、航空航天中的火箭外壳,还是土木工程中的穹顶——在高速、复杂旋转工况下所展现出的力学响应。 本书的基石在于对“壳”这一概念的几何抽象与数学描述。壳体结构以其高比强度和轻量化特性,在现代工程设计中占据不可替代的地位。然而,其固有的曲率、显著的内曲率效应以及薄壁特性,使得其动力学分析远比梁或板更为复杂。当引入“旋转”这一强耦合因素时,原有平衡态被打破,惯性力、科里奥利力以及离心力的影响,使得系统的自由度和约束关系呈现出高度的非线性特征。 全书的结构设计旨在引导读者从基础的连续介质力学原理出发,逐步构建和求解旋转壳体的动力学方程。 第一部分:基础建模与几何描述 本部分着重于为后续的动力学分析奠定坚实的数学基础。我们首先回顾了经典壳体理论(如Kirchhoff-Love理论和Mindlin-Reissner剪切变形理论)的基本假设与局限性。随后,核心内容聚焦于如何精确地描述旋转壳体的微分几何。这涉及到坐标系的选取(如拉格朗日坐标、欧拉坐标,以及与旋转参考系相关的变换),以及由此导出的应变张量和曲率张量在旋转坐标系下的表达形式。 特别地,书中详细阐述了旋转对壳体几何刚度的影响。旋转不仅仅引入了额外的载荷项,更重要的是,它改变了壳体材料的本构关系在空间中的梯度。我们探讨了如何将这些旋转相关的惯性效应(如科里奥利加速度和离心力梯度)精确地嵌入到应变能密度函数中,从而实现对“旋转刚度”的量化。这部分内容要求读者对微分几何和张量分析有扎实的理解。 第二部分:本构关系与运动方程的推导 在建立了旋转几何框架后,第二部分的核心任务是将能量法(如拉格朗日方程)应用于旋转壳体系统。本书避免了直接引用特定的成品方程,而是详尽地展示了从动能、应变能和虚功原理出发,如何系统地推导出描述壳体运动的偏微分方程组。 运动方程的推导过程强调了旋转坐标系下的惯性项的精确处理。书中将惯性项分解为静的离心项和动态的科里奥利项,并分析了它们在线性和非线性动力学模型中的不同地位。对于非线性分析,我们探讨了高阶应变和曲率项如何通过几何非线性矩阵耦合到系统的质量、阻尼和刚度矩阵中。 此外,本部分还深入讨论了边界条件的选择对整体系统解的敏感性。旋转壳体通常被安装在复杂的支撑结构上,例如,固定边界、简支边界、自由边界的力学诠释在旋转参考系下需要进行审慎的修正。 第三部分:特征值问题与稳定性分析 在完成了非线性运动方程的构建之后,本书将重点转向线性化分析及其在预测系统行为中的关键作用。对于没有外部激励的纯动力学问题,我们探讨了在不同旋转速度下(即参数成为本征值问题的一部分)的特征值分析。 这部分的核心内容在于“旋转速度的临界值”。我们展示了如何通过求解由旋转驱动的特征值问题来确定系统的屈曲速度(或称发散速度)和颤振速度(或称振动失稳速度)。书中详细分析了旋转惯性对薄壳结构固有频率的影响机制——特别是如何导致原本实数频率的特征值变为复数,预示着旋转失稳的发生。 更高级的分析包括对参数激励系统的讨论。旋转过程本身就是一种周期性变化,这使得系统的运动方程成为参数激励的常微分方程。本书利用Floquet理论的基础概念,探讨了这些系统可能出现的参数共振现象,并分析了维持稳定振动的最小阻尼要求。 第四部分:非线性动力学、阻尼与数值方法 现代工程实践要求我们必须考虑非线性效应,尤其是在高转速或大变形工况下。本书的最后部分着眼于实际应用中的挑战。我们讨论了几种处理非线性项的有效数值方法,包括但不限于:基于模态截断的非线性模态分析、分步积分法,以及针对旋转系统特性的简化迭代方案。 阻尼建模是旋转结构动力学中一个长期存在的难点。书中系统地分类和比较了各种阻尼模型(如粘性阻尼、结构阻尼、旋转相关阻尼),并展示了如何将其纳入非线性动力学方程中。对阻尼效应的分析将侧重于其对系统稳定性的调节作用,以及如何通过优化阻尼配置来拓宽结构的允许工作转速范围。 结论与展望 《旋转壳动力学》旨在为结构工程师和理论力学家提供一个严谨且富有洞察力的视角,用以掌握旋转薄壳结构在动态载荷下的本质行为。本书的价值不在于提供一个现成的计算软件的说明书,而在于培养读者从第一性原理出发,构建、求解并解释复杂旋转系统力学响应的能力。最终,读者将能够对这类结构的设计安全裕度、寿命预测以及故障诊断提供坚实的理论支撑。 ---

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