Principles of Statics and Dynamics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:Hibbeler, R.C.

出品人:

页数:936

译者:

出版时间:2005-3

价格:$ 165.74

装帧:Pap

isbn号码:9780131872561

丛书系列:

图书标签:

• 力学
• 静力学
• 动力学
• 工程力学
• 物理学
• 大学教材
• 高等教育
• 经典力学
• 结构力学
• 基础物理

结构力学与动力学基础：理论与应用 本书聚焦于工程科学与物理学中的核心领域——结构力学与动力学的基本原理、分析方法及其在实际工程问题中的应用。 本书旨在为读者建立坚实的理论基础，同时培养他们利用这些原理解决复杂工程挑战的能力。全书内容涵盖了从静力平衡到复杂振动分析的多个层次，结构清晰，逻辑严谨。 第一部分：静力学基础与结构分析 本部分系统地介绍了描述物体处于平衡状态所需的物理量、约束条件和分析方法。 第一章：基本概念与受力分析 本章首先界定了力、力矩、应力与应变等基本概念。着重讲解了自由体图（Free-Body Diagram, FBD）的绘制技巧，这是后续所有力学分析的基石。详细讨论了二维与三维空间中的力系平衡方程，并对不同类型的结构约束（如铰链、固定端、滚动支座）进行了分类和深入分析。 第二章：桁架、框架与拱的分析 本章将静力学原理应用于常见的工程结构。 桁架分析： 介绍了节点法（Method of Joints）和截面法（Method of Sections）来确定桁架内部构件的力。重点讨论了零力构件的识别以及如何处理复杂桁架的内力求解。 框架与刚架分析： 对于包含弯矩和剪力的框架结构，本章引入了静定与超静定结构的概念。详细阐述了如何利用平衡方程求解静定框架的支座反力和内部荷载分布。 拱与缆索： 探讨了三铰拱的受力特性，以及在均布荷载和集中荷载作用下，拱形结构如何将垂直载荷转化为沿拱轴线的压力。同时，分析了悬链线和抛物线在不同张力条件下的缆索形状及其应用。 第三章：结构中的应力与变形 本章将分析从宏观力学到微观材料响应的过渡。 应力分析： 深入探讨了正应力、剪应力、主应力概念。引入了柯西应力张量（Cauchy Stress Tensor）以在三维空间中全面描述物体内部的应力状态。详细讲解了莫尔圆（Mohr's Circle）在二维应力状态下的应用，用于确定最大和最小主应力。 应变与本构关系： 定义了应变的概念，并着重分析了线弹性材料的胡克定律（Hooke's Law）。讨论了泊松比对材料横向变形的影响，并建立了应力、应变与弹性模量之间的定量关系。 轴向载荷下的变形： 基于单位力法（Unit Load Method）和虚功原理（Virtual Work Principle）的初步应用，计算了杆件在轴向载荷下的伸长或缩短，并引入了静不定问题的几何相容性条件。 第四章：梁的弯曲与挠度 本章专注于梁理论，这是结构工程中应用最广泛的力学模型之一。 剪力与弯矩图： 建立了剪力（V）与弯矩（M）随位置（x）变化的微分关系（$dV/dx = w(x)$ 和 $dM/dx = V$），并演示了如何绘制复杂荷载下梁的剪力图和弯矩图。 梁的挠度与转角： 采用积分法（Double Integration Method）和弯矩-面积法（Moment-Area Method）来确定梁的挠度和转角。对于更复杂的分析，引入了欧拉-伯努利梁理论（Euler-Bernoulli Beam Theory）。 超静定梁分析： 利用挠度公式和相容性条件，系统地求解一次和多次静不定的梁结构，如固定端梁或连续梁。 第二部分：动力学基础与振动分析 本部分从静力学过渡到动态系统分析，重点关注随时间变化的力和运动响应。 第五章：质点动力学基础 本章为动态分析奠定基础，关注单个质点的运动规律。 运动学： 描述了质点在直角坐标系、柱坐标系和球坐标系下的位置、速度和加速度的表示方法。 动力学定律： 重新审视牛顿第二定律 ($mathbf{F} = mmathbf{a}$)，并将其应用于具有已知外力和约束的运动问题。 功、能与冲量： 引入了保守力和非保守力系统的概念。详细推导了动能、势能与系统功的关系，以及动量与冲量的守恒定律，这些是解决变质量系统或冲击问题的关键。 第六章：刚体运动与拉格朗日力学 本章将质点动力学扩展到更复杂的刚体运动，并引入更强大的分析工具。 刚体运动描述： 描述了刚体运动的平动、转动和平面运动。计算了刚体绕任意轴线的转动惯量。 刚体动力学方程： 推导了牛顿-欧拉方程，用于分析刚体在力和力矩作用下的运动，特别是在陀螺仪和飞轮等旋转机械中的应用。 拉格朗日方程： 引入了基于能量的广义坐标方法。详细推导了拉格朗日方程 ($frac{d}{dt}(frac{partial L}{partial dot{q}_i}) - frac{partial L}{partial q_i} = Q_i$)，展示了其在简化复杂约束系统动力学问题中的优越性。 第七章：单自由度系统振动分析 本章是系统动力学分析的核心，专注于最简化的振动模型。 无阻尼自由振动： 推导了系统的运动微分方程（$ddot{x} + omega_n^2 x = 0$），并求解了其简谐解。定义了自然频率 ($omega_n$) 和周期 ($T$)。 有阻尼自由振动： 引入了粘性阻尼（Viscous Damping）模型。详细分析了三种情况：无阻尼、有阻尼（欠阻尼、临界阻尼、过阻尼）的响应特性，并解释了对数减衰率（Logarithmic Decrement）的测量方法。 受迫振动与振动度（振动放大系数）： 分析了外部周期性激励下的响应。重点讨论了共振现象，以及如何利用阻尼来控制振动幅度，引入了振动度（Magnification Factor）的概念。 第八章：多自由度系统与振动控制 本章将振动分析提升到更实际的工程水平，处理具有多个相互关联的质量和弹簧的系统。 自由振动分析： 采用矩阵方法建立系统的运动方程（$Mddot{mathbf{x}} + Kmathbf{x} = 0$）。通过求解特征值问题，确定系统的特征频率（固有频率）和相应的振型（Mode Shapes）。 模态分析（Modal Analysis）： 解释了模态叠加法，即任何复杂运动都可以分解为不同模态振动的线性组合。 有阻尼多自由度系统： 讨论了常用的阻尼模型，如质量比例阻尼和刚度比例阻尼，及其对解耦的影响。 动力吸振器： 详细介绍并推导了调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper, TMD）的原理和设计方法，用以抑制特定频率的结构振动。 本书的每一章都配有大量的工程实例和习题，旨在帮助读者将抽象的力学理论转化为解决实际问题的工具。通过严谨的数学推导和工程背景的结合，本书为后续深入学习高级结构分析、地震工程、机械系统设计等领域打下了坚实的基础。

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