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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Inman, Daniel J.

出品人:

页数:388

译者:

出版时间:2006-8

价格:1482.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9780470010518

丛书系列:

图书标签:

振动
控制
机械振动
系统辨识
控制系统
结构动力学
模态分析
减振
自适应控制
工程应用

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具体描述

Engineers are becoming increasingly aware of the problems caused by vibration in engineering design, particularly in the areas of structural health monitoring and smart structures. Vibration is a constant problem as it can impair performance and lead to fatigue, damage and the failure of a structure. Control of vibration is a key factor in preventing such detrimental results. This book presents a homogenous treatment of vibration by including those factors from control that are relevant to modern vibration analysis, design and measurement. Vibration and control are established on a firm mathematical basis and the disciplines of vibration, control, linear algebra, matrix computations, and applied functional analysis are connected. Key Features:* Assimilates the discipline of contemporary structural vibration with active control* Introduces the use of Matlab into the solution of vibration and vibration control problems* Provides a unique blend of practical and theoretical developments* Contains examples and problems along with a solutions manual and power point presentations Vibration with Control is an essential text for practitioners, researchers, and graduate students as it can be used as a reference text for its complex chapters and topics, or in a tutorial setting for those improving their knowledge of vibration and learning about control for the first time. Whether or not you are familiar with vibration and control, this book is an excellent introduction to this emerging and increasingly important engineering discipline.

《结构动力学基础与工程应用》内容概要：本书旨在全面、系统地介绍结构动力学领域的基本理论、分析方法以及在土木、机械和航空航天工程中的实际应用。全书内容涵盖了从最基础的单自由度系统振动分析到复杂多自由度系统、连续体动力学，直至非线性振动控制的前沿技术。我们致力于为读者提供坚实的理论基础和丰富的工程实例，使其能够准确评估结构在各种动态载荷作用下的响应，并设计出具有高可靠性和安全性的工程结构。第一部分：基础理论与单自由度系统第一章：结构动力学的基本概念本章首先界定了结构动力学的研究范畴，阐述了其在现代工程设计中的重要性。详细讨论了结构所受的外部激励类型（瞬态、周期性、随机激励），以及结构固有的动力学特性，如质量、刚度、阻尼。我们引入了牛顿第二定律在柔性结构分析中的应用，并建立了描述结构振动的基本微分方程。关键概念包括自由振动、强迫振动、模态分析的初步概念。第二章：无阻尼单自由度系统本章深入探讨了理想化的无阻尼单自由度（SDOF）系统。详细推导了系统的运动微分方程，并求解了自由振动和简谐力作用下的强迫振动响应。重点分析了系统的固有频率和周期，并阐述了共振现象的物理意义及其对工程结构的潜在危害。通过大量的算例，展示了位移、速度和加速度响应的解析解。第三章：有阻尼单自由度系统引入阻尼对结构动力学行为的影响。系统地分类了常见的阻尼模型，如粘性阻尼和库仑阻尼，并重点分析了粘性阻尼的影响。详细推导了有阻尼系统的自由振动响应，区分了欠阻尼、临界阻尼和过阻尼三种情况，并计算了对数减衰率。随后，解析求解了简谐力作用下的强迫振动，引入了著名的振动放大系数和频率响应函数，指导读者如何评估结构在不同激励频率下的响应大小。第四章：瞬态响应与能量法本章专注于瞬态激励，如冲击载荷或地震波输入。详细讲解了半解析法和数值积分法（如中心差分法）在求解瞬态响应中的应用。此外，引入了系统的能量分析方法，讨论了能量耗散（阻尼）和能量传递（刚度和惯性）在瞬态响应中的作用，为理解系统的振动能量平衡提供了新的视角。第二部分：多自由度系统与模态分析第五章：多自由度系统的自由振动将动力学分析扩展到具有多个相互耦合的自由度的系统。系统地推导了多自由度系统的运动方程，采用矩阵形式表示质量矩阵 $mathbf{M}$、阻尼矩阵 $mathbf{C}$ 和刚度矩阵 $mathbf{K}$。重点讲解了特征值问题的求解，即如何确定系统的固有频率和振型（模态）。详细阐述了模态叠加法的基本原理及其在简化复杂系统中的强大能力。第六章：多自由度系统的强迫振动与模态分析在求解了固有特性后，本章讲解了如何通过模态分解法求解多自由度系统的强迫振动响应。详细分析了模态阻尼比的选择对响应计算的影响。重点讨论了动力刚度法在处理周期性载荷时的应用，并通过实际工程案例（如多层框架结构）展示了模态分析在确定结构最不利振动模式中的关键作用。第七章：离散化方法与有限元基础本章桥接了理论分析与工程实践的鸿沟。系统介绍了结构动力学分析中常用的离散化技术，特别是有限元方法（FEM）在构建动力学模型中的应用。涵盖了梁单元、杆单元的单元刚度矩阵和质量矩阵的推导。讲解了如何处理边界条件，并利用有限元软件输出系统的动力学参数。第八章：近似方法与化简技术在大型结构分析中，精确求解整个系统的动力学方程往往计算量过大。本章介绍了几种高效的近似方法，包括：瑞利-里兹法（Rayleigh-Ritz Method）、子空间迭代法以及模态截断法。重点介绍了如何通过选择合适的形状函数或仅保留最低阶模态来有效预测结构的动力响应，同时控制误差。第三部分：连续体动力学与高级主题第九章：基本连续体动力学将动力学分析从离散化的集中参数模型推广到具有无限自由度的连续体系统，如梁、板和壳。推导了欧拉-伯努利梁和经典板理论的动力学方程。详细求解了简支梁和悬臂梁的自由振动问题，得出了连续体系统的固有频率和振型函数。第十章：随机振动理论本章引入了处理不确定性输入（如风荷载、地震动的随机特性）的随机振动理论。介绍了随机过程的基本概念，包括概率密度函数、自相关函数和功率谱密度函数（PSD）。重点讲解了功率谱密度传递函数法，用于计算结构响应的统计特性，如均方根值和峰值响应。第十一章：非线性振动分析探讨了当结构响应超出弹性范围或阻尼模型为非线性时的情况。介绍了不同类型的非线性系统（几何非线性和材料非线性）。重点讲解了逐步积分法（如Newmark-$eta$法、HHT法）在求解非线性瞬态响应中的应用，以及恢复力算法在处理滞回模型中的重要性。第十二章：振动控制基础本章聚焦于主动、被动和半主动控制策略的设计与实施。详细分析了粘滞阻尼器、金属屈服型阻尼器等被动控制元件的工作原理及其对结构动力响应的衰减效果。简要介绍了调谐质量阻尼器（TMD）的设计优化和半主动控制策略（如基于Skyhook或Fuzzy逻辑的控制）对提高结构抗震性能的应用潜力。附录：矩阵代数回顾、常用阻尼比参考值、数值积分算法详解。本书特色：理论与实践紧密结合：每一个理论推导后都附有详细的工程背景分析和算例。详尽的数学推导：确保读者能够理解核心方程的来源，而非仅仅停留在公式应用层面。覆盖面广：从经典SDOF到先进的随机振动和控制理论，为结构工程师和研究人员提供了完整的知识体系。强调工程应用：涉及大量使用有限元软件（如ANSYS/ABAQUS）进行动力学分析的指导思想和结果解读。