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出版者:Taylor & Francis

作者:Reddy, J. N.

出品人:

页数:568

译者:

出版时间:2006-11

价格:$ 135.54

装帧:HRD

isbn号码:9780849384158

丛书系列:

图书标签:

• shell
• 弹性力学
• 板壳理论
• 结构力学
• 有限元分析
• 工程力学
• 固体力学
• 数学物理
• 结构分析
• 材料力学
• 工程数学

《结构动力学基础与应用：从理论到工程实践》 导言：现代结构工程的基石 在土木、航空航天、机械等工程领域，结构的可靠性与安全性是至关重要的前提。随着现代工程对结构性能要求的日益提高，尤其是在地震、强风、高速运行等复杂载荷作用下，结构的动态响应分析已成为结构设计与评估的核心环节。《结构动力学基础与应用：从理论到工程实践》旨在为读者提供一个全面、深入且贴近实际应用的结构动力学知识体系。本书将传统理论的严谨性与现代工程实践的需求紧密结合，帮助工程师和研究人员掌握分析和预测复杂结构在动态载荷下行为的能力。 本书的重点在于阐释结构动力学中的基本原理、建立精确的数学模型，并展示如何利用这些模型解决实际工程问题。不同于侧重于特定薄壳或薄板理论的经典著作，本书将视角扩展至更广泛的离散和连续体结构系统，涵盖从单自由度到多自由度系统，从线性到非线性响应的各个方面。 --- 第一部分：结构动力学的基本概念与单自由度系统分析 本部分为全书的理论基础奠基，详细介绍了研究结构动态行为所必需的数学和物理背景。 第一章：动力学基础与自由振动分析 本章首先回顾了结构动力学所需的经典力学知识，重点在于拉格朗日方程和牛顿第二定律在结构系统中的应用。随后，深入探讨了无阻尼自由振动，推导了系统的固有频率和振型。对于离散系统，详细分析了特征值问题的求解方法及其物理意义。此外，本章还引入了阻尼的物理模型（粘性阻尼、库仑阻尼等），并详细阐述了有阻尼自由振动的解法，包括过阻尼、临界阻尼和欠阻尼情况下的响应特性，强调了对数减衰率在评估结构耗能能力中的重要性。 第二章：单自由度系统的受迫振动与稳态响应 本章将分析外部激励下的结构响应。首先，对简谐（正弦）激励下的系统响应进行了详尽的分析，重点讲解了频率响应函数的概念、谐振现象及其对结构设计的影响。通过分析系统的幅值比和相角，读者将能够精确预测结构在特定频率载荷下的最大位移和应力。接着，本章扩展到更常见的瞬态激励，如脉冲激励和任意时间历程的输入，利用卷积积分（Duhamel积分）精确求解系统的动态位移、速度和加速度响应。 --- 第二部分：多自由度系统的建模、分析与模态理论 本部分将系统的复杂性提升至多自由度层面，这是分析实际工程结构（如多层建筑、桥梁、复杂机械臂）的关键。 第三章：多自由度系统的运动方程与齐次解 本章着重于建立和求解大规模系统的动力学方程。采用牛顿法和能量法（虚功原理）导出具有质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵的二阶线性常微分方程组。随后，重点讲解模态分析（Modal Analysis）：如何通过求解特征值问题获得系统的固有频率（特征值）和固有振型（特征向量）。对振型正交性的深入探讨，为后续的模态叠加法提供了理论基础。 第四章：模态叠加法与系统的瞬态响应 模态叠加法是求解大规模线性系统动态响应的基石。本章详细阐述了如何利用系统振型将具有耦合的运动方程转化为一组独立的、易于求解的单自由度系统，即模态坐标下的响应。重点分析了模态阻尼比的选取（如比例阻尼与非比例阻尼）对响应计算准确性的影响。最后，结合数值积分方法，演示如何通过模态叠加法高效计算结构在地震波或风载荷等复杂时间历程作用下的总响应。 第五章：系统的数值方法与离散化 鉴于许多复杂结构无法通过解析方法求解，本章将聚焦于现代工程计算的核心——有限元方法（FEM）在结构动力学中的应用。本章不深入推导有限元理论本身，而是侧重于如何将实际结构离散化并形成离散化的动力学矩阵。详细介绍了集中质量法和一致质量法的对比，以及求解器（Solver）的选择，包括显式积分法和隐式积分法在计算瞬态响应和非线性问题中的适用性、稳定性和计算效率的权衡。 --- 第三部分：高级主题与工程应用 本部分深入探讨了实际工程中经常遇到的非线性、随机性和稳定性问题，并将理论知识与实际工程案例相结合。 第六章：非线性动力学导论 真实世界的结构总存在某种程度的非线性，尤其是在大变形或材料屈服时。本章引入非线性刚度项和非线性阻尼项，讨论了几何非线性和材料非线性对系统动态响应的影响。重点介绍了求解非线性动力学问题的迭代算法，如Newmark-$eta$法和HHT法的修正形式，以及跳跃现象（Jump Phenomena）和颤振（Flutter）的初步概念。 第七章：随机振动理论与分析 在风、波浪、地震等载荷具有随机特性的工程背景下，随机振动分析是必不可少的工具。本章引入随机过程理论的基础概念，如平稳过程、功率谱密度（PSD）。重点分析了白噪声输入对结构系统的响应，并阐述了均方根响应和峰值响应的计算方法。本章内容为评估结构在不确定环境下服役可靠性提供了定量工具。 第八章：结构抗震设计与动力分析的工程实践 本章将理论与规范要求相结合。首先，详细讲解了反应谱分析（Response Spectrum Analysis）的原理和应用，这是结构抗震设计中最常用的方法之一。解释了最大对应原理和模态参与系数在反应谱分析中的作用。随后，对比了反应谱分析与等效静力分析、时程分析的优劣。最后，通过详细的案例研究（例如高层建筑或大跨度桥梁的地震响应），演示如何利用专业有限元软件（如ANSYS/ABAQUS的动力学模块）进行建模、分析和结果后处理，确保设计满足规范要求。 --- 总结与展望 《结构动力学基础与应用：从理论到工程实践》力求在理论深度和工程实用性之间找到最佳平衡点。本书内容覆盖了从基本振动理论到先进的非线性及随机分析方法，为读者提供了一个完整且相互关联的动力学知识体系。掌握本书内容，读者将具备独立分析和解决复杂结构动态问题，并做出安全、经济的工程决策的能力。本书适合作为高等院校力学、土木、结构工程、机械工程专业高年级本科生及研究生的教材，也是工程设计人员和结构健康监测领域专业人士的必备参考书。

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总的来说，《Theory and Analysis of Elastic Plates and Shells》是一本内容全面、讲解深入、条理清晰的经典教材。它适合本科高年级学生、研究生以及从事相关领域的工程师阅读。通过这本书的学习，我不仅掌握了板壳结构的基本理论和分析方法，还对该领域的研究前沿有了一定的了解。这本书为我深入学习和研究板壳力学领域打下了坚实的基础。

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这本书的深度和广度给我留下了深刻的印象。它不仅仅局限于静态分析，还对板壳结构的动力学行为进行了深入的探讨。例如，在涉及振动分析的部分，书中详细介绍了自由振动、受迫振动以及阻尼振动等概念，并给出了求解板壳结构固有频率和振型的方法。这对于工程设计中避免共振、预测结构的动态响应至关重要。我特别关注了书中关于稳定性分析的部分，作者清晰地阐述了屈曲的概念，并推导了临界屈曲载荷的计算公式，这对于防止板壳结构在承载过程中发生突然失稳具有指导意义。书中还涉及了非线性分析，虽然这部分内容相对更具挑战性，但作者通过实例的引入，让读者能够初步接触到大变形、材料非线性和几何非线性等复杂问题，为进一步深入研究打下了基础。

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这本书的内容组织非常注重知识的连贯性。在引入新的概念之前，作者总是会回顾前面已经讲解过的相关内容，并说明新概念与旧概念之间的联系。这种“承上启下”的讲解方式，使得读者能够更好地理解知识体系的整体结构，避免了碎片化的学习。例如，在讲解板壳的振动分析之前，书中首先回顾了板壳的静力学分析，并说明了静力学分析是动力学分析的基础。这种循序渐进的学习路径，对于那些初次接触板壳理论的读者来说，无疑是极大的帮助。

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我非常欣赏这本书中对实验验证的重视。作者在讲解理论的同时，也提及了一些实验结果，并将其与理论计算进行对比。这种理论与实验相结合的方式，不仅增强了理论的可信度，也帮助读者更直观地理解板壳结构的实际行为。书中还讨论了一些可能影响实验结果的因素，例如材料的不均匀性、边界条件的实际实现等，这为读者在进行实验研究时提供了宝贵的经验。

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这本书的另一大亮点在于其对不同板壳理论的比较和辨析。它详细对比了经典板理论（Kirchhoff-Love）和剪切板理论（Mindlin-Reissner）的异同，并讨论了各自的适用范围。这种深入的比较分析，有助于读者理解不同理论模型在精度和计算复杂度上的权衡，从而能够根据实际工程需求选择最合适的分析方法。书中还对一些特殊类型的板壳结构，例如圆柱壳、球壳等进行了专门的分析，并给出了相应的控制方程和求解方法。这为读者在处理更复杂的结构形式时，提供了理论上的指导和参考。

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从工程应用的角度来看，这本书的实用性非常强。作者在理论讲解的同时，并没有脱离实际工程问题。书中穿插了大量与实际工程设计相关的案例分析，例如桥梁、飞机机翼、压力容器等板壳结构的设计和分析。这些案例分析不仅巩固了理论知识，还向读者展示了如何运用所学的理论来解决实际工程中的难题。我特别喜欢书中关于边界条件处理的章节，详细介绍了各种典型的边界条件（如简支、固定、自由）在数学上的表达方式，以及如何将其应用于求解板壳结构的响应。此外，书中还讨论了数值分析方法在板壳结构分析中的应用，虽然书中没有详尽地介绍具体的数值算法，但它指明了数值方法（如有限元法）的优势和应用前景，这对于需要进行复杂结构分析的工程师来说非常有价值。

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这本书的书名是《Theory and Analysis of Elastic Plates and Shells》，我最近读了这本书，感觉它是一部非常扎实的著作，内容深入浅出，对于想要深入理解弹性力学领域，特别是板壳结构理论的读者来说，绝对是一笔宝贵的财富。从我个人的阅读体验出发，这本书的章节安排非常合理，逻辑性极强。它并没有急于抛出复杂的数学公式，而是循序渐进地从基本的概念入手，例如应力、应变、弹性模量等，为读者打下坚实的基础。在介绍板壳理论之前，作者花了相当大的篇幅来回顾和梳理相关的连续介质力学基础，这一点我个人觉得非常重要，因为很多时候我们学习新的理论时，往往忽略了其背后的基本原理，导致理解停留在表面。而这本书在这方面做得尤为出色，它详细解释了如何将三维弹性力学方程简化到二维板壳问题，并对各种简化假设进行了深入的剖析，这使得读者不仅知道“是什么”，更理解“为什么”。

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我特别欣赏的是本书在讲解板壳理论时的严谨性。作者没有回避数学上的复杂性，而是通过清晰的推导过程，一步步引导读者理解每一条公式的来源和意义。例如，在介绍经典板理论（Kirchhoff-Love理论）时，书中详细阐述了其基本假设，并在此基础上推导出了著名的板弯曲控制方程。对于初学者来说，这些推导过程可能会显得有些抽象，但书中提供的丰富的例子和图解，极大地降低了理解的难度。比如，在讨论承受不同载荷（如均布载荷、集中载荷）下的板的弯曲变形时，作者不仅给出了精确解，还讨论了近似解法，并对比了它们的适用范围和精度。此外，书中还引入了更高级的理论，如Mindlin-Reissner理论，详细讲解了剪切变形的影响，这对于理解一些厚板或受到大变形的板壳结构至关重要。这种由浅入深、循序渐进的讲解方式，让我在阅读过程中能够逐步建立起对板壳结构力学行为的深刻认知。

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这本书在介绍板壳理论的数学工具方面做得相当出色。它不仅讲解了微分方程的求解方法，还涉及到一些变分原理和能量方法，例如虚功原理和最小势能原理。这些方法在板壳结构的分析中扮演着至关重要的角色，能够简化求解过程，并为理解结构的力学行为提供更深刻的视角。书中对于应力函数和挠度函数的运用也进行了详细的阐述，这是一种非常有效且优雅的求解板壳问题的数学工具。我印象深刻的是书中对某些经典问题的解法，作者不仅给出了最终的解，还详细展示了求解的每一步过程，这使得读者能够清晰地理解解题思路，并从中学习到解决类似问题的技巧。

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这本书的内容结构非常严谨，每一个概念的引入都经过精心设计。它从最基本的拉梅方程开始，逐步引申到更复杂的泊松方程和柯西方程，并详细解释了这些方程在板壳力学中的应用。书中对于弹性材料本构关系的处理也十分到位，详细介绍了各向同性、正交异性材料在板壳分析中的应用，并给出了相应的本构方程。我尤其赞赏的是作者在讲解过程中所使用的语言。虽然是专业书籍，但作者的表述清晰、准确，避免了不必要的术语堆砌。即使是对于一些比较晦涩的概念，作者也通过形象的比喻和直观的图示来帮助读者理解。阅读过程中，我能够感受到作者在知识传递上的用心，这使得我在面对复杂理论时，也能保持学习的兴趣和动力。

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