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出版者:Wiley

作者:Benson H. Tongue

出品人:

页数:601

译者:

出版时间:2009-08-10

价格:$ 238.71

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470237892

丛书系列:

图书标签:

• 工程力学
• 力学
• 工程
• 物理学
• 大学教材
• 高等教育
• 静力学
• 动力学
• 材料力学
• 结构力学

《工程力学：原理与应用》—— 探索结构稳定性的基石 一、本书概述：力学世界的全面导览 《工程力学：原理与应用》并非一本关于《Engineering Mechanics》的替代或替代品，而是针对工程学科核心基础理论——固体力学和静力学，进行的一次深入、系统且面向实践的阐述。本书的宗旨在于构建工程师在面对实际工程问题时，所需具备的严谨的力学思维框架，着重培养读者将复杂的物理现象抽象为精确数学模型的能力。我们相信，真正的工程智慧源于对基本力学原理的深刻理解和灵活运用。 本书的结构设计充分考虑了不同背景读者的学习曲线。它首先奠定了扎实的数学基础（如向量代数和张量概念的初步引入），随后逐步深入到描述物体受力状态和变形规律的核心领域。内容涵盖了从最基础的静力学平衡分析，到更复杂的材料本构关系和结构动力学初步，力求在理论的深度与工程应用的广度之间取得完美的平衡。 二、核心内容模块详解 本书内容组织为四大核心板块，每一板块都旨在巩固和扩展读者在特定力学领域的能力： 第一板块：静力学基础——平衡的艺术 本板块是构建所有后续力学分析的基础。我们摒弃了传统教材中过于简化的介绍方式，强调从自由体概念的建立到约束条件的精确识别。 向量分析与力系平衡： 详细讲解了二维和三维空间中的力、力矩的向量表示法，以及如何利用代数方程和矢量方程求解复杂力系（如平面力系、空间力系）的平衡问题。特别关注了移动平衡原理的严谨性证明。 刚体与柔性体区分： 明确区分了理想刚体模型在分析中的适用范围和局限性，为后续引入变形分析做铺垫。 桁架、框架与拱的分析： 详细阐述了节点法（连杆法）和截面法（零件法）在分析静定结构（如桁架）中的精确应用。针对框架结构，引入了虚功原理（单位载荷法）作为求解静定结构位移和超静定结构反力的有效工具。 摩擦力学： 深入探讨了静摩擦、动摩擦的性质，以及在机械传动和支撑结构设计中，摩擦力对系统稳定性的影响。 第二板块：结构变形与材料本构——从应力到应变 本板块聚焦于物体在受力下内部产生的效应，即应力（Stress）和应变（Strain）的概念及其相互关系。 应力分析的几何学基础： 引入应力张量（Cauchy Stress Tensor）的概念，解释了如何用一个二阶张量来完整描述作用在物体微小面上所有方向的内力状态。讨论了主应力（Principal Stresses）的确定及其工程意义。 应变与几何关系： 详细定义了正应变、剪应变，并引入了应变张量。特别关注了平面应变和平面应力状态下的几何描述。 胡克定律与材料本构关系： 深入剖析了线性弹性材料的胡克定律，讨论了杨氏模量、泊松比和剪变模量之间的关系。对于各向异性材料（如复合材料或岩石），本书也提供了初步的本构关系介绍。 轴向、扭转与弯曲： 系统推导了杆件在轴向拉伸/压缩、纯扭转以及梁的横向弯曲情况下的应力/应变分布公式，并强调了最大许用应力设计准则的应用。 第三板块：结构稳定性与超静定分析 本板块面向更高级的应用，处理那些仅靠静力平衡方程无法完全求解的复杂问题。 超静定结构分析（一次静不定）： 集中讲解了“力的兼容性”原理，即利用结构变形的连续性（位移法/挠度法）来补充求解超静定结构所需的额外平衡方程。重点分析了梁的挠度和转角的计算。 结构稳定性——欧拉屈曲： 专题讨论了细长压杆在轴向荷载作用下的失稳问题。详细推导了欧拉临界屈曲载荷公式，并分析了不同边界条件对临界载荷的影响，以及廷塞极限（Inelastic Buckling）的初步概念。 第四板块：动力学基础与振动初步 虽然本书的重心在于静态和准静态分析，但为提供完整的力学视野，本板块引入了与时间相关的分析方法。 质点动力学回顾： 快速回顾牛顿第二定律在工程坐标系下的应用（直角坐标系、自然坐标系）。 能量法在力学中的应用： 详细阐述了牛顿法、达朗贝尔原理、虚功原理在动力学问题中的转化与应用。 单自由度系统振动： 初步引入自由振动、阻尼振动以及受迫振动的基本概念，使读者对工程结构可能出现的动态响应有初步的认识。 三、本书的特色与教学方法 本书的设计哲学是“问题驱动，原理支撑”。 1. 详尽的例题分析： 每个关键概念后都附有精心挑选的、贴近实际工程背景的例题。例题的解题步骤被分解得非常细致，清晰展示了从物理模型建立、数学公式选择、到最终数值计算和单位检查的全过程。 2. 强调物理意义： 我们始终致力于解释“为什么”使用某个公式，而非仅仅是“如何”使用。例如，在讲解泊松比时，会结合拉伸过程中横截面收缩的实际观察来加深理解。 3. 面向未来的挑战： 书中穿插了关于非线性材料行为（如塑性变形的初步介绍）和有限元方法（FEM）思想的简要讨论，为读者后续深入学习高级结构分析课程打下坚实的基础。 四、目标读者 《工程力学：原理与应用》是土木工程、机械工程、航空航天工程、材料科学以及相关工程技术专业的本科生理想的教材。同时，对于希望系统回顾或自学经典力学理论的工程技术人员而言，本书也是一本极具价值的参考手册。 总结： 本书致力于提供一个坚实、全面且富有洞察力的力学基础，确保读者能够以工程师的严谨态度，分析和解决未来工作中遇到的任何关于结构受力与变形的挑战。掌握了这些原理，就掌握了设计安全、可靠工程系统的核心能力。

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这本书最让我印象深刻的地方，在于它能够将看似枯燥的数学模型与现实世界的工程挑战巧妙地结合起来。在学习振动学的时候，作者没有直接跳到复杂的微分方程，而是先从一个简单的弹簧-质量系统开始，逐步引入阻尼、驱动力等因素，构建出各种振动模型。我尤其喜欢他对共振现象的解释，通过一个生动的例子，说明了即使是微小的外部激励，如果频率与系统的固有频率接近，也可能引发巨大的响应，这在很多工程事故中都有体现。书中还介绍了傅里叶级数和拉普拉斯变换在处理周期性和非周期性激励下的响应问题，虽然这些数学工具本身并不容易掌握，但作者通过清晰的推导和实际的应用场景（比如机械系统的冲击响应），让我看到了它们强大的解决问题的能力。而且，书中还提及了随机振动和非线性振动，这为我打开了更广阔的视野，让我意识到现实世界中的许多振动问题远比模型化的情况要复杂得多。

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这本书绝对是一场意外的惊喜！我原本以为会是一本枯燥乏味的工程教科书，没想到它能以如此生动的方式阐述那些复杂的物理原理。作者在介绍静力学时，简直就像是在讲故事，用各种贴近生活的例子，比如搭积木、过山车、甚至是指尖的触碰，来解释力、力矩、平衡这些概念。我尤其喜欢他讲解虚拟位移原理的那一部分，本来以为会是数学公式堆砌，结果他用了一个巧妙的“如果……会怎么样”的设问，引导我一步步思考，直到豁然开朗。而且，书中大量的插图和动画（虽然是静态的，但文字描述得非常形象），让抽象的概念变得触手可及。我曾经在别的书上对梁的弯曲和扭转感到头疼，但在这本书里，通过几个非常直观的图示和简明的推导，我感觉自己好像真的能“看到”材料内部的应力分布。最棒的是，它并没有止步于理论，而是花了相当多的篇幅讨论了实际工程中的应用，比如桥梁设计中的受力分析，机械零件的强度计算，甚至是一些更小的细节，比如螺栓的连接强度。这本书让我对工程力学不再是敬而远之，而是充满了探索的兴趣。

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这本《Engineering Mechanics》给我带来的最大启发在于它对工程问题的系统性思考方式。在学习材料力学部分时，作者并没有孤立地讲解应力、应变、弹性模量这些概念，而是将其置于一个更宏大的框架下。他强调了材料的宏观性能是如何由其微观结构决定的，以及在外力作用下，材料内部会发生怎样的变形和破坏。我特别喜欢关于屈服和断裂的讨论，作者不仅给出了标准的失效准则，还结合了实际的断口形貌照片，让我对材料的失效过程有了更直观的理解。书中关于应力集中的部分，用几个简单的例子就解释了为什么尖锐的角和孔洞会导致应力集中，以及如何在设计中避免这些问题，这对于任何从事结构设计的人来说都非常有价值。此外，书中还触及了一些高级的主题，比如疲劳和蠕变，虽然只是初步的介绍，但足以让我了解到在长期服役的工程结构中，材料性能的变化是多么关键。整本书贯穿了“从宏观到微观，从理论到实践”的逻辑，让我能够更好地理解工程设计背后的原理。

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我得说，《Engineering Mechanics》这本书对于培养工程思维来说，起到了非常重要的作用。它不仅仅是一本知识的载体，更是一本思维方法的启蒙书。在学习贯穿全书的“建模”思想时，作者强调了如何将复杂的物理现实简化成易于分析的数学模型，以及不同模型之间的适用性和局限性。比如，在分析流体流动时，他会讨论是采用欧拉方法还是拉格朗日方法，每种方法的优缺点是什么。在介绍材料力学时，他也区分了连续介质力学和离散介质力学的不同应用场景。我最欣赏的是，这本书鼓励读者去质疑和验证，而不是照本宣科。很多章节的结尾都附带了思考题和一些小的工程案例分析，引导我去主动地运用所学知识去解决问题。它教会了我如何从一个工程问题出发，找到相关的物理原理，建立合适的数学模型，然后通过分析得出结论，并最终评估模型的有效性。这种循序渐进、注重逻辑推理的过程，让我觉得学习工程力学不再是一件痛苦的事情，反而充满了乐趣和成就感。

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不得不说，这本书在概念的深度和广度上都给我留下了深刻的印象。它不仅仅是在罗列公式和定理，更是在试图构建一种思维模式。对于动力学部分，作者的处理方式尤其值得称道。他并没有一开始就抛出牛顿第二定律，而是先从运动的描述入手，分析了位移、速度、加速度之间的关系，然后引入了能量和动量守恒这些更具普适性的概念。我特别欣赏他对于“惯性”的解释，不是简单地说“物体抵抗运动状态的改变”，而是深入剖析了惯性力在非惯性参考系中的表现，以及它在解决振动和冲击问题时的重要性。书中关于刚体动力学的部分，虽然涉及三维空间的旋转，但作者通过引入角速度、角加速度等向量的概念，并结合具体的机械系统（比如陀螺仪、行星齿轮），让整个过程清晰明了。我之前在学习过程中遇到的最大障碍就是理解复杂的运动轨迹和力矩的耦合效应，这本书通过细致的步骤分解和大量的实例分析，让我能够一步步地掌握这些复杂问题。而且，它还涉及到了如何利用计算机数值模拟来解决一些解析解难以处理的问题，这对于现代工程实践来说至关重要。

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