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出版者:Prentice Hall

作者:W.F. Chen

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1987-06

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444011190

丛书系列:

图书标签:

• 结构稳定性
• 结构力学
• 土木工程
• 机械工程
• 材料力学
• 弹性力学
• 有限元分析
• 屈曲
• 承载力
• 结构设计

《工程力学中的经典力学：原理、应用与前沿探索》 内容简介 本书是一部全面深入探讨工程力学核心基础与前沿进展的专著。它旨在为土木工程、机械工程、航空航天工程以及相关学科的本科生、研究生和专业工程师提供一个严谨而实用的理论框架和工具箱。全书内容经过精心组织和编排，结构清晰，逻辑严密，涵盖了经典力学从基础到高级应用的全方位内容，力求在理论深度与工程实践之间搭建起坚实的桥梁。 第一部分：力学基础与静力学 本书伊始，从对力学基本概念的精确界定入手，包括力的定义、力的传输、刚体假设以及对自由体图绘制的详尽指导。我们首先深入分析了静力学的基石——平衡原理，并以此为基础，详细阐述了平面力系与空间力系的平衡方程。本书特别强调了约束的概念及其对结构分析的影响，通过大量实例，如桁架、框架和拱的平衡分析，巩固读者对静力平衡条件的理解。 此外，我们对结构几何特性进行了详尽的讨论，包括截面的形心、面积惯性矩以及极惯性矩的计算方法。为了应对实际工程中更为复杂的受力情况，本书引入了虚功原理和最小势能原理，这些变分法为后续的结构分析奠定了重要的理论基础，特别是为处理复杂超静定结构提供了强有力的数学工具。 第二部分：材料本构关系与应力分析 工程力学分析的有效性，在很大程度上依赖于对材料响应的准确描述。本部分专注于材料力学（固体力学）的核心内容。我们从一维拉伸与压缩开始，详细推导了胡克定律，并引入了应力和应变的严格定义。在二维和三维情况下，本书系统地介绍了应力状态的概念，包括柯西应力张量的推导及其在不同坐标系下的转换（如主应力与最大剪应力）。 本书对应力-应变关系的探讨尤为深入，涵盖了线弹性、弹塑性以及粘弹性材料的本构模型。对于工程中常见的失效判据，如屈服准则（冯·米塞斯、特雷斯卡）和断裂准则，我们提供了详细的数学表述和工程应用案例。在应力分析方面，本书全面覆盖了梁的弯曲与剪切应力、扭转理论，以及薄壁结构和厚壁圆筒的应力分布解析。 第三部分：动力学基础与振动理论 在动力学部分，本书系统地回顾了牛顿第二定律在工程中的应用，并将其推广至对任意运动质点和刚体的分析。我们详细阐述了动量守恒和能量守恒在瞬态问题中的应用，并引入了达朗贝尔原理，将动力学问题转化为等效的静力学平衡问题。 对振动分析的深入探讨是本部分的核心。我们从最基本的单自由度系统的自由振动和受迫振动开始，详细分析了系统的固有频率、阻尼对响应的影响，以及共振现象的工程意义。随后，理论被扩展到多自由度系统的分析，引入了拉格朗日方程作为更通用的动力学建模工具。对于连续介质的振动问题（如杆件的轴向振动和梁的弯曲振动），本书运用偏微分方程方法，推导了特征方程，并讨论了模态分析在结构动力响应预测中的关键作用。 第四部分：结构稳定性理论与高级分析方法 结构稳定性是保证大型复杂工程结构安全的关键。本部分聚焦于杆件的失稳问题，详细分析了欧拉临界屈曲载荷的推导过程及其适用范围。本书不仅讨论了理想柱的屈曲，还深入研究了实际结构中偏心、初始缺陷和非线性效应引入的超静定和非线性屈曲分析方法。 在分析工具方面，本书引入了有限元方法（FEM）作为解决复杂应力场和动力学问题的强大工具。我们从变分原理出发，推导了基本单元的刚度矩阵，并解释了如何将这些离散化的方程组集成以求解整体结构的响应。书中特别强调了单元选择、网格划分以及边界条件施加的工程实践技巧，这些是成功应用有限元分析的前提。 第五部分：非线性问题与前沿展望 面对现代工程中的高精度、高载荷环境，线性力学模型往往失效。本书的最后一部分致力于非线性力学的介绍。我们探讨了几何非线性（大变形效应）和材料非线性（如塑性、蠕变）对结构响应的影响。对于几何非线性问题，我们介绍了弧长法等数值迭代技术在求解平衡路径中的应用。 最后，本书对工程力学的前沿交叉领域进行了展望，包括接触力学的基本原理、疲劳与断裂力学在寿命评估中的地位，以及随机振动理论在地震工程和风工程中的应用。 本书特色 理论与实践紧密结合： 每个章节均配有详尽的工程实例和计算示例，直接面向实际工程问题。 数学严谨性： 采用张量分析和变分法作为理论基础，确保了分析方法的普适性和深度。 现代计算方法集成： 详细介绍了有限元和非线性求解技术，使其成为现代工程师的必备技能。 清晰的逻辑框架： 内容从基础静力平衡逐步过渡到复杂的非线性动力学，层次分明，利于自学和系统学习。 本书适合作为高等院校力学专业、结构工程、机械工程、材料科学等专业的高年级本科生和研究生的教材或参考书，也是从事结构设计、分析和研究的工程师和科研人员的宝贵资源。

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这本书的理论深度确实令人印象深刻，它绝不是那种浮于表面的工程手册，而是深入到了问题的根源。我尤其欣赏作者对于“不适定问题”处理的严谨态度，他对线性化假设的边界条件以及非线性几何效应的引入，进行了非常细致的数学推导，每一步的逻辑衔接都如同瑞士钟表般精准无误。对于一些关键的稳定判据，比如欧拉公式的推导和其适用范围的讨论，作者不仅给出了标准的推导路径，还穿插了对历史发展脉络的思考，这使得读者能够理解为什么某些简化是合理的，而哪些情况下必须采用更复杂的模型。在阅读关于薄壁结构稳定性的章节时，我反复对比了它与其他教材的处理方式，这本书在引入非均匀截面和复杂边界条件时的处理方式更为系统和完整，它似乎在预设读者已经具备扎实的材料力学基础，然后直接将我们带入到更高阶的工程挑战中。不过，对于初次接触这门学科的读者来说，可能需要在阅读特定章节时，多准备一本基础的数学物理手册来辅助理解其背后的张量分析工具，但对于有志于从事结构研究或高级设计的专业人士而言，这种高密度的信息输入恰恰是其价值所在。

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这本书的写作风格充满了英式工程学的克制与精准，语言的运用极其讲究，每一个术语的选择都经过了深思熟虑，几乎没有模糊不清的表达。它采用了一种非常正式且略带学术化的语调，让人在阅读过程中始终保持一种高度集中的状态，生怕错过任何一个细微的注解。我尤其注意到作者在定义概念时，总是会辅以历史背景或关键学者的贡献，这让结构稳定性这门学科显得有血有肉，而不是一堆冷冰冰的公式集合。例如，他对悬臂梁在轴向荷载作用下发生的侧向弯曲问题的讨论，不仅给出了精确的数学解，还详细描述了早期实验是如何验证这些理论预测的，这种结合理论与实践的叙述方式，使得理论的可靠性得到了极大的增强。在排版上，虽然内容密集，但作者巧妙地利用了页边空白和不同的字体粗细来区分正文、推导过程和重要的结论，这种精心设计的阅读体验，大大减轻了长时间阅读带来的认知负担。总而言之，这是一本需要沉下心来，带着笔和笔记本去细细品味的专业著作，它要求读者投入时间和精力，但回报是清晰而深刻的理解。

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这本书的装帧设计相当考究，厚实的封面带着一种沉甸甸的质感，初次上手时，仿佛握住了一块坚实的基石，预示着内容必然深邃而扎实。内页的纸张选择也十分出色，米白色的纸张既保护了视力，又不失书卷气，印刷的字体清晰锐利，即便是初学者面对复杂的公式和图表时，也能保持较高的阅读舒适度。尤其是那些结构示意图，线条的粗细和比例的拿捏都恰到好处，使得原本抽象的力学概念具象化，这对于理解那些弯矩图、剪力图以及荷载传递路径至关重要。我花了很长时间翻阅了前几章关于材料本构关系和弹性理论基础的部分，作者在处理这些基础知识时，并没有采取那种教科书式的干巴巴的陈述，而是巧妙地融入了大量的工程实例背景，让人能立刻明白这些理论在实际工程中是如何发挥作用的。例如，在讲解屈曲现象时，他引用了历史上的桥梁倒塌案例作为引子，这种叙事手法极大地激发了我的学习兴趣，让原本枯燥的理论学习过程变得引人入胜，感觉像是跟随一位经验丰富的老工程师在进行深度交流，而非简单的知识灌输。整体来看，这本书的物理呈现，已经为即将到来的深度学习体验奠定了非常积极的心理基础。

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这本书在处理复杂结构体系的整体稳定性时，所展现出的洞察力令人叹服。它并未将“稳定性”视为一个孤立的力学分支，而是将其置于整个结构设计流程的宏观背景下进行审视。在讨论到土木工程和航空航天领域中对重量限制极为敏感的结构时，作者探讨了如何通过拓扑优化和先进材料来提升结构的固有稳定性裕度，这部分内容涉及了优化理论和概率论的一些基础知识，处理得非常得体，使得章节内容的广度得到了极大的扩展，同时也保持了主题的聚焦。最让我感到惊喜的是，它对于动态稳定性问题的探讨，虽然篇幅不长，但清晰地勾勒出了“颤振”（Flutter）等相关现象的物理机制，这在很多专门研究静力稳定性的教材中是很少被提及的深度。这种对相关领域知识的适度渗透，显示了作者深厚的学术功底和广博的知识面。阅读体验上，虽然术语密度很高，但流畅的逻辑推进使得阅读的挫败感很低，它引导你一步步接受更复杂的概念，最终形成一个连贯而全面的稳定性认知体系。这本书无疑是一部值得反复研读的里程碑式的著作。

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我尝试着将书中关于框架结构稳定性的分析方法与我最近参与的一个实际项目中的局部失稳问题进行对照。发现这本书提供了一套非常系统化的分析框架，特别是对于那些在多层空间结构中常见的“P-Delta”效应的量化处理，书中介绍的迭代算法比我之前接触的任何简化方法都要更为鲁棒和精确。作者并没有仅仅停留在对经典案例的重复讲解上，而是着重于如何将理论工具应用于处理那些“脏乱差”的实际工程场景，比如材料属性不均、连接刚度非理想化的情况。书中关于有限元方法的引入部分也十分到位，它没有将有限元作为一个独立的章节来讲解，而是将其自然地融入到稳定分析的流程中，展示了如何利用数值方法来求解那些解析解难以得出的复杂工况。这种将理论建模、数值实现和工程应用无缝衔接的处理方式，极大地提升了这本书的实用价值。它不仅仅是知识的传授，更像是手把手地教授一套解决复杂工程问题的思维路径，让人在合上书本时，感觉自己的工具箱里多了一套高级的诊断和设计工具。

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