Nonlinear Targeted Energy Transfer in Mechanical and Structural Systems pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Vakakis, Alexander F./ Gendelman, Oleg V./ Bergman, Lawrence A./ McFarland, D. Michael/ Kerschen, Ga

出品人:

页数:1052

译者:

出版时间:2008-9

价格:$ 303.97

装帧:

isbn号码:9781402091254

丛书系列:

图书标签:

Nonlinear dynamics
Energy transfer
Mechanical systems
Structural systems
Vibration control
Targeted energy transfer
Nonlinear vibrations
Dynamics
Engineering mechanics
Structural dynamics

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具体描述

This monograph is the first in the new area of targeted nonlinear energy transfer in mechanical and structural systems. This concept was initially discovered by the two leading authors in 1999, and was further developed exclusively by the entire author group in the last 6 years. Since then, additional groups of researchers in the USA, Russia, UK and France have started working on this concept and applying it. It is estimated that in the years to come, the concept of targeted nonlinear energy transfer will be considered and applied by numerous groups of researchers and practitioners internationally.This monograph presents theoretical methods, computational results and experimental demonstrations of this concept applied to discrete and continuous coupled nonlinear oscillators. Moreover, it demonstrates the wide applicability of targeted nonlinear energy transfer to a wide range of problems, including: Vibration and shock isolation in mechanical systems; Seismic mitigation; Aeroelastic and structural instability suppression; Drilling operations; Packaging devices. This is a groundbreaking and unique volume, providing new design paradigms in a variety of fields.

机械与结构系统中的非线性靶向能量转移一本深入探索复杂动态系统能量行为的权威著作本书简介本书以严谨的科学态度和前沿的研究视角，聚焦于机械与结构系统中一个日益受到关注的现象：非线性靶向能量转移（Nonlinear Targeted Energy Transfer, NTET）。传统的能量耗散和控制方法往往依赖于线性系统的假设，然而在现实世界的复杂工程应用中，结构与机械系统中的非线性效应——例如材料的非线性、几何非线性以及接触非线性——扮演着至关重要的角色。这些非线性因素不仅改变了系统的固有特性，更深刻地影响了能量如何在系统内部的不同自由度之间转移与耗散的机制。核心主题与理论框架本书系统地阐述了 NTET 的理论基础、数学建模、数值模拟方法以及在实际工程问题中的应用。我们摒弃了对理想化线性模型的过度依赖，转而深入挖掘非线性动力学所带来的丰富物理内涵。第一部分：非线性动力学基础与能量转移的耦合机制首先，本书回顾了分析复杂机械结构所必需的非线性振动理论基础。这包括对非线性振动方程的推导、多尺度方法、庞加莱截面分析以及混沌动力学的基本概念的梳理。重点在于如何将这些理论工具应用于具有强耦合特性的多自由度（MDOF）系统。我们将详细探讨能量如何在两个或多个具有显著差异的频率或特性尺度的子系统之间实现“靶向”转移。这种转移并非随机扩散，而是通过系统的非线性相互作用，将能量从高能（通常是高频或大振幅）的“泵”系统，高效、定向地传输到低能（通常是低频或小振幅）的“接收器”系统。这种机制的效率与转移的持续性，完全依赖于系统参数的精妙调谐以及非线性耦合项的强度。第二部分：建模与分析工具构建准确的物理模型是理解 NTET 的前提。本书提供了针对不同类型结构——包括梁、板、桁架、以及复杂的机械装置（如齿轮箱、转子系统）——的非线性建模范例。我们详细分析了如何通过引入柔度系数、几何刚度或接触非线性项来捕捉实际工况下的复杂响应。在分析工具方面，本书重点介绍了针对非线性系统的特定分析技术： 1. 慢流形理论与降阶模型：针对高维度的非线性系统，如何通过降维方法提炼出主导的动力学行为，并识别出实现有效能量转移的低维流形。 2. 频率锁定与共振现象的非线性扩展：讨论在非线性系统中，频率匹配如何演变成更复杂的“频率锁定区域”，以及能量转移是否能超越传统共振的限制。 3. 激励与响应的拓扑分析：引入拓扑数据分析（TDA）的概念，用于可视化和量化能量在系统状态空间中的流动路径，从而揭示转移机制的内在结构。第三部分：非线性靶向能量转移的应用：控制与增强 NTET 不仅仅是一种现象，更是一种强大的控制策略。本书的后半部分将研究如何利用这一机制来解决工程实践中的两大核心问题：振动抑制与能量收集。振动抑制（能量耗散）：当系统受到有害的外部激励时，靶向能量转移提供了一种“被动”或“半主动”的控制手段。通过设计一个具有特定非线性特性的耗能单元（接收器），可以将破坏性的振动能量迅速、有效地引导至该单元，使其在安全范围内耗散能量，从而保护主体结构。本书将深入分析两种主要的控制范式：单向转移控制：确保能量只从结构主体流向耗能器，防止反向能量回流干扰主体结构的稳定性。动态调谐控制：讨论如何通过改变外部条件（如温度、载荷）来实时调整系统的非线性耦合强度，从而动态地开启或关闭能量转移通道。能量收集与健康监测：与振动抑制相反，NTET 同样可以被用于增强对微小、随机或宽带激励的能量捕获效率。通过非线性耦合，可以将原本因频率不匹配而无法有效收集的背景振动能量，聚集到一个专为收集器优化的非线性谐振器上。本书将展示如何设计具有高品质因子的非线性采集单元，以实现对环境能量的更广泛频谱覆盖。第四部分：先进材料与未来展望最后，本书展望了 NTET 研究的前沿方向，特别是与先进功能材料的结合：形状记忆合金（SMA）与磁流变弹性体（MR）：讨论这些智能材料如何通过其本构关系中的强非线性特性，为实现可编程、可切换的靶向能量转移提供新的设计自由度。结构健康监测（SHM）中的应用：利用非线性响应对损伤的敏感性，分析损伤位置和程度如何改变系统的 NTET 行为，从而开发出更灵敏、更早期的损伤识别方法。目标读者本书适合于机械工程、土木工程、航空航天、应用力学领域的研究人员、博士生以及高级工程师。阅读本书需要具备扎实的线性动力学基础和基础的微分方程求解能力。本书的目的是为读者提供一套全面的理论工具和实践指导，以应对和利用复杂机械结构中的非线性能量动态。 --- 本书的独特性不同于侧重于线性耦合或仅关注特定类型非线性（如克拉尼-冯·卡门效应）的现有文献，本书的核心价值在于系统性地整合了非线性、多尺度、靶向性这三个维度。它提供了一个统一的框架，用以理解和设计那些能够主动管理系统内部能量流动的复杂工程系统。本书强调从物理直觉出发，辅以严格的数学分析，确保理论推导与实际工程问题的相关性。对于希望在先进结构控制、振动管理和能量转换领域取得突破的专业人士而言，本书无疑是一份不可或缺的参考资料。