Computational Aspects of Structural Acoustics and Vibration pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Ohayon, Roger 编

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页数:276

译者:

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价格:$ 202.27

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isbn号码:9783211896501

丛书系列:

图书标签:

• Structural Acoustics
• Vibration Analysis
• Computational Mechanics
• Finite Element Method
• Modal Analysis
• Acoustic Radiation
• Vibration Control
• Numerical Methods
• Engineering Acoustics
• Structural Dynamics

结构声学与振动计算的计算方法与展望 第一章：结构振动分析的理论基础与数值方法 本章深入探讨结构动力学分析的核心理论，重点关注经典梁、板、壳单元的振动特性。我们将从牛顿第二定律和欧拉-伯努利梁理论出发，推导出连续体结构的运动方程。随后，详细阐述有限元方法（FEM）在离散化模型中的应用，包括单元刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵的构建。特别关注高阶单元（如形函数插值）的选择对计算精度和效率的影响。 内容覆盖： 连续体动力学基础： 弹性波传播、本构关系与本构方程的推导。 有限元离散化： 单元选择、网格划分策略与奇异性处理。 模态分析： 特征值问题的求解方法（如子空间迭代法、Lanczos 算法）及其在理解系统固有频率和振型中的作用。 稳态响应分析： 谐响应与准静态响应的计算，涉及复数模态分析与阻尼对响应的影响。 瞬态响应分析： 显式与隐式积分方法（如中心差分法、Newmark-$eta$ 法）的比较与应用，以及冲击载荷下的动力学响应模拟。 第二章：声学问题的有限元与边界元方法 本章将结构声学领域的核心——声场的模拟——作为重点。我们将首先介绍声学问题的控制方程，即亥姆霍兹方程，及其在不同边界条件下的处理方式。 2.1 边界元方法（BEM）在声辐射与散射中的应用 边界元方法因其仅需离散化边界而无需填充内部求解域的特性，在处理无限域声学问题时具有显著优势。本章将详细介绍如何利用格林函数构建边界积分方程，并探讨求解二维和三维声辐射问题的数值技术。重点分析 BEM 在计算结构表面声压和远场声功率谱密度中的具体实施步骤，并讨论其在高频（几何声学占主导）和低频（波动效应显著）区域的表现差异。 2.2 FEM 与 FEM/BEM 耦合技术 对于包含复杂内部结构（如腔体、吸声材料）的声辐射问题，有限元方法是不可或缺的。我们将讲解如何构建三维声场有限元模型，处理流体-结构耦合界面处的相互作用。随后，深入探讨流固耦合（FSI）边界条件的具体实现，包括声阻抗边界条件和自由场边界条件（如无限元或粘性波吸收层）的设置。重点分析 FEM/BEM 耦合模型在预测结构振动对声场的影响，以及声场反作用力对结构振动模式的影响时的优势与挑战。 第三章：计算流体力学与流固耦合的声学影响 本章着眼于实际工程中流体运动对结构振动和声辐射的复杂影响，即计算流体力学（CFD）在声学分析中的整合。 3.1 非定常流体动力学与涡流噪声 我们将介绍 Lighthill 声学相似理论及其在 CFD 结果后处理中的应用。重点讨论 Lighthill 方程的求解策略，用于从已知的流场速度和压力扰动中提取声源项。内容包括对边界层分离、尾流和湍流脉动所产生的宽带噪声的预测技术。 3.2 CFD-FEM/BEM 的直接与间接耦合 详细区分两种主要的流固耦合策略： 间接耦合（Acoustic Analogy）： 侧重于 CFD 计算产生的载荷（如气动压力脉动）作为外部激励施加给结构动力学模型。讨论时间同步与载荷插值技术。 直接耦合： 涉及流体、结构和声场的全耦合求解。重点分析动网格技术（如 ALE 算法）在处理结构大幅度运动下流场重构的必要性。特别讨论在边界层附近精确捕捉声源项的数值要求。 第四章：声学与振动测试的数据处理与逆向工程 本章从计算模拟转向实验验证与工程应用，关注如何处理大规模实验数据，并利用这些数据反推或修正计算模型。 4.1 振动与声学测量技术的应用 内容涵盖： 激光多普勒测振仪（LDV）与扫描激光多普勒测振仪（SLDV）： 空间分辨率振动场测量的原理、数据采集与后处理，特别是对高频振动模态的识别。 麦克风阵列技术： 聚焦于声源定位与声场重构技术，如波束形成（Beamforming）和子空间分析方法（MUSIC, CLEAN-SC）。分析其在区分结构辐射声与流场背景噪声中的作用。 4.2 模态识别与模型修正 讨论实验模态分析（EMA）技术，如频响函数（FRF）的采集与参数化识别。随后，详细介绍模型修正（Model Updating）的算法，包括对质量、刚度矩阵的迭代修正方法，目的是使计算预测的特征值和特征向量与实验测量结果尽可能一致。重点探讨在不确定性量化（UQ）背景下，如何对模型修正的结果进行可靠性评估。 第五章：高级计算主题与面向未来应用 本章探讨当前研究热点和新兴的计算范式在结构声学与振动领域的应用。 5.1 随机振动分析与概率建模 结构和载荷的不确定性是现实世界中不可避免的因素。本章将介绍随机振动理论，包括功率谱密度（PSD）的描述和传递函数矩阵的应用。重点讨论蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）和概率平衡法（Polynomial Chaos Expansion, PCE）在量化系统响应不确定性中的效率和准确性。 5.2 机器学习在声学与振动中的潜能 探讨深度学习模型（如卷积神经网络 CNNs）在以下方面的应用： 快速预测： 利用有限的仿真或实验数据训练代理模型（Surrogate Models），以实现对复杂载荷下结构响应的实时预测。 噪声源分类与识别： 基于频谱特征，自动区分不同机械部件产生的噪声类型。 优化设计： 结合拓扑优化方法，设计具有特定声学阻尼特性的结构部件。 5.3 高性能计算（HPC）的挑战与机遇 随着模型复杂度的增加，对计算资源的需求呈指数级增长。本章将讨论大规模矩阵求逆、并行求解器（如域分解法）以及 GPU 加速技术在超大规模结构动力学和声场模拟中的实现细节和性能瓶颈的突破方向。

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我的第一印象是，这本书可能非常适合那些需要深入理解声学和振动背后计算原理的读者。我猜想，“Computational Aspects”这部分表明，书中会重点介绍如何运用计算机技术和数学方法来分析和模拟声学和振动现象。我脑海中浮现的画面是，书中会详细讲解各种数值模拟技术，比如有限元分析（FEA）、边界元法（BEM）或者其他更专业的算法，这些技术可以用来预测结构在受到不同激励时产生的声学响应和振动模式。我非常好奇书中会对这些方法的数学基础做多深入的阐述，以及如何解释这些方法在实际应用中的局限性和优势。另外，从“Structural Acoustics and Vibration”这两个词汇来看，这本书很可能涵盖了从材料特性到整体结构行为的广泛内容，并且会探讨声波与结构之间的相互作用。我猜想，书中可能还会包含一些关于如何优化结构设计以达到特定的声学或振动性能目标的计算策略。总而言之，这本书听起来像是一本理论与实践相结合的专业著作，它旨在为读者提供一套强大的工具和深入的理解，以应对复杂的工程挑战。

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听到“Computational Aspects of Structural Acoustics and Vibration”这个书名，我的第一反应是，这绝对是一本需要“动脑”的书。我倾向于认为，它不会仅仅是简单地罗列一些声学和振动现象，而是会着重于解释如何通过计算和数值模拟来理解和预测这些现象。我会期待书中会详细介绍各种先进的数值仿真技术，比如，它们如何被用来模拟材料在特定频率下的响应，或者在受到外部激励时会产生什么样的振动模式。我设想，其中可能包含一些关于如何建立精确的数学模型来描述复杂结构的声学和振动行为的章节，这其中必然涉及到大量的物理学原理和工程知识。而且，“计算方面”这个词语暗示着这本书可能会深入探讨算法的效率、精度以及稳定性问题，这对于实际工程应用至关重要。我猜测，读者可能会在书中找到关于如何使用特定的软件工具来执行这些计算的指导，或者至少会理解这些工具背后所依赖的理论和算法。总而言之，这本书听起来像是一座通往深入理解声学和振动现象背后复杂计算过程的桥梁，为那些希望通过量化分析来解决实际问题的工程师和研究人员提供了宝贵的资源。

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我有点想象不到这本书的具体内容，但从书名来看，它似乎是一本非常“硬核”的技术手册。我猜想，它可能会深入探讨结构声学领域的基础理论，比如声波的传播、反射、衍射等物理现象，以及结构振动的产生机制，例如材料的杨氏模量、泊松比、密度等参数对振动特性的影响。更重要的是，它可能还会详细阐述如何将这些物理理论转化为数学模型，并进一步发展为可用于计算的数值模型。我猜测书中可能会涉及大量的偏微分方程、矩阵代数以及各种积分变换等数学工具，这些都是进行精密计算所必不可少的。另外，我很好奇这本书会采用什么样的结构来组织内容。是按照理论基础、数值方法、应用案例这样的逻辑顺序来展开，还是会根据不同的应用场景，例如建筑声学、交通工具声学、机械设备振动等来划分章节？我隐约感觉到，这是一本需要读者具备相当的数学和工程背景才能完全理解的书籍，它不太可能包含一些轻松的科普内容，更多的是严谨的推导和深入的分析，目的是帮助读者掌握解决复杂问题的工具和方法。

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我正在思考这本书的潜在读者群。我想，这绝对不是一本泛泛而谈的书，而是非常聚焦于特定领域的。我猜想，这本书的作者很可能是在声学工程、机械工程、材料科学或者应用数学等领域有深厚造诣的专家。从书名来看，“结构声学”和“振动”是核心主题，而“计算方面”则强调了书中将聚焦于如何利用计算方法来分析和解决这些问题。我猜想，书中可能会涉及大量的数学模型，例如描述材料力学性能和声波传播规律的微分方程，以及如何利用数值方法，如有限元分析（FEA）、边界元法（BEM）等，来求解这些方程。我期待看到书中会有详细的算法讲解，包括如何进行网格划分、边界条件设置，以及如何解释和验证仿真结果。此外，我猜想这本书可能还会包含一些实际应用的案例研究，展示如何将这些计算方法应用于解决诸如降低机械设备噪音、优化建筑声学设计、或者提高飞行器结构的抗振性能等具体工程问题。这本书听起来更像是一本用于深入学习和研究的参考书，而非轻松的读物。

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这本书的名字确实充满了学术的严谨性，光是“计算”、“结构声学”、“振动”这几个关键词，就足以让我想象出其中蕴含的深度和复杂性。我猜想，这本书的读者群体可能非常特定，大概是那些在声学工程、机械工程、航空航天、汽车工程等领域需要深入理解和模拟材料及结构在声学和振动环境下表现的专业人士，或者是正在攻读相关方向硕士、博士学位的学生。我尤其好奇的是，书中会如何处理“计算方面”的问题。是会详细介绍各种数值方法，比如有限元法（FEM）、边界元法（BEM）、统计能量法（SEM）等，并分析它们的优缺点、适用范围和精度问题？还是会侧重于算法的实现细节，例如如何高效地求解大型矩阵方程组，如何进行网格划分和收敛性分析，以及如何处理复杂几何形状和边界条件？我脑海中浮现出的是密密麻麻的公式、精密的算法流程图，以及可能穿插其中的案例研究，展示如何用这些计算工具来预测和优化产品的声学性能和振动响应。我想，这本书的价值一定体现在它能够为研究者和工程师提供一套扎实的理论基础和实用的计算方法，帮助他们解决实际工程中的声学和振动难题，也许还会涉及如何利用这些方法来降低噪音、提升舒适度、甚至实现主动控制等高级课题。

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