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出版者:

作者:Paidoussis, Michael

出品人:

页数:1040

译者:

出版时间:2004-2

价格:$ 480.25

装帧:

isbn号码:9780125443616

丛书系列:

图书标签:

• 流固耦合
• 计算流体力学
• 结构力学
• 数值模拟
• 工程应用
• 振动
• 水动力
• 航空航天
• 海洋工程
• 生物力学

《固体力学基础：从微观到宏观的深入探究》 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入的固体力学知识体系，内容涵盖了从材料的基本组成到复杂结构响应的各个层面。它不仅仅是一本传统的力学教材，更是一部融合了经典理论与现代分析方法的综合性专著，特别适合于材料科学、土木工程、机械工程以及航空航天等领域的研究人员、工程师和高年级本科生、研究生阅读。 本书结构清晰，逻辑严谨，旨在帮助读者建立扎实的理论基础，并掌握实际工程问题的分析工具。全书共分为五大部分，共计十五章，层层递进，确保读者能够系统地理解固体力学的精髓。 --- 第一部分：连续介质与应力应变基础 (Fundamental Concepts of Continuum Mechanics) 本部分是全书的基石，重点在于建立描述宏观物体变形与受力的数学框架——连续介质力学。 第一章：变形场的描述与运动学基础 本章首先引入了描述物体运动和变形的几何概念。我们从描述质点空间位置的位移场 ($mathbf{u}$) 入手，推导了有限变形理论中的基本量：速度梯度张量 ($mathbf{L}$)。随后，本书详细探讨了描述小变形的应变张量（包括线应变和角应变），并引入了主应变的概念，阐明了其在理解材料各向同性变形中的重要性。对于非线性问题，则引入了对数应变和格林-拉格朗日应变张量，为后续的非线性本构关系奠定基础。运动学的讨论不仅限于静力学过程，还延伸至速率分析，为动态问题预留了接口。 第二章：平衡方程与柯西应力原理 本章的核心是建立描述物体内部力平衡的数学表达式。柯西应力概念被严格定义，解释了应力张量 ($mathbf{sigma}$) 的物理意义——作用于假想截面上的内力密度。本书详细推导了拉格朗日形式和欧拉形式的平衡方程，讨论了边界条件（位移边界条件、牵引力边界条件）的设置。此外，本章深入探讨了主应力的概念及其在应力状态分析中的应用，并介绍了莫尔圆在二维问题中的几何解释。通过大量实例，读者将理解如何将真实的物理载荷转化为数学模型中的边界条件。 --- 第二部分：本构关系与本构理论 (Constitutive Relations and Material Theory) 本部分专注于描述材料如何响应外界载荷，这是将几何描述与物理行为联系起来的关键环节。 第三章：线弹性理论与胡克定律的推广 本章从最基础的线弹性开始。详细阐述了各向同性材料的三种基本弹性常数（杨氏模量 $E$、泊松比 $ u$ 和剪切模量 $G$）之间的关系。对于晶体材料和复合材料，本书引入了广义胡克定律，即涉及弹性张量 $mathbb{C}$ 的复杂形式，并讨论了其对称性和客观性。重点分析了平面应力和平面应变的简化模型，以及这些模型在薄壁结构分析中的适用性。 第四章：弹塑性理论与屈服准则 超越弹性极限是理解结构失效的关键。本章系统介绍了塑性理论的基础。首先定义了屈服面的概念，并详细分析了冯·米塞斯（Von Mises）和特雷斯卡（Tresca）等经典屈服准则的物理意义和数学形式。塑性流动法则（如增量流动法则）的推导，特别是与塑性势的关系，被详细阐述。塑性应变增量的计算，以及应变硬化模型的引入（如线性硬化和随动硬化），为非线性有限元分析提供了必要的本构输入。 第五章：粘弹性与粘塑性行为 对于时间依赖性的材料（如聚合物、土壤和某些金属在高温下），粘弹性模型至关重要。本章介绍了蠕变和应力松弛现象。通过松弛函数和蠕变柔量的描述，本书解释了开尔文-福格特模型和标准线性固体模型。此外，粘塑性理论作为弹塑性与粘性行为的结合，讨论了材料在应变速率依赖下的非线性响应，这对于高速冲击和高技术制造过程的模拟具有重要意义。 --- 第三部分：解析方法与结构响应 (Analytical Methods and Structural Response) 本部分着重于经典解析解的推导和特定几何结构下的力学分析。 第六章：平面应力与平面应变问题的解析解 本章聚焦于二维弹性力学，这是许多工程问题的理想化模型。详细介绍了空气应力函数（Airy Stress Function）在静力学二维问题求解中的应用，特别是其与双调和方程的关系。本章推导了拉梅问题的解析解，并探讨了集中力和点扩张在无限弹性平板中的应力分布。重点分析了应力集中现象及其对疲劳寿命的潜在影响。 第七章：轴对称问题与薄壳理论初步 本章将分析拓展到三维问题的特定子集——轴对称结构。对于具有轴对称几何和载荷的体，应力场和位移场可以简化为二维问题。引入了相应的本构关系和平衡方程。随后，本书简要介绍了薄膜理论和薄板理论的基本假设（如Kirchhoff假设），为理解梁、板等结构元件的力学行为打下基础。 第八章：能量方法与变分原理 能量方法提供了一种更优雅、更通用的解决力学问题的方式。本章从虚功原理出发，系统推导了拉格朗日力学在固体力学中的应用。详细阐述了最小势能原理和互等定理（Betti's Reciprocal Theorem）。这些变分原理是有限元方法（FEM）的理论核心，为后续的数值分析奠定了理论基础。 --- 第四部分：动力学与稳定性分析 (Dynamics and Stability Analysis) 本部分转向考虑时间依赖性的问题和结构失稳现象。 第九章：弹性动力学基础 本章研究物体在时变载荷下的运动响应。从牛顿第二定律在连续介质上的应用出发，推导了弹性动力学控制方程。讨论了无阻尼自由振动和有阻尼受迫振动的解析解，包括模态分析（Eigenvalue Problem）在确定结构固有频率和振型中的作用。本章还简要介绍了波动在弹性介质中的传播特性。 第十章：结构失稳与屈曲理论 本章分析了结构在受压（或受剪）载荷下可能发生的突然几何突变——屈曲。重点分析了欧拉屈曲理论，并探讨了临界屈曲载荷的计算。对于非线性屈曲，引入了初始弯曲和后屈曲分析的概念，解释了为什么实际工程中的结构失稳载荷通常低于理论临界值。 --- 第五部分：高级主题与数值方法导论 (Advanced Topics and Introduction to Numerical Methods) 本书最后一部分将理论分析与现代工程计算实践相结合。 第十一章：疲劳、断裂与损伤力学简介 本章探讨了材料和结构在循环载荷下的寿命预测（疲劳）以及裂纹扩展的机制（断裂）。详细介绍了S-N 曲线和Miner 累积法则在疲劳寿命评估中的应用。在断裂力学方面，引入了应力强度因子 ($K$) 和能量释放率 ($G$) 的概念，并解释了断裂韧度 ($K_{IC}$) 在预测材料抗裂扩展能力中的作用。 第十二章：有限元方法的理论基础 鉴于现代工程计算的依赖性，本章作为对前述能量方法的实践性延伸。详细阐述了变分原理如何转化为离散化的有限元方法。内容包括形函数（Shape Function）的选取、单元刚度矩阵的组集，以及全局载荷向量的建立。本书侧重于推导二维和三维弹性问题的单元矩阵，为读者理解任何商业FEM软件的底层逻辑提供坚实的理论基础。 第十三章：接触问题与摩擦 在许多实际装配和碰撞场景中，物体之间会发生接触。本章讨论了接触力学的基本方程，特别是库仑摩擦定律在接触面上的应用。分析了接触边界条件的非光滑性和非线性特征，这使得接触问题成为数值求解中的一个重要挑战。 第十四章：随机载荷与可靠性分析 工程载荷很少是确定性的。本章简要介绍了处理随机过程和随机变量的方法。介绍了可靠性指标和一阶矩方法（FORM），使读者能够对结构在不确定载荷环境下的失效概率进行初步评估。 第十五章：实验力学与数据验证 最后，本章强调了理论与实验的结合。介绍了应变花（Strain Gauge）的原理及其在应变测量中的应用，并简要概述了散斑干涉法和数字图像相关法（DIC）等非接触式实验技术，用以验证和校准数值模型。 --- 本书特色： 理论的深度与广度并重： 覆盖了从经典弹性力学到现代损伤力学，力求理论的完整性。 数学工具的严谨推导： 所有核心公式均提供详细的数学推导过程，确保理解的精确性。 强调物理意义： 始终将数学模型与材料的物理行为紧密联系，避免纯粹的数学形式主义。 工程应用的衔接： 结构清晰地导向有限元分析和实际工程问题的解决思路。 通过本书的学习，读者将能够独立地构建、求解和评估复杂工程结构在各种载荷条件下的力学响应，为从事先进结构设计与分析工作做好充分准备。

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拿到这本厚重的《流固耦合作用力学》时，我原本是满怀期待的，毕竟这个领域的研究热度一直居高不下。然而，阅读的过程却像是在迷雾中摸索。书的内容组织显得有些散乱，基础理论的铺陈不够扎实，我总感觉作者在试图用大量的数学推导来掩盖概念上的模糊。特别是关于边界条件处理的部分，不同的章节间似乎存在相互矛盾的描述，这对于初学者来说简直是灾难性的。我花了大量时间试图在不同章节间建立逻辑联系，但收效甚微。比如，在谈到流体动力学稳定性时，引入的数值方法介绍得过于仓促，缺乏必要的物理直觉引导。更令人沮丧的是，大量的公式似乎是直接从其他文献中摘录的，缺乏作者自身的深刻见解和清晰的论证过程。阅读体验非常不连贯，仿佛在听一个技术报告的片段集锦，而不是一部系统性的教材。如果不是对该领域已有较深背景知识，我真不知道如何能坚持读完。这本书更像是一份研究论文的合集，而非一本面向广泛读者的知识载体。对于希望系统学习该领域核心思想的读者而言，这本书带来的更多是困惑而非启发。

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我个人对这本书最主要的意见在于其内容的前沿性和时效性。尽管书中涵盖了诸如有限元法和格子玻尔兹曼方法等经典数值求解技术，但对于近十年内快速发展的深度学习在流体力学模拟中的应用，却几乎只字未提。在当前这个计算科学日新月异的时代，一本重量级的专著如果不能反映最新的研究趋势，其价值无疑会大打折扣。它似乎停留在上一个时代的巅峰，对于如何利用现代计算资源解决更复杂、非线性的FSI问题，没有提供任何有价值的视角。当我希望了解如何将数据驱动的模型集成到传统的物理建模框架中时，这本书提供的只是一个知识的“化石”，而非一个“活的”研究工具。这种对时代脉搏的脱节，使得这本书更像是一部历史回顾录，而非一本指导未来研究的参考书。对于那些希望站在学科前沿进行探索的研究生或工程师来说，这本书的指导意义非常有限。

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从叙事风格来看，这本书给我的感觉是极其刻板和缺乏必要的激励性。作者的语言风格过于干燥和学术化，缺乏任何试图与读者建立连接的努力。阅读过程中，我经常感到一种强烈的疏离感，仿佛自己在被动地接收信息，而不是主动地探索知识。好的教材应该像一位经验丰富的导师，能够通过生动的故事、巧妙的比喻来点亮那些晦涩难懂的概念。然而，这本书却完全摒弃了这种教学艺术。它像是一份冰冷的标准操作程序（SOP），将每一个知识点都规整地摆放，但却失去了让这些知识“活”起来的能力。结果就是，我对书中介绍的每一个公式和理论的记忆都非常浅薄，因为它们没有与任何感性的理解或记忆锚点挂钩。这种单向的、无温度的知识传递方式，极大地降低了学习的积极性，使得原本枯燥的流体力学内容显得更加难以消化和吸收。

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这本书在案例分析环节的处理上，简直是避重就轻到了令人发指的地步。它花费了大量的篇幅来讨论理论推导的严谨性，却鲜有能够真正触及工程实际的、带有实际测量数据对比的案例研究。例如，在讨论航空结构颤振时，理论模型推导得头头是道，但缺乏对实际飞行器设计约束、材料非线性和疲劳寿命等工程核心问题的深入剖析。读完后，我感觉自己掌握了一堆精美的数学工具，却不知道该如何去修理一架漏水的管道，或者优化一个实际的机械臂设计。书中的例子大多是高度理想化的几何模型，脱离了现实世界中复杂边界条件和多尺度效应的干扰。这种“象牙塔”式的论述方式，使得这本书对于工程应用人员的帮助微乎其微。它更像是为理论物理学家准备的，对那些需要将知识转化为实际生产力的工程师来说，这本书的实用价值几乎为零。

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这本书的排版和图表质量，老实说，简直是令人发指的。我不得不怀疑出版社在制作过程中是否进行了任何质量控制。很多关键的流线图和应力分布图，线条模糊不清，颜色对比度极差，很多细节完全无法辨认。想象一下，当你试图理解一个复杂的涡流脱落现象时，摆在你面前的却是一团模糊的色块，那种挫败感可想而知。此外，参考文献的引用格式也显得非常随意，有的标注不全，有的直接缺失了年份信息，这在学术写作中是极不专业的表现。翻阅过程中，还发现了好几处明显的印刷错误，影响了对特定物理量定义的理解。例如，某个下标的错误导致整个方程的物理意义瞬间颠倒。一本关于精密科学的著作，竟然在物理呈现上如此粗糙，这极大地削弱了内容的权威性和可信度。我不得不频繁地对照其他网络资源来确认那些模糊不清的图表到底在表达什么，这极大地拖慢了我的学习进度，也严重损害了阅读的愉悦感。

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