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出版者:华中科技大学出版社

作者:梁枢平

出品人:

页数:536

译者:

出版时间:2002-1-1

价格:21.8

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787560925622

丛书系列:

图书标签:

材料力学
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结构力学
高等教育

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具体描述

《结构动力学基础与应用》内容提要：本书旨在系统阐述结构动力学理论的核心概念、分析方法及其在工程实践中的具体应用。结构动力学是土木工程、机械工程、航空航天等领域中至关重要的一门学科，它研究的是结构在时间变化的载荷作用下（如地震、风荷载、冲击载荷等）的响应规律。本书涵盖了从基础的单自由度系统振动分析到复杂多自由度系统的模态分析、响应谱分析，直至非线性动力学问题的数值求解方法，力求理论与工程实践紧密结合。第一部分：振动基础理论本书首先从最基本的概念入手，详细介绍了自由振动、迫使振动、阻尼理论等核心内容。第一章：自由振动的基本概念本章深入探讨了无阻尼单自由度系统的自由振动特性。内容包括系统的质量、刚度、位移、速度和加速度的定义。重点阐述了系统的固有频率和固有周期的确定方法，即利用特征方程求解特征值和特征向量的过程。对简谐激励下的响应特性进行了详细的数学推导，揭示了共振现象的本质及其危害。通过分析自由振动的衰减特性，引出粘性阻尼和几何阻尼的概念。第二章：有阻尼系统的响应分析本章将阻尼效应引入到动力学分析中。详细讨论了粘性阻尼在动力学方程中的表达方式，特别是阻尼比的概念及其对系统响应的影响。对于有阻尼单自由度系统，系统地分析了欠阻尼、临界阻尼和过阻尼三种情况下的自由振动响应，并给出了解析解。随后，深入研究了有阻尼系统在简谐外力作用下的稳态响应，包括幅值比和相角的计算，明确了阻尼对共振峰值和频率偏移的调节作用。此外，还简要介绍了对数衰减率的工程应用。第三章：多自由度系统的振动分析将自由度和系统复杂性提升到新的水平。本章的核心在于构建和求解系统的运动方程，即利用牛顿第二定律或拉格朗日方程建立包含质量矩阵($[M]$)、阻尼矩阵($[C]$)和刚度矩阵($[K]$)的矩阵微分方程。重点讲解了无阻尼、非受迫多自由度系统的振动特征——模态分析。详细推导了特征值问题的求解方法，获得了系统的固有频率和振型。通过模态叠加法，阐述了如何将复杂的运动分解为若干个独立的单自由度系统的响应叠加。对于有阻尼多自由度系统，讨论了比例阻尼和非比例阻尼的特点及简化处理方法。第二部分：外部激励下的结构响应本部分专注于结构在各种实际载荷作用下的动态响应分析方法。第四章：瞬态激励下的响应本章侧重于脉冲载荷、冲击载荷等瞬态激励对结构的影响。详细介绍了积分法在求解瞬态响应中的应用，特别是著名的杜邦积分法（Duhamel积分）。通过对一个任意时间函数的积分形式，可以计算出系统在任何形式激励下的精确响应。书中提供了多个经典算例，如单位脉冲载荷下的响应曲线分析，帮助读者直观理解系统的记忆效应和瞬态衰减过程。第五章：简谐激励下的稳态响应与频率响应函数本章聚焦于周期性载荷，如旋转机械产生的交变载荷。详细推导了多自由度系统在简谐激励下的稳态响应，并引入了频率响应函数（FRF）的概念。FRF是系统动力学特性的重要表征，它描述了系统在不同激励频率下的输出与输入之间的幅值和相位关系。通过分析FRF的峰值和带宽，可以评估结构抗振设计的有效性。第六章：地震工程中的响应分析地震作用是结构动力学分析中最关键的载荷之一。本章专门讨论如何将地震记录转化为结构的动力输入。详细讲解了反应谱分析法，这是一种高效的工程近似方法，通过结构的固有频率和阻尼比直接确定各模态的最大反应（位移、速度、加速度或内力），然后利用平方和平方根法（SRSS）或近均根法（CQC）进行模态组合，得到结构的总体最大响应。同时，简要介绍了时间历程分析法的基本原理和适用性。第三部分：高级主题与数值方法为应对现代复杂结构和非线性问题的需求，本部分介绍了更先进的分析技术。第七章：模态分析的高级应用本章进一步拓展了模态分析的应用。讨论了如何通过实验模态分析（Operational Modal Analysis, OMA）获取结构实际的模态参数，并将实验数据与有限元模型进行参数修正和模型更新，提高仿真预测的准确性。详细探讨了应力刚度对动力特性的影响，尤其是在大位移或预应力结构中的重要性。第八章：几何非线性与材料非线性真实的工程问题往往涉及几何非线性（如P-Delta效应）和材料非线性（如材料屈服或塑性）。本章引入了隐式和显式时间积分算法，用于求解非线性动力学问题。重点阐述了牛顿-拉夫逊法在处理静态和动态非线性问题中的迭代过程。书中对屈服模型和刚度退化规律在动力分析中的体现进行了详尽的阐述。第九章：冲击与碰撞动力学针对高速冲击、碰撞等极端载荷，本章介绍了相关分析方法。讨论了接触刚度的建模、冲击的能量吸收机制，以及显式动力学求解器在处理大变形、材料破碎等问题的优势。通过算例分析，说明了结构保护设计中，如吸能元件的设置，对减轻冲击损伤的关键作用。本书特色：理论严谨性与工程实用性的平衡：每一章节的理论推导都力求清晰完整，同时配有大量实际工程案例，便于读者理解概念并将其应用于实际问题。丰富的例题与习题：书中包含大量精心设计的例题，帮助读者巩固理论知识；章末的习题覆盖了从基础计算到复杂分析的各个层面。面向现代分析工具：虽然注重基础理论，但本书在讲解过程中，会穿插介绍如何将这些理论映射到主流有限元软件（如ABAQUS, ANSYS）的分析设置中，强调理论指导软件操作。适用对象：本书适合高等院校土木工程、结构工程、机械工程、航空航天工程等专业的高年级本科生和研究生作为教材或参考书，也适合从事结构设计、抗震分析、结构健康监测的工程技术人员作为专业参考读物。通过本书的学习，读者将能够全面掌握结构在各种时间相关载荷下的动力响应规律，并具备独立进行复杂结构动力学分析的能力。