材料力学

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出版者:西南交通大学
作者:李庆华
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2005-2
价格:24.50元
装帧:平装
isbn号码:9787810579988
丛书系列:
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具体描述

本书是根据高等工业学校材料力学课程教学基本要求(参考学时范围:80-100学时)编写的,主要作用高等工业院校土建类及机械类各专业多学时材料力学课程的教材,亦可供工程技术人员参考。

本书内容包括:绪论、轴向拉伸和压缩、扭转、构件连接的实用计算、弯曲内力、弯曲应力、梁的位移及简单超静定梁、应力状态分析、强度理论、组合变形、压杆稳定、能量方法、动荷载、交变应力等十四章和附录。

现代流体力学前沿:湍流模型与数值模拟 本书导言: 流体力学,作为研究流体运动及其与周围介质相互作用的一门基础学科,在现代工程、环境科学乃至生物医学领域都占据着核心地位。从航空航天的气动设计,到能源系统的冷却流动,再到海洋环境中的污染物输运,无不依赖于对流体行为的精确理解与预测。然而,当流速达到一定阈值时,流体运动会从平滑的层流转变为复杂无序的湍流。湍流,以其高度非线性和多尺度特性,至今仍是流体力学研究中最具挑战性的难题之一。 本书《现代流体力学前沿:湍流模型与数值模拟》旨在系统、深入地探讨湍流现象的内在机理,并全面介绍当前主流的湍流数值模拟方法及其在工程实践中的应用。我们力求超越传统教科书的范畴,聚焦于近二十年来湍流研究领域取得的重大突破和新兴技术,为研究生、科研人员以及资深工程师提供一份既具理论深度又贴近工程实际的前沿参考。 第一部分:湍流的本质与理论基础 本部分首先回顾了层流到湍流转化的经典理论,如雷诺数、普朗特-卡门混合长度理论的局限性。随后,我们将视角转向湍流的统计特性描述。 第一章:湍流的统计描述与动力学 详细阐述了雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS)的推导及其核心挑战——雷诺应力建模。我们深入剖析了湍流脉动、湍流动能(TKE)的演化机制,并引入了更高级的描述方法,如二维和三维谱密度函数(PDF)方法在描述非均匀湍流中的应用。特别讨论了湍流记忆效应与各向异性对模型构建的影响。 第二章:线性与非线性湍流本构关系 传统的Boussinesq假设及其“涡黏度”概念的适用范围被严格限定。本章集中探讨了超越线性假设的先进模型。引入了“应力输运模型”(Reynolds Stress Model, RSM),详细介绍了其各个输运方程的封闭项——如压力-剪切应力梯度(PGR)项和耗散率的各向异性处理。此外,我们还探讨了基于非线性应力表达式的先进模型,例如基于张量描述的四阶矩模型在描述复杂流动中的潜力。 第三部分:数值模拟方法论:从RANS到DNS 湍流的数值模拟是实现工程预测的关键。本部分将对不同精度等级的模拟方法进行详尽的对比和分析。 第三章:雷诺平均模拟(RANS)的高级应用与限制 本章深入探讨了应用最广泛的RANS模型家族。除了经典的$k-epsilon$和$k-omega$模型外,重点介绍了SST(Shear Stress Transport)模型在处理逆压梯度和气水分离问题上的优势。我们详细分析了模型常数的物理意义及其在不同边界层条件下的敏感性。更进一步,本章探讨了“模型修正”策略,例如如何通过引入新的物理参数(如曲率因子、湍流稀疏性指标)来提升模型在极端流动条件下的准确性。 第四章:大涡模拟(LES)的关键技术 LES作为一种介于RANS和DNS之间的折衷方法,其核心在于对亚格子尺度的建模。本章系统地梳理了主流的亚格子应力(SGS)模型,包括经典的Smagorinsky模型及其粘性修正版,以及动态Smagorinsky模型(DSM)和基于能量守恒的局部区域模型。我们还特别关注了壁面边界条件下的LES处理,如混合RANS/LES(DES/IDDES)方法,这是处理高雷诺数壁面湍流的工程基石。 第五章:直接数值模拟(DNS)的计算挑战与未来展望 DNS是理解湍流机理的“黄金标准”,但其对计算资源的要求极高。本章聚焦于实现高雷诺数DNS所需的高效并行算法,如谱方法、有限体积法在处理大尺度比问题时的鲁棒性。讨论了张量网络和低秩模型在降低DNS数据维度和实现数据驱动模型构建方面的最新进展。 第三部分:特定流动问题与高级建模 本部分将前述理论工具应用于几个关键的工程和自然流动问题。 第六章:可压缩湍流与激波-湍流相互作用 在高速气动和燃烧领域,流体压缩性显著改变了湍流结构。本章探讨了可压缩性对湍流动能的影响,以及在激波与湍流边界层发生作用时(如超燃冲压发动机进气道)的特殊建模需求。着重分析了湍流与化学反应耦合的模拟(DNS/LES for Reacting Flows)。 第七章:多相流与界面传输的湍流效应 针对气液、气固两相流体系统,湍流对界面(如气泡、液滴、颗粒)的输运和界面形状的演化起着决定性作用。本章涵盖了基于欧拉-欧拉框架下,湍流对分散相输运的影响,以及在欧拉-拉格朗日框架下,考虑颗粒“记忆效应”的先进模型。 第八章:数据驱动的湍流模型构建 随着计算能力的提升和实验数据的积累,本章探讨了利用机器学习(ML)和高维数据分析方法来改进或替代传统物理模型的前沿方向。如何从高精度DNS数据中“挖掘”出更优化的雷诺应力闭合关系,以及如何利用神经网络来校正现有RANS模型的系统误差,是本章的核心内容。 结语: 本书的编写,旨在提供一个全面且与时俱进的平台,使读者能够理解湍流的深层物理,掌握现代数值模拟的工具箱,并有能力针对复杂的工程湍流问题选择和开发最合适的解决方案。湍流研究永无止境,本书期望能激发读者对这一迷人领域更深层次的探索与思考。

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读后感

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这本书,说实话,拿到手上的时候,我其实是抱着一种“学霸必备、啃下来才能毕业”的功利心态的。封面设计得中规中矩,灰蒙蒙的底色配上那种略显严肃的字体,让人一看就知道这不是那种能让人捧着在阳光下悠闲阅读的休闲读物。翻开目录,首先映入眼帘的是应力、应变、胡克定律这些熟悉的陌生词汇,那种扑面而来的公式感,简直让人瞬间回到了考场前夜的紧张气氛中。我一开始尝试直接阅读理论部分,结果就是——脑子里一团浆糊。那些抽象的几何关系,在二维的纸面上描述三维世界的受力情况,简直是对人类想象力的终极考验。特别是关于材料本构关系的阐述,简直像在啃一块未经处理的矿石,每一个概念都需要反复咀嚼,对照着书里提供的那些晦涩难懂的图示,才能勉强捕捉到一丝丝的逻辑线索。说实话,如果没有身边热衷于搞工程的朋友偶尔给我“科普”一下现实中的桥梁或者机器部件是怎么承受载荷的,我可能早就合上了这本书,转而去研究一些更直观的物理现象了。这本书的阅读体验,更像是一场艰苦的攀登,每向上挪动一寸,都伴随着对自身理解极限的不断试探与挑战。

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这本书的排版和插图处理,简直是设计界的“反潮流”典范。它完全摒弃了现代教材追求的鲜艳色彩和清晰模块化布局,仿佛是从上个世纪某个严谨的学术机构的档案室里直接拿出来的珍本。每一页都塞满了密密麻麻的文字和手绘风格的剖面图,线条的粗细变化,似乎都带着某种古老的仪式感。我尤其对那些关于复杂截面转动惯量计算的章节印象深刻,那些弯弯绕绕的积分符号和坐标轴的切换,简直是视觉上的迷宫。你得瞪大了眼睛,屏住呼吸,才能确保自己没有把哪个下标或者哪个导数符号看错。更要命的是,它的例题往往需要大量的中间步骤推导,中间省略的逻辑跳跃,对于初学者来说简直是致命的陷阱。每当我以为自己掌握了一种方法,准备自信满满地去解后面的习题时,总会因为一个不经意的假设条件遗漏而导致满盘皆输。这本书没有给我任何“一目了然”的安慰,它要求你投入全部的注意力,用最原始的、靠纸笔演算的方式去驯服这些冰冷的数字和几何关系,过程中的挫败感,与最终得出正确结果的那一瞬间的微弱喜悦,形成了极其强烈的对比。

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从内容深度和广度来看,这本书的视角显得异常古典和聚焦。它似乎对所有“时髦”的新兴材料科学或者非线性分析趋势都保持着一种审慎的疏离。你不会在这里找到太多关于复合材料的复杂层合板理论,也不会看到大量基于有限元方法的仿真分析的讨论。它的核心,牢牢地钉在了经典梁理论、扭转问题以及屈服准则的范畴内。这种专注于基础的策略,在某种程度上是极其宝贵的,它强迫读者去理解问题的本质——力是如何在结构内部传递和转化的,而不是仅仅学会如何操作软件得到一个结果。然而,这种“纯粹”也带来了阅读上的枯燥感。每当我们深入到材料的疲劳或蠕变这些更贴近实际工程寿命的问题时,内容往往很快就戛然而止,留给读者的更多是开放式的思考,而不是明确的解决路径。我常常有一种感觉,这本书更像是一本“内功心法秘籍”的上半部,把基础的运气和经络打通教给你了,但如何应对实战中的复杂招式,还得自己去参悟,这对于急于解决实际问题的工程师来说,可能需要配合其他更具应用性的参考资料来补全知识图谱。

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我发现这本书的一个有趣的“副作用”,它极大地提高了我的“抗无聊”能力和对细节的敏感度。在阅读过程中,我曾多次因为疲劳而合上书本,但奇怪的是,过不了多久,书里的某个特定公式或者某个几何构型又会在我做其他事情的时候,比如在公交车上晃动时,突然跳出来,强迫我去回忆它的推导过程。这种被动式的、反复的在脑海中“重放”知识点的过程,比我刻意去背诵要有效得多。虽然它在讲解疲劳极限和断裂韧性时显得相对保守和基础,但它对“应力集中”现象的细致描绘,却让我对现实世界中那些不起眼的小裂纹产生了深深的敬畏。这本书没有给我太多直观的启发,它更像是一面镜子,映照出工程问题中隐藏的复杂性,迫使我必须以一种近乎偏执的严谨态度去对待每一个结构设计。它不是一本能让你“爱上”学习的书,但它绝对是一本能让你在未来的工程实践中,少犯那些因为疏忽基本力学原理而导致的致命错误的“镇宅之宝”。

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这本书的语言风格,简直是学术写作的“反人类简化”教科书。它充满了精确到令人窒息的定义和层层嵌套的从句结构,几乎没有使用任何带有情感色彩的词汇来引导读者的情绪。作者似乎坚信,任何试图“平易近人”的努力都是对科学严谨性的玷污。阅读起来,就像是在听一位极其渊博但又极度缺乏幽默感的教授,用最冗长、最准确的方式阐述每一个概念。例如,它在定义“平面应变”时,会用上整整一段话来界定所有边缘条件的零位移,而不是简单地用一句“忽略厚度方向的形变”带过。这种对定义精确性的极致追求,确实让理论无懈可击,但也极大地拉高了初学者的入门门槛。我常常需要将一句话拆解成三四个简单的陈述句,才能在脑海中构建出作者想要表达的完整图景。这本书不是在“教”你知识,而是在“陈述”一个已然存在的、冰冷的物理世界模型,你必须主动去适应它的节奏和逻辑,否则就会被它无情地抛弃在知识的边缘。

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