工程力学

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出版者:机械工业出版社
作者:张秉荣 编
出品人:
页数:215
译者:
出版时间:2005-8
价格:25.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787111167112
丛书系列:
图书标签:
  • 工程力学
  • 力学
  • 工程
  • 物理
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  • 高等教育
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  • 结构力学
  • 理论力学
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具体描述

《工程力学》分两篇:理论力学和材料力学。理论力学部分介绍静力学基础、平面力系、空间力系及运动学和动力学。材料力学介绍拉伸与压缩、剪切与挤压、直梁的弯曲、圆轴组合变形的强度计算及材料力学中的几个专题。有※号的章节是为适应不同教学时数设置的选讲内容。每章后均有小结、思考题和习题。《工程力学》附有配套光盘。《工程力学》特色为:注意精选内容,简化理论推导,联系工程实际,重视应用技能的培养,体现高专高职的教学特色。《工程力学》适合于二、三年制高专、高职工科院校各专业(40~64学时)学生使用。也可供职大、电大、成教、函授院校相关专业学生使用。

宏观世界下的微观秩序:流体力学导论 第一章 绪论:流体的本质与研究范畴 本卷聚焦于流体力学的核心领域,旨在为读者构建一个理解物质在流动状态下行为的坚实理论框架。流体力学,作为物理学与应用科学的交叉学科,研究的是流体(包括液体、气体及等离子体)的运动规律及其与周围环境的相互作用。与研究刚体运动的经典力学不同,流体是连续介质,其描述需要依赖于场变量——速度场、压力场、密度场以及温度场。 本章首先从哲学层面探讨“流体”的定义与特性。流体的核心特征在于其“剪切应力下的形变能力”,即缺乏固定的形状。我们将追溯流体力学的发展简史,从阿基米德的浮力原理到牛顿的粘性定律,再到20世纪流体力学在航空航天、气象预报和生物医学领域的突破。 随后,我们将建立描述流体运动的数学基础。这包括对连续介质假设的详细阐述,以及对描述流体运动的宏观量(如物质点、控制体)的定义。本章的重点在于理解流体作为无限可分物质的特性,为后续引入微积分工具做准备。 第二章 宏观分析工具:控制体方法与守恒定律 在处理复杂的流体流动问题时,直接对每一个流体质点进行追踪往往力不从心。因此,本章引入了宏观分析的基石——控制体方法。控制体(Control Volume)是空间中一个预设的、具有明确边界的区域,我们关注的是穿过该边界的物质、能量和动量的净变化。 我们详细推导了四大基本守恒定律在控制体上的积分形式: 1. 质量守恒定律(连续性方程): 阐述了在封闭系统中,质量既不会凭空产生也不会凭空消失。在稳态流动条件下,流入控制体的质量流率必须等于流出控制体的质量流率。 2. 动量守恒定律(牛顿第二定律的推广): 著名的雷诺输运定理(Reynolds Transport Theorem, RTT)是连接物质点描述和控制体描述的关键桥梁。基于RTT,我们推导了动量方程,该方程将作用于流体上的外力(压力、重力、粘性力)与流体动量的变化率联系起来。 3. 能量守恒定律: 考虑到流体的内能、动能和热能的转化,推导出适用于热力学过程的能量方程。 本章通过大量工程实例,如喷管推力计算、管道中的水锤现象以及火箭排气分析,展示如何运用这些积分方程求解实际工程问题。 第三章 微观视角下的描述:流体微团与微分形式 虽然控制体方法适用于计算整体效应,但要理解流场内部的细微变化和复杂的物理机制(如涡流的产生、边界层的分离),必须转向微分形式的描述。本章将流体的描述对象从宏观的控制体缩小到无限小的流体微团。 首先,我们引入流体运动学的基本概念: 1. 运动描述: 拉格朗日(追踪质点)与欧拉(固定空间点)描述的数学转换。 2. 流线、迹线与流迹线: 三种不同时间尺度下的路径概念区分。 3. 运动的分解: 任何流体运动都可以分解为平移、旋转(涡度)和变形(应变率)。涡度分析是理解湍流和旋涡结构的核心工具。 随后,我们推导了描述流体运动的微分方程组——纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes Equations)。这些方程是流体力学中最核心的数学模型,它本质上是牛顿第二定律在流体微团上的应用。方程的复杂性源于其非线性和粘性项的引入。 最后,我们探讨了简化模型:欧拉方程(忽略粘性,适用于理想流体)和伯努利方程(欧拉方程在无旋、等势流下的积分形式),这些简化方程在高速、低粘度流动中有重要的指导意义。 第四章 流体的本构关系:粘性、应力和应变 流体的运动特性与其内部的应力-应变关系紧密相关。本章深入探讨流体的“材料特性”,即粘性。 牛顿提出,对于牛顿流体,剪切应力与剪切应变率成正比,比例系数即为动力粘度。我们详细分析了粘度的物理意义,包括动粘度和运动粘度的概念。 随后,我们将粘性应力张量与流体的速度梯度张量联系起来,精确表述了牛顿流体的本构方程。本章的重点在于区分牛顿流体与非牛顿流体(如剪切增稠液、剪切稀化液),并讨论非牛顿流体在化学工程和生物流体中的重要性。 此外,我们还引入了更一般的描述,如各向同性流体的应力张量形式,并讨论了压力和体力的具体表现形式在运动方程中的作用。 第五章 经典流动模型与应用 在掌握了守恒定律和本构关系后,本章将这些理论应用于一系列具有重要工程意义的经典流动问题。 1. 粘性流动的分析: 重点分析层流。我们将研究泊肃叶流动(圆管内稳定层流)和平板上的库埃特流动(两平板间的流动),通过求解简化的纳维-斯托克斯方程,精确计算速度剖面、压降和摩擦阻力。 2. 边界层理论的引入: 在高雷诺数流动中,粘性效应主要集中在靠近固体壁面的狭窄区域——边界层内。普朗特提出的边界层理论是连接理想流体(欧拉方程)和实际粘性流动的桥梁。本章将推导普朗特边界层方程,并使用普朗特-卡门积分法(积分边界层方程)来估算阻力系数。 3. 不可压缩流动: 针对绝大多数液体和低速气体流动,我们假设密度恒定。在此基础上,重点分析流网(Flow Net)分析法在求解二维、稳态、不可压缩、无旋流动(如渗流、静水压力分布)中的应用。 通过这些经典模型的求解,读者将能深刻理解粘性、惯性、压力和重力在决定流体最终运动状态中的相互作用与竞争关系。本书的结构设计旨在从最宏观的守恒原理出发,逐步深入到微观的微分方程描述,最终回归到具有可解性的工程应用模型,为后续深入研究湍流和更复杂现象奠定坚实基础。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书在语言风格上展现出一种罕见的、既专业又不失温度的特质。它避开了那种冷冰冰、纯粹公式化的叙述模式,而是用一种非常清晰、逻辑性极强的白话文来铺陈复杂的理论框架。例如,在解释“虚功原理”时,作者并没有直接抛出积分形式的表达式,而是先用一个非常生动的比喻来描述“功”的积累与平衡状态,然后再自然地引出数学表达,这极大地增强了理论的可接受性。此外,书中对许多物理概念的定义,都力求做到“精确到令人发指”,每一个术语的引入都伴随着对其物理内涵的深刻剖析,而不是简单地给出一个英文缩写或一个名词解释。这种写作方式让读者感觉作者是在与我们进行一场高质量的学术对话,而不是单方面地灌输知识。这种清晰、有条理、富有洞察力的叙述,使得即便是最难啃的章节,阅读起来也显得相对顺畅和令人鼓舞,极大地提升了学习的效率和乐趣。

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说实话,我拿到这本书的时候,首先关注的是它的例题和习题部分,毕竟理论学得再好,不动手算一算终究是纸上谈兵。让我印象深刻的是,这本书的习题设置非常巧妙,它不仅仅是机械地重复课本上的公式应用,而是巧妙地将多个知识点融合成一个更贴近实际工程场景的问题。比如,有一个关于起重机吊装过程的综合题,它要求读者不仅要计算静力平衡,还要考虑动态冲击系数的影响,这一下子就把我们从纯粹的理论推导拉回到了实际工程设计的第一线。更棒的是,书后附带的详细解答部分,清晰到令人发指。它不仅仅给出了最终答案,更是详细阐述了每一步推导背后的物理意义和假设前提,这一点非常关键。很多教材的答案只是一个冷冰冰的数字,让人不得其解。而这本书的解答,更像是一位耐心的导师,一步步地引导你审视自己的解题思路是否存在偏差。我常常在解题卡壳时,翻阅这些解答,总能从中找到新的思路或者发现自己遗漏的细节。这种“教我如何思考”的教学理念,远比“直接告诉我答案”的功利性书籍要高明得多,它培养的是一种解决复杂问题的工程思维,而不是简单的公式套用能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得相当吸引人,那种深沉的蓝色调配合着简洁的几何图形,立刻就能让人联想到严谨和精确。我原本是带着一种试试看的心态去翻阅的,毕竟市面上涉及理论力学的书籍汗牛充栋,想要从中找到一本既能深入浅出,又不失学术深度的确实不易。然而,这本书在结构上的安排,尤其是在章节的递进逻辑上,给了我一个惊喜。它并没有急于抛出复杂的公式,而是花费了相当大的篇幅来构建一个清晰的物理图像,从最基础的受力分析开始,逐步过渡到更抽象的刚体运动和能量守恒原理。我特别欣赏作者在处理那些经典难题时所展现出的耐心,比如悬臂梁的挠度计算,书中用了好几种不同的方法进行剖析,每一种方法都配有详尽的图解和步骤推导,这对于自学者来说简直是如获至宝。我记得刚开始接触应力张量概念时,感觉非常抽象,但读到这本书里关于三维应力状态的可视化描述后,那些复杂的数学符号瞬间就变得具象化了,仿佛我能亲手触摸到材料内部的受力情况。这种引导式的教学方式,极大地降低了初学者的入门门槛,让人感觉学习工程力学不再是一件枯燥乏味的任务,而更像是一场探索物理世界奥秘的旅程。

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这本书的排版和装帧质量,坦率地说,是目前我读过的专业教材里数一数二的。这可能听起来有些吹毛求疵,但对于一本需要频繁翻阅和查阅的工具书来说,舒适的阅读体验至关重要。纸张的选择很考究,虽然是厚本,但拿在手里并不觉得笨重,而且纸张的韧性很好,不用担心频繁翻动会导致书页脱落。最让我赞赏的是字体和图表的处理。在涉及矢量和张量符号时,那些上标、下标、箭头符号都处理得干净利落,界限分明,即便是手写笔记时也不会与书上的内容混淆。尤其是在处理复杂的三维受力图和运动轨迹图时,作者大量使用了不同深度的阴影和剖切面来增强立体感,配合清晰的坐标轴标注,即便是那些空间想象力稍弱的人,也能很快抓住问题的核心几何关系。这说明编者在设计这本教材时,确实花费了巨大的心思去优化读者的“视觉接收”体验,而不是简单地把Word文档直接打印出来。这种对细节的关注,间接反映了作者对力学这门学科应有的严谨态度的尊重。

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从内容深度和广度的角度来看,这本书的覆盖面令人满意,它似乎努力想成为一本“一书流”的参考书。它没有局限于传统工科基础力学的大纲,而是巧妙地将一些更前沿或更专业的细分领域融入了进来,使得这本书的适用性大大拓宽。我注意到它在“变形与位移”那一章中,对材料的非线性本构关系进行了初步的介绍,虽然篇幅不长,但足以给那些未来计划深入学习材料力学或结构分析的读者埋下一个很好的伏笔。此外,书中对拉格朗日方程和哈密顿原理的介绍也比一般教材要详尽一些,它不仅仅是作为一种数学工具来展示,更是深入探讨了其在求解复杂多体系统动力学问题中的优越性。这种适当的“超纲”内容,使得这本书可以伴随学生从大一大二的基础学习,一直用到大三甚至研究生阶段进行复习和深化。它不是一本仅仅应付考试的教材,更像是一本能够随着读者的知识增长而不断展现新价值的“活”的书籍,每次重读都会有新的体会。

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