结构分析中的概率方法

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出版者:科学出版社
作者:张湘伟
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2000-01-01
价格:20.0
装帧:
isbn号码:9787030076311
丛书系列:
图书标签:
  • 结构分析
  • 概率方法
  • 可靠性
  • 不确定性
  • 有限元
  • 蒙特卡洛
  • 风险评估
  • 结构力学
  • 数值方法
  • 工程结构
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具体描述

本书主要叙述:主要的概率分布和随机过程理论;随机有限元基本理论,随机有限元谱分析方法和概率结构的傅里叶分析方法;随机过程数值模拟方法及其工程应用实例。

本书适于结构专业及数学相关专业的大学师生及工程技术人员阅读、参考。

书名:结构分析中的概率方法 简介: 在工程设计和风险评估领域,精确预测结构的可靠性至关重要。然而,现实世界中的诸多因素——材料的随机变异、荷载的不可预测性、几何尺寸的微小偏差,以及环境因素的复杂影响——都使得结构行为的分析充满不确定性。传统的确定性方法在处理这些不确定性时显得力不从心,往往需要依赖大量的安全系数来弥补,这可能导致设计过于保守,资源浪费,抑或在极端情况下仍存在失效风险。 《结构分析中的概率方法》正是在这样的背景下应运而生。本书旨在系统地介绍和阐述将概率论和数理统计原理应用于结构分析的先进方法。它提供了一个严谨而强大的框架,使工程师能够量化和管理与结构性能相关的各种不确定性,从而做出更明智、更经济、更安全的设计决策。 本书首先深入浅出地回顾了概率论的基础知识,包括随机变量、概率分布、期望值、方差等核心概念,并重点讨论了与工程领域密切相关的各种概率分布,如正态分布、指数分布、威布尔分布等。随后,本书将这些概率概念与结构力学紧密结合,详细介绍了如何将材料强度、荷载大小、几何尺寸等结构参数视为随机变量,并根据其统计特性建立相应的概率模型。 本书的核心内容围绕如何利用概率模型来分析结构的可靠性展开。我们将介绍多种经典的可靠性分析方法,包括: 一次二阶矩法(FORM)和二阶矩法(SORM): 这两种方法是进行结构可靠性分析的经典且广泛应用的技术。本书将详细阐述其原理、计算步骤以及在不同结构体系和失效模式下的应用。我们将展示如何通过这些方法计算结构的可靠指标(如β值),并将其与目标可靠度水平进行比较,从而评估结构的安全性。 蒙特卡洛模拟法: 蒙特卡洛模拟是一种强大的数值方法,通过大量的随机抽样来估计结构的失效概率。本书将介绍如何根据随机变量的概率分布生成样本,并进行结构响应的计算,最终统计失效事件的发生频率,从而获得可靠性的近似值。我们将探讨不同蒙特卡洛模拟策略的优劣,以及如何提高模拟的效率和精度。 极限状态设计方法: 本书将阐述概率方法如何在现代极限状态设计规范中发挥关键作用。我们将探讨分项系数和分部系数的概率意义,以及如何基于可靠性指标来校准这些系数,以确保结构在整个生命周期内的可靠性。 除了介绍基本的可靠性分析方法,本书还将深入探讨一些更高级和更具挑战性的主题: 随机动力学分析: 对于受到地震、风等随机动力荷载作用的结构,传统的确定性分析无法准确预测其响应。本书将介绍如何处理随机过程,并应用概率方法进行结构的随机动力学分析,包括随机振动理论、功率谱密度方法等。 模型不确定性: 结构分析模型本身也存在不确定性,例如有限元模型的网格密度、材料本构模型的选择等。本书将探讨如何量化和纳入模型不确定性,以提高结构可靠性分析的准确性。 基于性能的设计(Performance-Based Design): 概率方法是实现基于性能的设计理念不可或缺的工具。本书将介绍如何利用概率模型来预测结构在不同设防烈度下的损伤状态和性能指标,从而实现更具经济性和功能性的设计。 不确定性量化技术: 除了统计方法,本书还将介绍一些先进的不确定性量化技术,如灵敏度分析、不确定性传播分析等,帮助读者理解不同不确定性因素对结构可靠性的贡献。 《结构分析中的概率方法》不仅仅是一本理论书籍,它更注重实际应用。书中将穿插大量的工程实例,涵盖桥梁、高层建筑、水坝、海洋平台等多种类型的结构。通过这些实例,读者将能够直观地理解如何将本书介绍的概率方法应用于实际工程问题,并学习如何解释和利用分析结果。 本书适合于结构工程、土木工程、机械工程、航空航天工程等相关领域的本科高年级学生、研究生以及从事结构设计、安全评估和风险管理的工程师和研究人员。通过学习本书,读者将能够: 深刻理解结构工程中不确定性的本质及其对结构性能的影响。 掌握多种量化和分析结构不确定性的概率方法。 能够独立进行结构的可靠性分析和风险评估。 为结构设计提供更科学、更经济、更可靠的依据。 更好地理解和应用现代结构设计规范中的概率理念。 在这个日益强调安全性和经济性的时代,《结构分析中的概率方法》将为您提供一把强大的钥匙,打开通往更精确、更理性结构分析的大门,助力您在复杂多变工程世界中做出卓越的设计。

作者简介

目录信息

序言
第一章 绪论
第二章 概率分布
2?1 概率密度函数
2?2 随机变量的统计量
2?3 特性函数
2?4 正态分布
2?5 均匀分布
2?6 泊松分布
2?7 Γ分布
2?8 二项式分布
2?9 威布尔分布
2?10 二维概率分布
2?11 条件概率分布
2?12 随机变量的函数的概率分布
2?13 瑞利分布
2?14 离散型随机变量概率分布的推定
第三章
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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关于本书在案例应用和深度拓展方面的表现,我必须给予高度评价。它绝非一本停留在纯粹公式堆砌的理论手册,而是真正将抽象的概率工具“武器化”了。我尤其欣赏作者在特定章节中引入的 Monte Carlo 模拟方法在复杂结构动力响应预测中的应用实例。这些实例并非简单的教科书练习题,而是基于真实的工程挑战构建的,它们清晰地展示了如何将理论概率模型转化为可执行的计算流程,以及如何解读计算结果中包含的风险信息。更妙的是,在讨论完核心方法后,作者还特地辟出篇幅,探讨了一些前沿的交叉领域,比如将贝叶斯方法引入到结构状态评估中的潜力,或者探讨非线性系统中概率不确定性的传播特性。这使得这本书的价值超越了当前的知识点,更像是一份指向未来研究方向的路线图。对于希望将所学知识应用于实际问题解决,并寻求理论创新的工程师和研究人员来说,这些深度的“外延阅读”内容价值连城。

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这本书的检索系统设计得异常出色,这对于一本内容密度极高的专业著作来说至关重要。书后的索引部分异常详尽,不仅仅罗列了关键术语,对于一些在不同章节中反复出现的、具有特定情境意义的数学符号或模型名称,也做了清晰的标注和交叉引用。这使得我在需要快速回顾某个特定公式的应用场景时,能够迅速定位,极大地提高了查阅效率。此外,作者在每个章节末尾设置的“关键概念总结”和“习题集”的质量也令人称道。习题部分不仅有标准的计算题,更包含了不少需要批判性思维才能解决的开放式问题,它们旨在检验读者是否真正理解了概率方法的内在逻辑,而非仅仅记住了公式。这种注重知识内化与实际应用能力的双重考量,使得这本书在作为案头参考资料的同时,也成为了一套高效的自学和复习体系。

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这本书的装帧设计真是别具一格,封面采用了一种略带磨砂质感的深蓝色纸张,中央烫金的标题在灯光下泛着低调而沉稳的光泽,与书名所蕴含的专业性气质极为契合。拿到手里,沉甸甸的手感立刻给人一种内容扎实可靠的预期。内页的纸张选择也体现了出版方的用心,米白色调不仅能有效减轻长时间阅读带来的视觉疲劳,其适中的厚度也保证了墨迹的清晰度和不易洇透。我特别留意了一下字体和版式,正文采用了一种经典的宋体变体,字号大小拿捏得恰到好处,行距也留得非常舒适,使得即便是面对复杂的数学公式和长篇的理论推导时,眼睛也不会轻易迷失方向。尤其是那些图表的排布,设计者显然下了不少功夫,清晰的线条和明确的标注,使得那些抽象的力学模型和概率分布图表一下子变得直观易懂。这种对外在形式的极致追求,无疑为接下来的深度学习过程提供了一个极佳的物质载体和心理铺垫,让人从翻开书的第一页起,就对即将探索的知识领域抱持着一种近乎仪式感的尊重与期待。总而言之,这本书在视觉传达和阅读体验的物理层面上,绝对是同类专业书籍中的佼佼者。

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这本书的叙事逻辑简直像是一场精心编排的交响乐,起承转合之间,充满了严谨而流畅的内在张力。作者并没有急于抛出那些晦涩难懂的核心理论,而是从结构工程领域中那些最基础、最直观的随机性问题入手,循序渐进地搭建起整个概率框架。开篇对于不确定性来源的分类探讨,就展现了作者深厚的工程直觉和对实际问题的深刻洞察力。接着,对随机变量、概率密度函数等基础概念的阐述,既保持了数学上的绝对精确性,又无时无刻不与具体的工程案例相结合,例如材料强度的随机波动或是荷载的统计特征模拟,这种“理论与实践”的无缝对接,极大地降低了初学者的理解门槛。随后,过渡到高阶的随机过程和可靠性分析时,作者的讲解思路清晰可见,每一步推导都像是为读者铺设了一条光滑的阶梯,让人在不知不觉中就攀登到了一个新的高度,完全没有那种被复杂数学“卡住”的挫败感。这种教科书式的、层层递进的讲解布局,充分体现了作者在教学方法论上的高明之处。

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阅读这本书的过程,与其说是学习,不如说是一次与一位经验极其丰富、治学极为严谨的导师的深度对话。作者的笔触冷静而客观,但在关键时刻,总能流露出一种对工程安全与人类福祉的深切关怀。例如,在讨论极限状态概率阈值设定的时候,作者并没有简单给出标准答案,而是深入剖析了不同社会经济背景下,决策者如何在风险容忍度与设计成本之间进行艰难的权衡。这种超越技术层面的哲学思辨,让这本书的内涵得到了极大的升华。它不再仅仅是一本关于如何计算概率的工具书,而是教导我们如何以一种负责任的态度去面对工程世界中固有的不确定性。这种将科学严谨性与人文关怀融为一体的写作风格,非常罕见,它引导读者思考的,是如何将冰冷的数学转化为保障生命财产安全的智慧,而非仅仅追求计算的完美。

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