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出版者:黃河水利齣版社

作者:鬍少偉

出品人:

頁數:169

译者:

出版時間:2006-1

價格:26.00元

裝幀:

isbn號碼:9787807340140

叢書系列:

圖書標籤:

結構完整性
大變形
有限元分析
數值方法
力學
材料力學
結構分析
工程力學
可靠性評估
損傷力學

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具體描述

結構完整性評估和大變形分析一直是土木、機械和力學及其航空航天領域專傢學者研究的重要課題。本書是作者通過多年研究工作在結構非破壞性評估和結構大變形計算分析方麵的簡略總結。書中首次把有限元綫法引入斷裂力學，推導建立瞭斷裂有限元綫法，用於結構的完整性分析和評估。全書分為四部分：第一部分（第一、二、三、四和五章）敘述瞭斷裂和有限元綫法及其在機翼開裂分析中的應用以及與一階可靠性法相結閤評估結構完整性方麵的研究成果；第二部分（第六、七章）介紹瞭最新超聲波檢測結構疲勞裂縫技術以及定量非破壞性評估技術與概率可靠性方法相結閤的應用情況；第三部分（第八、九、十、十一和十二章）詳細提供瞭兩種大變形理論在某發動機飛輪圓盤分析評估中的應用，給齣瞭爆炸強度和開裂屈服的計算方法，並與其他軟件進行瞭分析對比；第四部分（第十三章）初步分析瞭材料不連續屈服特性對結構失穩和破壞的影響規律。

本書可供有關科研、設計和工程單位的科技工作者參考，也可作為高等院校土木、水利、力學及其機械類專業研究生的教學參考書。

結構生命周期中的決策與優化：從設計到退役的挑戰與策略本書旨在深入探討結構在整個生命周期中所麵臨的各種挑戰，並提齣一套係統性的決策與優化方法，以確保結構的安全性、可靠性、經濟性和可持續性。我們將視角從傳統的單一設計階段擴展到結構的規劃、建造、運營、維護、維修，乃至最終的退役，勾勒齣一幅全麵的結構生命周期管理圖景。本書將聚焦於如何通過科學的分析、精細的評估和前瞻性的策略，最大化結構的價值，同時最小化風險和損失。第一章：結構生命周期模型與決策框架本章將首先建立一個通用的結構生命周期模型，詳細闡述從概念設計、詳細設計、製造與施工、運營與維護、評估與修復，到最終退役的各個階段及其相互關係。我們將分析在每個階段可能齣現的關鍵問題和決策點，例如材料選擇、設計規範的適用性、施工質量控製、運營環境的監測、損傷評估的準確性以及退役方案的可行性等。在此基礎上，我們將引入一個貫穿整個生命周期的決策框架。這個框架強調決策的係統性、動態性和前瞻性。我們將探討如何將風險評估、成本效益分析、可靠性工程以及多準則決策方法整閤到決策流程中，以支持在不確定性下做齣最優選擇。本書將特彆關注決策過程中信息的不完整性、模型的不確定性以及外部因素（如經濟環境、法規變化、技術進步）的影響。第二章：結構性能評估的理論基礎與方法論結構性能評估是確保結構安全性和可靠性的核心環節。本章將深入剖析各種結構性能評估的理論基礎，包括材料科學、力學理論、損傷力學以及可靠性工程等。我們將詳細介紹不同評估方法的核心原理和適用範圍，例如：基於物理模型的評估：探討如何通過建立精確的數學模型來模擬結構的受力行為、變形特性以及損傷演化過程。我們將涉及綫彈性、非綫性分析，以及考慮材料老化、疲勞、腐蝕等因素的損傷模型。基於數據驅動的評估：隨著傳感器技術和數據采集能力的提升，數據驅動的評估方法日益重要。本章將介紹如何利用曆史運營數據、監測數據和實驗數據，通過統計分析、機器學習和人工智能技術，對結構的健康狀況進行實時或定期的評估。我們將討論數據預處理、特徵提取、模型建立和模型驗證等關鍵步驟。不確定性量化與傳播：任何評估過程都伴隨著不確定性。本章將重點介紹不確定性量化的理論和方法，包括概率方法、模糊邏輯方法以及證據理論等。我們將探討這些不確定性如何從輸入參數傳播到輸齣結果，並影響性能評估的準確性。第三章：運營與維護策略的優化結構在運營階段的性能衰減和損傷纍積是不可避免的。本章將專注於開發和優化運營與維護策略，以延長結構的服役壽命，保障其運行安全，並降低維護成本。狀態監測與健康診斷：我們將詳細介紹各種無損檢測（NDT）和損傷診斷技術，包括超聲波、射綫檢測、電磁檢測、聲發射以及視覺檢測等，並分析它們在不同結構類型和損傷模式下的應用。同時，也將探討結構健康監測（SHM）係統的設計、部署和數據分析方法。預測性維護與風險評估：本章將引入預測性維護（PdM）的概念，即基於對結構損傷演化趨勢的預測，提前進行維護乾預。我們將探討如何結閤性能評估模型和風險評估方法，製定主動式的維護計劃，從而避免突發性失效，減少非計劃停機時間。維護決策的最優化：針對維護活動，我們將引入決策優化方法，例如基於成本效益分析的維護決策、基於可靠性改進的維護決策以及基於風險規避的維護決策。我們將考慮維護的頻率、範圍、時機以及資源分配等因素。第四章：結構評估與修復策略的決策當結構齣現損傷或性能退化時，及時的評估和有效的修復至關重要。本章將係統性地介紹結構評估與修復過程中的決策問題。損傷評估與剩餘壽命預測：我們將深入探討如何準確評估結構的損傷程度，並利用損傷演化模型進行剩餘壽命預測。這將包括對不同類型損傷（如裂紋、腐蝕、變形、材料老化）的識彆、量化和發展趨勢的預測。修復技術與材料的選擇：本章將綜述現有的各種結構修復技術和材料，例如粘接修復、螺栓連接修復、灌注修復、復閤材料加固以及局部更換等。我們將分析不同修復方案的優缺點，包括其適用範圍、施工難度、成本效益以及對結構性能的潛在影響。修復策略的優化：修復決策並非簡單的“修復”或“不修復”。我們將探討如何根據評估結果、修復的經濟性、結構的剩餘壽命要求以及對運營的影響，製定最優的修復策略。這可能涉及到部分修復、全麵修復、加強或改造等多種選擇。第五章：結構退役與資源迴收的規劃結構的生命周期終將走嚮終點，有效的退役規劃對於保障安全、環境友好和資源可持續性至關重要。退役決策與風險評估：在結構達到設計壽命或因不可修復性損傷而需要退役時，需要進行審慎的決策。本章將分析退役決策中的關鍵考慮因素，包括安全風險、環境影響、社會接受度以及經濟成本。我們將探討如何通過風險評估來指導退役方式的選擇，例如就地拆除、異地拆除或改造再利用。拆除技術與環境影響：針對不同的結構類型和退役方式，本章將介紹主流的拆除技術，並重點關注拆除過程中可能産生的環境影響，例如粉塵、噪音、廢棄物以及潛在的汙染物釋放。我們將探討如何通過綠色拆除技術和環境管理措施來最小化負麵影響。資源迴收與再利用：退役過程也是一個資源迴收的機遇。本章將深入探討如何最大化結構材料的迴收利用價值，包括金屬、混凝土、木材等。我們將介紹相關的迴收技術和標準，並分析如何將迴收材料應用於新的工程項目，實現循環經濟。第六章：風險管理與決策支持係統貫穿結構生命周期始終的風險管理是保障結構安全和經濟性的關鍵。本章將係統性地介紹風險管理方法和決策支持係統的構建。風險識彆、分析與評估：我們將詳細闡述風險管理的基本流程，包括如何係統地識彆結構生命周期中可能齣現的各種風險（例如設計缺陷、施工質量問題、自然災害、人為破壞、運營失誤等）。在此基礎上，將介紹定量和定性的風險分析方法，例如故障模式與影響分析（FMEA）、事件樹分析（ETA）、故障樹分析（FTA）以及濛特卡洛模擬等，用於評估風險發生的概率和後果。風險應對與規避策略：風險評估的結果將指導風險應對策略的製定。本章將探討各種風險應對措施，包括風險規避、風險轉移（如購買保險）、風險降低（如采取安全措施、加強維護）以及風險接受。我們將重點關注如何在成本效益原則下選擇最優的風險應對方案。決策支持係統的開發與應用：麵對復雜的決策問題，決策支持係統（DSS）能夠提供有力的工具。本章將介紹如何構建一個集成結構模型、性能評估模型、風險評估模型以及經濟分析模型的決策支持係統。該係統能夠幫助工程師和管理者在不同場景下進行模擬、分析和比較，從而做齣更明智、更優化的決策。我們將探討係統的功能模塊、數據集成、人機交互以及在實際工程應用中的案例。第七章：法規、標準與可持續性考量結構的安全性和性能受到諸多法規、標準和可持續性要求的約束。本章將探討這些外部因素如何影響結構生命周期中的決策。國內外相關法規與標準：我們將梳理和介紹國內外與結構設計、施工、運營、評估和退役相關的關鍵法規、設計規範和行業標準，例如各國建築規範、橋梁設計規範、工業設施安全標準等。我們將分析這些法規和標準對結構性能要求、安全裕度以及評估方法設定的影響。生命周期成本（LCC）分析：結構投資不僅僅是初期的建造費用，而是涵蓋整個生命周期的所有成本。本章將深入探討生命周期成本（LCC）分析的方法論，包括初始投資、運營維護費用、修復費用、性能損失以及退役費用等。我們將演示如何通過LCC分析來評估不同設計方案、維護策略和修復方案的經濟性，並做齣最優的經濟決策。結構的可持續性與環境足跡：隨著社會對可持續發展的日益重視，結構的可持續性設計和建造變得越來越重要。本章將探討如何從材料選擇、能源效率、廢棄物管理以及環境友好型設計等方麵，提升結構的綠色化和可持續性。我們將分析結構在整個生命周期中對環境的足跡，並提齣相應的減排和優化策略。結論與展望：本書的最後將對結構生命周期中的決策與優化策略進行總結，並對未來的發展趨勢進行展望。我們將強調係統性思維、跨學科閤作以及技術創新在應對未來結構挑戰中的重要性。未來的研究方嚮可能包括：更加精細化的模型、人工智能在預測與決策中的深度應用、智能化監測與維護係統、以及更加注重結構適應性與韌性的設計理念等。本書旨在為結構工程師、項目管理者、政策製定者以及相關研究人員提供一個全麵、深入的視角，幫助他們更好地理解和應對結構在整個生命周期中所麵臨的挑戰，最終實現安全、可靠、經濟且可持續的結構工程實踐。

作者簡介

目錄資訊

Preface
List of symbols
Chapter 1 Finite Element Method of Lines (FEMOL)
1.1 Introduction
1.2 Model Boundary Value Problem
1.3 Domain Partition
1.4 Element Mapping
1.5 Trial Functions
1.6 Global Energy Functional and Variational Equations
1.7 Implementation of ODE Solver
References
Chapter 2 Cracking Analysis of Fracture Mechanics by FEMOL
2.1 Introduction
2.2 Basic Description of FEMOL in Fracture Mechanics
2.3 Singular Line Element Mapping Technique in FEMOL
2.4 Application of FEMOL in Fracture Mechanics
2.5 SIF and Dimensionless COD Calculation
2.6 Conclusions
References
Chapter 3 3D Finite Bodies Analysis Containing Cracks Using FEMOL
3.1 Introduction
3.2 The Basic Processing Description of3D FEMOL
3.3 Basic Description of FEMOL in Fracture Mechanics
3.4 Singular Line Element Mapping Technique in FEMOL
3.5 Application of FEMOL in Fracture Mechanics ;
3.6 Conclusions
References
Chapter 4 First Order Reliability Method (FORM)
4.1 The First Order Reliability Method
4.2 Fatigue Reliability
4.3 Numerical Example to Illustrate Affect of POD
References
Chapter 5 Application to Weep Hole Cracks in C141 Wing
5.1 C141 Weep Hole Problem
5.2 Stress and SIF Analysis of C141 Weep Hole Configuration
5.3 Fit of Experimental and Neural Net POD Data
5.4 Fatigue Reliability Analysis of C141 Weep Hole Configuration
5.5 Estimates of Feasibility and Future Work
References
Chapter 6 Automated Ultrasonic Technique to Detect Fatigue Craeks
6.1 Introduction
6.2 Ultrasonic Technique
6.3 Equipment and Operator Interface
6.4 Validation Specimens
6.5 Field Demonstration
6.6 Laboratory Validation Tests
6.7 Blind Field Validation Tests
6.8 Summary and Discussion
References
Chapter 7 Techniques and Instrumentation for Structural Diagnostics
7.1 Introduction
7.2 Measurement Models
7.3 Laser-based Ultrasonics
7.4 Neural Networks
7.5 Integrated Microsensors
7.6 Probabilistic Fatigue Methods
7.7 Fatigue Reliability
7.8 Keynote Speakers
7.9 Direct Integration Method
7.10 Numerical Examples
7.11 Concluding Comment
References
Chapter 8 The Mechanic Behaviors of Rotating Disks
8.1 Elastic Analysis of Rotating Disks
8.2 Elastic-Plastic Analysis of Rotating Disk
References
Chapter 9 Large Deformation Analysis of Rotating Disk Using ,12
Deformation Theory
9.1 Theory Formation
9.2 Calculated Examples
9.3 The Bursting Speed of Rotating Disk
9.4 The Stress Distribution at Instability
9.5 The Elastic-Plastic Interface of Rotating Disk Using J2 Deformation Theory
9.6 Effect of Poisson's Ratio v and Hardening Modulus P
References
Chapter 10 The Burst Strength and Necking Behaviour of Rotating Disks
10.1 Introduction
10.2 Problem Formulation
10.3 Bifurcation Analysis
10.4 Behaviour of Imperfect Disks
10.5 Conclusions
10.6 Appendix: About Thin Rotating Ring
References
Chapter 11 Large Deformation Analysis for Rotating Disk Using J2
Flow Theory
Chapter 12 Calculated Analysis for Rotating Digk Using ABAQUS and ANSYS-
12.1 Analysis of Rotating Disk with Continuous Yield Material
12.2 Buckling and Bifurcation Analysis of Rotating Disk
12.3 Rotating Disk with Discontinuous Yield
12.4 ABAQUS Analysis of the True Minidisk
12.5 Instability Analysis of Minidisk Using ANSYS at Normal Temperature
References
Chapter 13 The Role of Discontinuous Yield of Material (Portevin-Le
Chatelier (PLC) Effect, Jerky Flow)
13.1 Jerky Flow, Discontinuous Yield Flow of Material
13.2 The Strain Rate Sensitivity (SRS) and Instability Criterion Description
13.3 Test Examples
13.4 Computer Simulation of PLC Effect
References
· · · · · · (收起)

讀後感

評分☆☆☆☆☆

用戶評價

评分☆☆☆☆☆

這本書的敘事節奏把握得相當老道，沒有咄咄逼人的技術術語轟炸，更多的是一種循序漸進的引導。我尤其欣賞其中關於“案例迴顧與經驗總結”的部分。作者沒有刻意去構建一些完美的、理想化的計算場景，而是大量引用瞭工程事故的教訓和實際項目的復雜實例，這種基於現實問題的反思，極大地增強瞭內容的說服力和可信度。例如，書中對疲勞裂紋在焊縫區域的擴展路徑預測，結閤瞭非破壞性檢測（NDT）技術的局限性進行綜閤評估，這種跨學科的視角非常寶貴。對於我這種偏嚮於應用層麵的工程師來說，書中關於數據接口和結果可視化的討論，也提供瞭很多實用的技巧，比如如何高效地將復雜的應力雲圖轉化為管理層容易理解的風險報告圖示。總而言之，這本書的價值不僅僅在於提供瞭高深的理論模型，更在於它提供瞭一種成熟的、係統化的工程評估方法論，讓人讀完後感覺自己的“工程直覺”得到瞭極大的提升和校準。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計非常有意思，那種深邃的藍色調，配上簡潔有力的幾何圖形，一下子就抓住瞭我的眼球。我通常對技術類書籍的封麵不太抱有太大期待，但《結構完整性評估和大變形分析》的這個設計，讓我覺得它不僅僅是一本工具書，更像是一部關於現代工程美學的作品。翻開扉頁，那種紙張的質感也相當考究，厚實而又不失細膩，讓人在閱讀過程中有一種很踏實的感受。我個人對這個領域的瞭解主要停留在基礎概念層麵，所以當我看到書中關於有限元分析（FEA）的一些高級應用案例時，真是感到非常震撼。尤其是作者在講解材料非綫性行為時，那種深入淺齣的敘述方式，完全沒有傳統教材那種枯燥的公式堆砌感，更像是經驗豐富的工程師在跟你分享他的實戰心得。我特彆喜歡其中一個關於橋梁在極端荷載下的動態響應模擬章節，圖錶清晰，邏輯嚴密，讓我對“大變形”這個概念有瞭全新的理解。讀完這部分，我立刻想去翻閱一些相關的工程規範，看看書中的理論是如何指導實際工程決策的。這本書的排版也十分齣色，大段的文字和復雜的圖示穿插得恰到好處，即便是初學者也能比較順暢地跟上思路，不會感到迷失在信息的海洋裏。

评分☆☆☆☆☆

我不得不說，《結構完整性評估和大變形分析》在理論框架的構建上做到瞭令人稱贊的平衡。它成功地將斷裂力學、塑性理論和數值方法熔於一爐，形成瞭一個統一的評估體係。最讓我眼前一亮的是，作者引入瞭一些前沿的計算力學思想，比如那些涉及材料本構模型的更新策略，這在傳統教材中是很難見到的。這些內容雖然對讀者的數學基礎有一定要求，但作者通過清晰的推導和詳盡的物理背景解釋，使得即使是初次接觸這些高級概念的讀者也能逐步理解其內在邏輯。我特彆欣賞書中對“不確定性量化”（Uncertainty Quantification, UQ）的介紹，這在當今高度重視安全裕度的工程環境中是不可或缺的一環。書中探討瞭如何將隨機變量引入到結構模型中，並通過濛特卡洛模擬等方法來評估係統失效概率，這對我後續進行風險分析的項目工作有極大的啓發。整體來看，這本書的知識體係是連貫且遞進的，完全不像是一本拼湊起來的資料匯編。

评分☆☆☆☆☆

我花瞭整整一個周末的時間，沉浸在這本《結構完整性評估和大變形分析》的字裏行間，最大的感受就是“乾貨滿滿，直擊痛點”。作為一名在結構設計領域摸爬滾打多年的老兵，我深知理論與實際操作之間的鴻溝有多大。很多教科書隻停留在“是什麼”的層麵，但這本書卻清晰地闡述瞭“為什麼”和“怎麼做”。書中對損傷容限（Damage Tolerance）的討論非常到位，不再是簡單地提及疲勞裂紋擴展的計算公式，而是詳細剖析瞭在不同工況下如何選擇閤適的評估模型，以及如何量化不確定性。我印象最深的是關於復雜幾何結構應力集中效應的案例分析，作者並沒有迴避實際工程中常見的模型簡化帶來的誤差，反而提供瞭一套係統的方法來評估這些簡化對最終評估結果的影響程度，這種嚴謹的態度是極其寶貴的。此外，書中對數值模擬結果的後處理和可視化技術也做瞭詳盡的介紹，這對於我們日常進行報告撰寫和技術交流至關重要。我發現，書中的許多方法論，即便在我的專業領域中屬於相對成熟的範疇，其講解的深度和廣度也遠超我之前的認知，讓人忍不住想立刻應用到手頭的工作中去檢驗一番。

评分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺是，它仿佛是為那些已經掌握瞭基礎理論，但渴望在“極限狀態”下進行決策的工程師量身打造的進階指南。它沒有浪費筆墨在那些基礎的力學原理上，而是直接切入瞭評估的復雜性核心。我對其中關於接觸分析（Contact Analysis）的處理方法特彆感興趣，這在實際的裝配和乾涉問題中是 নিত্য的難題。作者對不同接觸算法的適用條件、收斂性挑戰以及如何有效設置邊界條件的論述，非常具有操作指導性。書中多次強調瞭網格質量對大變形計算穩定性的決定性作用，並配有大量的對比圖例，直觀展示瞭糟糕網格可能導緻的災難性後果。這種對細節的關注，體現瞭作者深厚的實踐經驗。讀完這部分，我感覺自己對有限元模型的建立與求解過程中的“陷阱”有瞭更清晰的預判能力。它不僅僅是一本關於如何“計算”的書，更是一本關於如何“思考”工程問題的書，引導讀者從宏觀的係統完整性角度去審視局部細節。

评分☆☆☆☆☆