各向同性固体连续介质与地震波传播

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出版者:
作者:牛滨华
出品人:
页数:198
译者:
出版时间:2002-9
价格:26.00元
装帧:
isbn号码:9787502138998
丛书系列:
图书标签:
  • 地震波
  • 连续介质
  • 固体力学
  • 各向同性
  • 弹性波
  • 地球物理学
  • 数值模拟
  • 理论物理
  • 材料力学
  • 波动方程
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具体描述

本书阐述各向同性固体连续介质即均匀弹性各向同性介质及其地震波

的传播。主要内容由波动方程建立、波动方程和波动方程基本应用三部分

组成。首先是弹性波动方程的建立,前三章阐明应变、应力和位移,以及

三者相互之间的关系;这些内容是建立弹性波动方程的基础。其次在第4章

围绕弹性波动方程,讨论了矢量标量方程、有散无旋场和有旋无散场的分

解,以及波函数等问题,它们是地震波传播的基本内容。再后的第5章至第

8章是波的能量、能流、速度和波在界面上的散射,它们是由波动方程导引

出的地震波传播所产生的基本现象。最后第9章是方便有关读者阅读的预备

知识。书中涉及到的地震波传播的相关内容,均有系统地分析和综合,对

各种问题的归纳和公式的导出都有详尽的阐述。

阅读本书仅需高等数学、矩阵、场论矢量分析和弹性力学等方面的初

级知识。本书针对均匀弹性各向同性介质及其地震波传播具有一定的系统

性和综合性,可以作为地球物理勘查技术各类专业科研工作的参考书。本

书还可以作为本科生高年级和研究生的教材,也可以作为相关专业教师教

学科研工作的参考书。

好的,这是一本专注于宏观尺度下复杂介质的波动传播现象与数值模拟的著作的简介。 --- 著作名称:非线性介质中的波动动力学与高精度计算方法 著作定位与核心目标 本书深入探讨了在非均匀、非线性以及包含复杂微观结构约束的介质中,弹性波、声波乃至电磁波等波动现象的本质规律及其精确的数值重构技术。我们旨在为固体力学、地球物理学、材料科学以及声学工程领域的科研人员和高级工程师提供一套严谨的理论框架和一套高效、鲁棒的计算工具箱。本书的重点在于超越传统的线性、均匀介质假设,直面现实世界中介质的复杂性所带来的数学与计算挑战。 第一部分:复杂介质的本构关系与本征物理 本部分侧重于构建能准确描述介质真实响应的数学模型,着重于超越经典线性弹性理论的范畴。 第一章:非线性弹性理论的深化 本章系统梳理了二阶、三阶及更高阶弹性系数在描述介质非线性响应中的作用。详细讨论了材料的应变能密度函数在不同坐标系(如拉格朗日系、欧拉系)下的具体表达形式。重点分析了材料在强加载或大变形条件下的超弹性(Hyperelasticity)和黏弹性(Viscoelasticity)的耦合效应,特别是涉及到蠕变、松弛时间依赖性的本构模型。此外,引入了速率依赖性(Rate Dependency)和塑性演化对波速和衰减特性的调制机制。 第二章:多孔介质与流固耦合的动力学 本章聚焦于宏观尺度下包含孔隙流体(如水、气)的介质。我们详述了Biot理论的扩展形式,包括对孔隙结构几何形态(如裂缝密度、连通性)的参数化描述。重点剖析了流体在骨架孔隙中的运动如何影响波的传播速度和衰减,特别是慢波(Slow Wave)和快波(Fast Wave)的干涉与能量耗散机制。此外,探讨了饱和度变化、孔隙压力波动与骨架变形之间的动态耦合,这对于理解近地表环境下的震动响应至关重要。 第三章:介质的微观结构与宏观平均 本章从微观尺度对宏观均匀化进行推导。详细讨论了包容(Inclusion)、基体(Matrix)以及界面(Interface)对整体介质有效模量的贡献。引入了自洽场模型(Self-Consistent Schemes)和包络体积法(Representative Volume Element, RVE)来计算有效介质参数。对包含随机裂缝网络、颗粒堆积结构等非周期性微结构对波散射和衰减效应的量化分析占据重要篇幅。 第二部分:波动方程的求解与数值方法创新 本部分将理论模型转化为可高效求解的数值算法,强调高精度和大规模计算的实现。 第四章:时域有限差分法的局限性与改进 回顾了经典的时域有限差分法(FDTD)在处理复杂边界条件和高阶导数时的固有缺陷。重点介绍了如何通过高阶精度格式(如Padé近似、高阶中心差分)来提高空间和时间离散的精度,从而有效降低数值频散和数值耗散。探讨了如何结合不规则网格技术(如Immersed Boundary Method, IBM)来精确模拟弯曲的界面和不规则的几何体。 第五章:谱方法与高精度频域求解 针对某些特定问题(如周期性介质的本征值问题),本章引入了伪谱法(Pseudo-Spectral Method)和谱元法(Spectral Element Method, SEM)。详细推导了基于切比雪夫多项式或勒让德多项式的基函数在波动方程中的应用。重点演示了SEM如何通过高阶基函数在局部区域实现极高的精度,特别是在处理散射问题和高频波动时,相比于低阶有限元方法的优势。 第六章:非线性问题的数值处理:时间积分策略 处理非线性波动方程需要特殊的数值稳定性和精度保证。本章对比了显式Runge-Kutta方法和隐式方法的稳定性。针对黏弹性材料的本构关系,详细介绍了指数积分法在处理黏滞项时的效率和精确性。对于涉及应力/应变松弛时间的巨大差异,探讨了多尺度时间积分方法(如半隐式方法)的设计思路,以确保计算的收敛性和物理合理性。 第三部分:高级应用与反问题探究 本部分将理论与方法应用于前沿领域,并涉及从观测数据反演介质参数的挑战。 第七章:材料阻尼的建模与模拟 本章区别于标准的黏弹性模型,探讨了本征阻尼(Intrinsic Damping)的物理来源,如微观尺度的摩擦、热耗散等。介绍了基于分数阶导数(Fractional Derivative)的本构关系来描述宽频带下的衰减行为。通过模拟在复杂结构(如颗粒材料堆积层)中的波的衰减曲线,验证了分数阶模型在描述介质能量耗散非指数规律方面的优越性。 第八章:声学与电磁波的耦合散射分析 本章将固体动力学扩展到更广阔的波动领域。探讨了光声效应(Photoacoustic Effect)中热源激发产生的弹性波传播。同时,分析了在高度不均匀介质中,电磁波散射(如雷达信号穿透复杂地层)与弹性波传播(如地震波勘探)之间的耦合与干扰。引入了全波场反演(Full Waveform Inversion, FWI)的基本框架,强调了梯度计算和伴随状态法的效率优化。 第九章:随机介质中的波传播统计分析 面对高度随机化的材料结构,本章转向统计方法。介绍了蒙特卡洛方法在评估介质参数不确定性对波场影响中的应用。重点讨论了二阶矩(均方根)和高阶矩的求解。通过模拟波在随机裂缝场中的传播,展示了如何量化波场变量的空间相关性和概率分布,为工程安全评估提供量化风险指标。 --- 本书特点: 理论深度与计算广度并重: 不仅停留在经典的波动方程求解层面,更深入探讨了材料的本构非线性和结构复杂性对波传播的根本影响。 方法严谨性: 详细剖析了高精度数值方法的推导过程,而非仅罗列算法包的使用。 面向前沿问题: 覆盖了当前地球物理勘探、无损检测以及先进材料评估中的核心挑战。 本书适合具备固体力学、应用数学或计算物理背景的高年级本科生、研究生及相关领域研究人员阅读和参考。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我拿到这本书的时候,以为会是一本比较通俗易懂的科普读物,讲述地震波是如何在地球中传播的。所以,当我翻开第一页,看到密密麻麻的公式和符号时,内心是有点懵的。这本书的风格非常学术化,更像是大学高年级或者研究生阶段的教材,而不是面向普通大众的读物。它直接切入主题,从最基础的力学原理和数学工具开始,一点一点地构建起对地震波传播的理论框架。 书中的概念介绍非常精炼,几乎没有用生活中的例子来辅助说明。比如,在讲解介质的弹性性质时,它会直接给出泊松比、杨氏模量的定义,以及它们与应力和应变的关系,而不是像一些科普读物那样,用拉伸橡皮筋来类比。这种方式的好处是信息量大,而且严谨,但缺点也很明显,就是对于没有相关背景知识的读者来说,理解起来会非常吃力。我尝试去理解书中关于应力张量的部分,感觉自己就像是在阅读一本外星文明的教科书,充满了陌生的符号和概念。 这本书对于数学的要求很高,微积分、线性代数这些基础知识是必不可少的。书中很多推导过程都依赖于这些数学工具,如果对数学不熟悉,那么理解书中内容将会是一项艰巨的任务。我看到了书中反复出现偏微分方程,以及如何利用这些方程来描述波的传播,这让我意识到,要真正掌握这本书的内容,必须具备扎实的数学功底。 当然,尽管阅读起来有难度,但我也能感受到这本书的价值所在。它提供了一个非常完整和深入的理论体系,能够让读者对地震波传播的本质有深刻的认识。书中的逻辑性很强,层层递进,一旦理解了某个概念,后面的内容也就更容易理解。我在阅读关于能量耗散的章节时,就体会到了这一点。通过对数学模型的分析,我能够更清晰地理解为什么地震波在传播过程中会逐渐减弱。 总的来说,这本书是一本非常专业且深入的学术专著。它适合那些希望系统学习地震波传播理论,并且具备较强数学和物理基础的读者。对于普通读者或者希望了解地震波基本概念的人来说,这本书可能过于晦涩和专业。它更像是一本“工具书”,需要读者带着问题,带着知识储备去阅读,才能从中获益。

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我当初选择这本书,是希望能对地震波在各种介质中的传播有一个比较宏观和直观的认识,最好能有一些实际应用的例子。然而,拿到书后,我发现它的内容比我预想的要严谨得多,也更偏向理论研究。书中花了大量的篇幅来讨论各向同性固体介质的力学性质,以及如何用数学模型来描述这些性质。 书中的语言风格非常学术化,充斥着各种专业术语和公式。我感觉作者并没有刻意去简化概念,而是希望读者能够直接接触到最原始、最精炼的科学描述。例如,当我阅读到关于弹性常数的章节时,书中直接给出了复杂的数学表达式,而很少有通俗的解释。这让我每次阅读都需要反复对照,或者需要查阅其他的资料来辅助理解。我尝试去理解书中关于波在不同界面反射和折射的公式,感觉自己就像在学习一门新的语言,需要一点点去破译。 这本书的逻辑结构非常清晰,但其内容深度也意味着较高的阅读门槛。它并不是一本可以随便翻阅的书,而是需要读者静下心来,一步一步地去理解。书中提供的数学推导过程非常详尽,但这也使得阅读过程变得相对缓慢。我有时候会觉得,为了理解一个概念,需要花费好几个小时去钻研公式。 虽然阅读过程有些挑战,但我也能感受到这本书的学术价值。它为地震波传播提供了一个坚实的理论基础,能够帮助读者深入理解各种现象背后的物理原理。书中对各种波的数学描述,以及它们在介质中的行为,都经过了严谨的推导和论证。我在阅读关于表面波的章节时,就深刻体会到了这一点。书中的推导让我能够理解表面波是如何产生的,以及它的传播特性。 总而言之,这是一本内容非常充实且理论性强的学术著作。它更适合那些有一定物理和数学基础,并且对地震波传播的理论研究感兴趣的读者。对于想要快速了解地震波基础知识或者对其在实际应用中的表现感兴趣的读者来说,这本书可能不是最佳选择,它更像是一份深入的学术研究报告。

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这本书给我的感觉是,它像是直接将一个非常专业的领域“切开”,然后展示出其精密的内部结构。并没有过多的铺垫或者引言,直接就进入了各个概念的深入探讨。例如,关于波的描述,它并没有从“波是什么”这样基础的问题开始,而是直接讨论了各种波的类型、它们的数学表达式以及在不同介质中的行为。这使得我每次阅读都需要时刻保持高度的专注,生怕漏掉一个关键的公式或者一个重要的定义。 它的语言风格也比较“硬核”,充满了专业术语,并且很少有解释性的文字来辅助理解。比如,当我看到“张量”、“矩阵”这些词汇时,虽然知道它们是数学工具,但在书中上下文语境下,它们的作用和意义就显得有些模糊。我感觉作者默认读者已经具备了相关的数学和物理背景知识,可以直接理解这些专业性的表述。这对我来说,就像是走进了另一个语言体系,需要花费大量时间去翻译和理解。 不过,这本书的优点也正是在于它的“不妥协”。它没有任何“注水”的内容,每一页都承载着丰富的理论信息。对于那些希望在地震波传播领域打下坚实理论基础的读者,这本书无疑是一个宝藏。它提供了深入探究问题的工具和视角,让你能够看到问题的本质,而不是停留在表面。我在阅读关于波的叠加和干涉时,就感受到了这种深度。书中对这些现象的数学描述非常精确,能够让人理解到其背后复杂的物理过程。 当然,这种深度也带来了一定的门槛。我常常会发现自己需要不断地回顾前面的章节,或者查阅其他的参考资料,才能完全理解当前的论述。这本书并没有提供“捷径”,它要求读者通过自身的努力去构建知识体系。我在尝试理解书中关于阻尼耗散的章节时,就深切体会到了这一点。大量的数学推导,让我一度感到有些迷茫。 总的来说,这本书是一本严谨而专业的学术著作。它的优点在于内容的深度和理论的完备性,但缺点也可能在于其较高的阅读门槛。它更适合那些已经拥有一定基础,并且愿意投入大量时间和精力去钻研的读者。对于我来说,这是一次挑战,也可能是一次成长的机会,但前提是我愿意付出更多的努力去解读它所承载的知识。

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我拿到这本书的时候,以为它会像一本有趣的科学故事集,讲述地震波是如何穿透地球,揭示地底秘密的。所以,当我打开书,看到大量的数学公式和专业术语时,我感到有些意外,也有些不知所措。这本书的内容更偏向于理论物理和地球物理学的前沿研究,而不是面向大众的科普读物。 书中对于概念的引入非常直接,几乎没有过渡性的解释。例如,在讲解地震波的传播速度与介质性质关系时,书中直接给出了各种弹性模量和密度如何影响波速的公式,而不是像一些科普书那样,用“声音在水里比在空气中传播得快”这样的类比来引入。这种精炼的表达方式,虽然信息量很大,但对于缺乏相关背景的读者来说,会显得有些晦涩。我每次阅读都需要反复对照,才能理解一个简单的概念。 这本书对数学的要求相当高,微积分、矢量分析、张量分析等都是书中常用的工具。很多章节的论证过程都依赖于这些数学工具,如果对数学不熟悉,那么阅读起来将非常困难。我看到书中关于应力-应变关系的推导,就意识到了这个问题。大量的数学运算,让我一度感到有些吃力,需要花费很多时间去消化。 尽管阅读难度不小,但我也能感受到这本书的学术深度和严谨性。它为地震波传播提供了一个非常扎实的理论框架,能够帮助读者深入理解各种现象背后的物理原理。书中对波的产生、传播、衰减等过程的数学描述,都非常精确和完整。我在阅读关于波的散射和衍射章节时,就深刻体会到了这一点。书中的数学模型,让我能够更清晰地理解这些复杂的物理现象。 总而言之,这是一本非常专业和深入的学术著作。它适合那些具备较强的物理和数学基础,并且对地震波传播的理论研究有浓厚兴趣的读者。对于希望了解地震波基本知识或者对其在实际应用中的表现感兴趣的普通读者来说,这本书可能过于艰深。它更像是一本需要反复研读的学术专著,需要读者投入大量的时间和精力去理解。

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这本书我大概翻了一下,感觉它更像是一本面向已经有所基础的读者的入门书,而不是那种从零开始讲解一切的教科书。书中涉及的数学理论部分,比如梯度、散度、旋度等等,如果没有事先接触过,可能会觉得有点吃力。当然,这本身也说明了它内容的扎实。我特别留意了它在讲解地震波的某些性质时,举的例子和推导过程都比较严谨,看得出来作者在理论构建上花费了不少心思。 但是,对于我这样一名对地震波传播只有模糊概念的初学者来说,这本书的“不友好”之处在于,它很少直接给出直观的比喻或者类比来帮助理解。比如,当讲到波在介质中的衰减时,它更多的是从数学公式层面去解释,而我更希望听到一些形象的描述,比如“这就像你在水里扔一块石头,产生的涟漪会越来越小”,或者“声波在空气中传播得越远,声音就会越轻”。这种感觉上的缺失,让我在理解某些抽象概念时,需要花费更多的精力去进行二次解读,或者需要结合其他的资料来辅助理解。 另一方面,这本书在某些方面确实展现了其独特的价值。比如,在描述各向同性固体介质的力学行为时,它提供了一个非常系统和详细的框架。我看到书中对弹性模量、泊松比等参数的介绍,以及这些参数如何影响波速和波的传播方向,都写得很透彻。特别是它对弹性张量和刚度矩阵的推导,虽然过程繁复,但逻辑清晰,让人能够理解这些抽象的数学工具是如何被用来描述物理现象的。 然而,书中对于实际应用案例的篇幅相对较少,这让我有些遗憾。我知道这本书的重点在于理论,但如果在理论讲解的间隙,能够穿插一些实际的地震勘探、工程监测等方面的例子,说明这些理论是如何在实际中发挥作用的,那就更好了。比如,在讨论横波和纵波的区别时,如果能提及它们在地震波勘探中各自扮演的角色,或者在评估地质构造时的重要性,相信会大大增强这本书的吸引力和实用性。 总的来说,这是一本值得深入研究的学术著作,对于有志于在地震波传播领域深造的读者来说,它提供了一个坚实的基础。书中的公式和推导都经过了精心设计,展现了作者深厚的学术功底。然而,对于那些希望快速了解地震波传播基本原理,或者希望将知识应用于实践的读者而言,可能还需要一些额外的努力去消化和补充。它更像是一块需要细细品味的硬糖,虽然初入口感不一定能讨所有人喜欢,但细嚼之下,却能品出其中蕴含的丰富内涵。

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