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出版者:辽宁大连理工大学

作者:张亚辉，林家浩编

出品人:

页数:263

译者:

出版时间:2007-5

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787561135709

丛书系列:

图书标签:

结构动力学
教材
结构动力学
动力学
结构工程
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工程力学
结构分析

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具体描述

《高等学校理工科力学类规划教材·普通高等教育"十一五"国家级规划教材结构动力学基础》共分7章。主要内容：第1章简单介绍结构动力学问题的研究内容及其与静力问题的主要区别。第2章较详细地介绍了单自由度系统的振动理论和主要求解方法，包括运动方程的建立和无阻尼系统及有阻尼系统自由振动，在简谐荷载、周期性荷载和任意荷载作用下动力响应的求解。第3章介绍多自由度系统振动方程的建立和一些重要求解方法，包括低阶广义特征值问题的简单解法，强迫振动问题的振型分解法和逐步积分法以及复振型方法等。第4章介绍连续系统的振动，主要介绍了杆、梁、板等简单弹性系统自由和强迫振动偏微分方程的基本求解方法。第5章介绍应用能量原理建立结构运动方程以及对运动方程的近似求解。第6章针对更为复杂的结构系统．介绍了有限元动力分析方法的要点，包括质量阵、刚度阵和阻尼阵的生成，大型广义特征值问题的有效解法，复杂问题的动态子结构方法等。第7章介绍了结构随机振动的入门知识，着重介绍平稳随机振动概念和方法。其中包括了由《高等学校理工科力学类规划教材·普通高等教育"十一五"国家级规划教材结构动力学基础》作者提出的高效精确算法——“虚拟激励法”。各章附有习题和答案，以便于读者自学。对于我国高等教育中的工程力学专业来说，结构动力学是一门非常重要的基础课程。为了准确、全面地反映该学科领域内的理论方法及最新发展状况，《结构动力学基础》作者结合多年的教学和科研工作，并吸取了结构动力学近期出现的一些重要成果编写了这本教材。《结构动力学基础》不但注重结构动力学基本概念、理论和方法的介绍，更强调如何应用它们来解决实际的工程问题。《高等学校理工科力学类规划教材·普通高等教育"十一五"国家级规划教材结构动力学基础》已入选教育部普通高等教育“十一五”国家级规划教材。

《结构动力学基础》：一窥动态世界，洞悉万物运行之理在浩瀚的科学殿堂中，物理学如同一座巍峨的山峰，承载着人类对宇宙万物运行规律的求索。而在这座山峰之上，结构动力学无疑是至关重要的一环，它如同精密的齿轮，驱动着我们理解和改造宏观世界的每一个细微之处。本书，《结构动力学基础》，正是通往这座高峰的基石，它将带领读者深入探索那些肉眼难以察觉，却又深刻影响我们生活和技术的动态现象。想象一下，高耸入云的摩天大楼在狂风中摇曳，宏伟的桥梁在车流的重压下微微颤动，精密仪器的内部零件在高速运转时发生的微妙震荡，甚至我们身体内部的心脏搏动，无不都遵循着动力学的法则。这些现象，看似平凡，实则蕴含着深刻的物理原理。本书将抛弃繁复的数学推导，聚焦于动力学现象的本质，以直观的视角和丰富的实例，揭示结构在受到外力作用时如何运动、如何响应，以及如何表现出其独特的动态特性。何为结构动力学？简单来说，结构动力学研究的是当一个结构（例如建筑物、机械部件、桥梁等）受到动态载荷（随时间变化的力，如风力、地震波、机器振动等）作用时，其产生的运动、变形和应力。它关注的是“变化”的力量，以及这种变化如何影响结构的整体行为。与静态力学只关注结构在稳定受力下的平衡状态不同，动力学则将时间维度引入，揭示了结构在动态过程中的瞬态响应、能量传递以及可能发生的共振等现象。本书的核心内容：本书将从最基础的概念出发，循序渐进地构建读者对结构动力学的认知体系。第一部分：基础概念与建模系统描述与自由度：我们将首先学会如何用最精炼的方式描述一个物理系统。什么是“自由度”？它如何决定了一个系统的复杂性？从简单的单自由度系统（如一个弹簧-质量系统）到多自由度系统，我们将理解不同复杂度的模型如何反映真实的物理世界。这里的建模并非抽象的数学游戏，而是将现实世界中的结构转化为可分析的数学模型，为后续的动力学分析奠定基础。质量、刚度与阻尼：这三个是结构动力学中最重要的三个基本属性。质量（Mass）：物质的惯性，决定了结构抵抗速度变化的难易程度。本书将探讨不同类型的质量分布以及它们对系统动态响应的影响。刚度（Stiffness）：结构抵抗变形的能力，通常由材料的弹性模量和结构的几何形状决定。我们将学习如何量化结构的刚度，以及它与位移和力的关系。阻尼（Damping）：能量耗散的机制，它能够减缓结构的振动，并消耗掉振动产生的能量。我们将介绍不同类型的阻尼，如粘性阻尼、结构阻尼等，并理解它们在实际工程中的重要作用，例如如何防止建筑物在地震中倒塌。运动方程的建立：基于上述基本属性，我们将学习如何利用牛顿第二定律或拉格朗日方程等物理原理，建立描述结构运动的数学方程。这些方程是进行动力学分析的核心工具，它们将揭示结构在受到外力时如何根据其质量、刚度和阻尼特性而运动。第二部分：自由振动与固有特性自由振动：当一个结构在不受外力持续作用的情况下，仅因初始的扰动而产生的振动，我们称之为自由振动。本书将详细探讨自由振动的特性，包括振动的频率和振幅。固有频率（Natural Frequency）：每个结构都具有一套属于自己的固有频率。这些频率是结构在不受外力干扰时，最容易以之振动的频率。本书将深入分析如何计算和理解这些固有频率，它们是结构响应的关键决定因素。振型（Mode Shape）：在每个固有频率下，结构都会呈现出特定的振动形态，这被称为振型。本书将通过生动的图示和实例，展示不同自由度系统及其高阶振型的形态，帮助读者直观理解结构在不同频率下如何变形。模态分析（Modal Analysis）：模态分析是结构动力学中的一项基本技术，它旨在确定结构的固有频率和振型。本书将介绍模态分析的基本原理，并阐述其在结构设计和评估中的重要性。理解结构的固有特性，是预测其在外界激励下的行为的第一步。第三部分：强迫振动与共振现象强迫振动（Forced Vibration）：当结构受到周期性或非周期性外力作用时，其产生的振动称为强迫振动。本书将重点分析不同类型外力作用下结构的响应。频率响应（Frequency Response）：结构的响应（如位移、速度、加速度）随激励频率的变化而变化的规律。本书将深入探讨结构的频率响应特性，以及如何通过频率响应函数来预测结构在不同频率下的行为。共振（Resonance）：当施加于结构的外部激励频率接近于结构的固有频率时，结构响应的振幅会急剧增大，这种现象被称为共振。本书将详细阐述共振的发生机理，并通过历史上著名的共振灾难案例（如塔科马海峡大桥的垮塌）来强调理解和避免共振的重要性。我们将学习如何通过改变结构的固有频率或减小结构的阻尼来避免共振的发生。阻尼对强迫振动的影响：阻尼在强迫振动中扮演着至关重要的角色，它能够有效地限制振幅，减缓能量的耗散。本书将分析不同阻尼水平下，结构对外界激励的响应差异。第四部分：阻尼理论与耗能减振阻尼的分类与数学模型：除了前述的基本概念，本书将进一步深入探讨阻尼的各种数学模型，如粘性阻尼、干摩擦阻尼、滞阻尼等，以及它们在不同工程问题中的适用性。阻尼的应用：阻尼不仅仅是动力学分析中的一个参数，更是在工程实践中主动控制振动的关键手段。本书将介绍各种阻尼技术，如隔振器、减震器、粘弹性阻尼材料等，以及它们在汽车、航空航天、建筑等领域的广泛应用，展示如何利用阻尼技术来提高结构的安全性、舒适性和使用寿命。第五部分：瞬态响应分析瞬态响应（Transient Response）：当结构受到非周期性外力（如冲击载荷、地震波）作用时，其响应会随时间衰减直至恢复平衡，这称为瞬态响应。本书将介绍分析瞬态响应的基本方法，如卷积积分和数值积分方法。脉冲响应与阶跃响应：学习如何分析结构对单位脉冲和单位阶跃输入的响应，这有助于理解结构对短暂激励和突然加载的反应。实际应用中的瞬态响应：例如，车辆在颠簸路面上的运动，飞机起降时机翼的变形，以及机械设备在启动和停止时的动态行为，都属于瞬态响应的范畴。本书将通过实例展示如何分析和评估这些瞬态响应，以确保结构的性能和安全性。第六部分：现代结构动力学的展望数值计算方法：随着计算机技术的飞速发展，数值计算方法在结构动力学分析中扮演着越来越重要的角色。本书将简要介绍有限元方法（FEM）等数值技术，以及它们如何帮助我们解决复杂结构动力学问题。随机振动与非线性动力学：触及结构动力学的更深层次领域，如随机振动（当激励是随机的时）和非线性动力学（当结构的响应与激励不成线性关系时），为读者打开进一步探索的大门。未来的发展趋势：简要展望结构动力学在智能结构、自适应减振、高性能材料等领域的未来发展方向。本书的特色：强调物理直觉：本书避免了纯粹的数学推导，而是通过物理图像和类比，帮助读者建立对动力学现象的直观理解。丰富的实例：从宏观的桥梁建筑到微观的仪器设备，本书贯穿了大量贴近现实的工程实例，让抽象的理论变得生动形象。循序渐进的结构：内容编排合理，从基础概念到高级应用，层层递进，适合不同水平的读者。易于理解的语言：采用清晰、简洁的语言，避免使用过于晦涩的专业术语，力求让读者轻松掌握核心知识。谁适合阅读本书？本书特别适合于：土木工程、机械工程、航空航天工程、车辆工程等相关专业的学生。希望深入理解结构动态行为的研究人员。在设计、分析和维护各种工程结构时需要考虑动态效应的工程师。对物理学和工程学交叉领域感兴趣的广大学子和专业人士。《结构动力学基础》，它不仅仅是一本书，更是一扇窗，透过它，您将看到一个充满动态活力的世界。理解结构的动态行为，不仅是实现工程技术的关键，更是我们理解和改造自然、创造更美好未来的重要基石。阅读本书，您将掌握洞察万物运行之理的钥匙，开启您在结构动力学领域的精彩旅程。