电路分析

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出版者:机械工业出版社
作者:许信玉
出品人:
页数:318
译者:
出版时间:2007-8
价格:30.00元
装帧:
isbn号码:9787111219545
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

电路分析,ISBN:9787111219545,作者:许信玉 主编

工业革命的火花:机械动力学与材料科学前沿探索 书籍简介 本书深入剖析了自第一次工业革命以来,机械动力学与材料科学两大核心工程学科的演进脉络、关键理论突破及其在现代工业体系中的应用与融合。全书聚焦于系统地阐述经典力学原理在复杂机械系统设计中的应用,并紧密结合新兴材料的特性,展现了驱动现代工程进步的两大支柱如何相互赋能,共同推动技术边界的拓展。 第一部分:经典动力学基础与高级建模 本部分首先回归基础,对牛顿运动定律、拉格朗日方程和哈密顿原理进行了严谨而深入的阐述。重点不仅在于公式的推导,更在于如何将这些抽象的数学工具应用于实际的工程问题。 1.1 刚体动力学与多体系统仿真: 详细探讨了复杂机械结构(如机器人手臂、航空发动机叶片组)的运动学和动力学建模方法。引入了欧拉-泰特-布朗(Euler-Tait-Bryan)角及四元数在描述旋转运动中的优势与限制,并对比了牛顿-欧拉法和拉格朗日法的计算效率与适用场景。特别设立章节专门讨论多体系统(MBS)仿真中的约束处理技术,如使用惩罚法、坐标分区法和约束方程求解器,以确保高精度和实时性。 1.2 振动理论与控制: 聚焦于机械系统的固有特性识别与振动抑制。内容涵盖单自由度、多自由度系统的自由振动和强迫振动分析。引入了模态分析(Modal Analysis)的核心概念,包括频响函数、阻尼比的确定。在主动控制方面,系统介绍了主动隔振技术(Active Vibration Control, AVC)的反馈控制策略,如PID控制和更先进的LQR(Linear-Quadratic Regulator)最优控制在抑制机械共振中的应用。讨论了随机激励下的振动响应分析,为恶劣工作环境下的设备可靠性设计提供理论支撑。 1.3 非线性动力学: 深入探讨了工程中常见的非线性现象,如摩擦阻尼、间隙(Backlash)和几何非线性对系统行为的显著影响。通过相平面分析、庞加莱截面法,展示了如何识别系统的混沌行为和周期性振荡。针对这些非线性问题,提出了基于赫兹接触理论的接触力建模以及非线性降阶模型(ROM)的构建方法,以应对高速和高载荷工况下的精确预测需求。 第二部分:材料科学的革新与性能调控 本部分将视角转向支撑机械系统的基石——材料,探讨了材料结构、性能之间的内在联系,以及如何通过微观设计实现宏观性能的突破。 2.1 晶体塑性与本构关系: 摒弃传统的经典弹性-塑性模型,转而深入研究晶体塑性理论(Crystal Plasticity Theory, CPT)。详细阐述了位错运动、滑移系统激活机制,以及如何将这些微观行为耦合到宏观本构方程中,以准确预测金属在复杂应变路径下的强化行为和织构演化。特别关注了应变梯度理论在描述材料尺寸效应和梯度材料性能时的应用。 2.2 先进结构材料的微观结构控制: 重点分析了为提升强度、韧性和耐腐蚀性而进行的人工微观结构调控。详细介绍了几种关键材料体系: 高熵合金(HEA): 探讨其“高熵效应”、“迟滞效应”等特性,以及如何通过合金成分设计实现极端的力学性能平衡。 陶瓷基复合材料(CMC): 分析纤维/基体界面设计对断裂韧性的影响,以及其在高温燃气轮机部件中的应用潜力。 功能梯度材料(FGM): 阐述梯度设计如何解决材料性能不匹配导致的界面应力集中问题。 2.3 疲劳、断裂与损伤容限设计: 疲劳仍是机械结构失效的首要原因。本章整合了基于应力、应变和能量的疲劳寿命预测方法。深入对比了S-N曲线法、Paris裂纹扩展定律以及基于断裂韧性的弹塑性断裂力学(EPFM)。详细讲解了增量损伤模型和寿命累积法则(如Miner法则)在预测随机载荷下的疲劳损伤中的局限性与改进方向。 第三部分:动力学与材料的耦合分析——跨学科前沿 本书的价值核心在于展示了动力学与材料科学如何通过多物理场耦合模拟,解决现实世界中的复杂工程难题。 3.1 压电效应与智能结构: 讨论了压电材料作为传感器和执行器的集成,如何实现机械系统的状态监测与主动控制。重点在于耦合压电效应的动力学模型建立,包括电-机-热三场耦合,用于分析智能阻尼器或自修复结构的工作机理。 3.2 冲击与高速动力学: 针对高超音速飞行器、装甲防护等领域,分析材料在极高应变率下的本构响应(如Johnson-Cook模型),以及冲击波的传播与材料内部的损伤演化。强调了使用光滑粒子流体力学(SPH)或有限元法(FEM)结合材料损伤模型,对爆炸和碰撞过程进行精确模拟的方法论。 3.3 增材制造(AM)中的热-力-冶金耦合: 探讨了增材制造过程(如选区激光熔化, SLM)中,快速的熔化与凝固过程如何直接影响最终部件的微观组织和残余应力分布。本书构建了描述激光热源、材料液相动力学、晶粒生长和最终残余应力释放的完整耦合模型,为优化制造参数,保证打印件的力学性能提供理论指导。 结论:迈向自主智能系统 全书最后总结了当前工程界面临的挑战,并展望了基于数据驱动的“数字孪生”概念,如何将复杂的动力学模型与实时的材料状态监测数据相结合,实现机械系统的自适应优化和故障预警,从而开启下一代高性能、高可靠性工程系统的设计新纪元。本书内容结构严谨,理论深度与工程实践紧密结合,适合从事高级机械设计、结构分析、材料研发及相关领域的研究人员和工程师参考使用。

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读完这本教材,我感觉像是经历了一场彻底的思维重塑。这本书的结构安排极其巧妙,它不是简单地从基础到高阶的线性堆砌,而是在每章的开头都设置了一个引人入胜的“现实挑战”或“历史背景”,这极大地激发了我探究背后物理原理的欲望。举个例子,在讲解二端口网络(two-port networks)时,作者并没有一开始就强迫读者去记忆Y参数、Z参数和H参数的矩阵形式,而是先用一个关于信号匹配和隔离的实际应用场景来引入,让我们明白为什么要定义这些参数,它们各自的优势和适用范围在哪里。这种“需求驱动”的教学方法,让原本枯燥的参数推导过程充满了逻辑上的必然性,而不是单纯的符号运算。我对其中关于最大功率传输定理的论证过程印象尤其深刻,作者不仅展示了经典的复共轭匹配法,还花了大量篇幅去讨论了在实际信号源内阻存在非零电阻分量时,如何修正这一结论以适应现实世界,这种对理论边界的不断探索和拓宽,远超出了我预期的普通教材内容。

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这本书的排版和图示设计简直是一股清流,它彻底摆脱了那种陈旧、密不透风的教科书风格。插图清晰、信息密度适中,色彩的使用非常克制和有效,主要用于区分不同电位、电流方向或者不同激励源。我在阅读关于磁耦合电路和理想变压器原理的部分时,深切体会到了这一点。作者用一组精妙的等效电路图,将原本因为符号定义繁多而容易混淆的互感关系,清晰地可视化了。特别是对“磁通的相互作用”那部分的解释,通过动态的图形展示了能量如何在初级和次级线圈之间转移和耦合,这种直观性极大地加速了我的理解进程。不同于其他书籍只是简单地画出耦合线圈,这本书还加入了一个小的“实验模拟”环节的文字描述,探讨了如果耦合系数K接近零或等于一时,电路性能会发生哪些根本性的变化,这种细微之处的关注,体现了作者对教学体验的极致追求,阅读起来非常舒适且高效。

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坦白说,这本书的深度是令人敬畏的,它绝非为初学者准备的“入门向导”,而更像是为那些渴望掌握核心原理的工程师量身定做的“精研手册”。文字风格非常凝练、精准,几乎没有一句废话,每一个术语的引入都伴随着严格的数学定义和清晰的物理意义阐释。我花了好大力气才啃完了关于三相交流电路平衡与不平衡负载分析的那几章。特别是对相量分析(phasor analysis)的深入挖掘,书中对虚数在周期性交流稳态分析中的不可替代性,进行了近乎哲学层面的论证,让人不得不佩服作者对基础数学工具的深刻理解。书中提供的习题设计也极具挑战性,它们往往不是孤立的计算题,而是需要综合运用多章知识才能解决的综合性设计问题,这迫使我必须在大脑中构建起一个完整的电路系统图景,而不是仅仅停留在局部元件的分析上。这本书的价值在于,它迫使你思考“为什么”,而不是只告诉你“怎么做”。

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这本书真是让人眼前一亮,完全颠覆了我对传统技术书籍的刻板印象。它的叙述方式非常流畅自然,仿佛一位经验丰富的导师在你耳边娓娓道来,而不是冷冰冰的公式堆砌。我特别欣赏作者在讲解复杂概念时所展现出的耐心与清晰度,比如在深入探讨傅里叶级数和拉普拉斯变换的收敛性问题时,作者并没有直接抛出结论,而是通过一系列精心设计的类比和图形化的解释,将那些抽象的数学工具变得触手可及。读到涉及瞬态响应的部分,我深感作者对实际工程问题的深刻洞察力,书中对RLC电路在不同激励下的动态行为分析,其细腻程度令人赞叹。尤其是对阻尼比(damping ratio)的分类讨论,不仅给出了严谨的数学定义,还结合了实际反馈系统中的“过阻尼”、“欠阻尼”和“临界阻尼”现象进行了生动的对比,这使得理论知识与工程实践之间的鸿沟被有效地架设起来。此外,书中对网络定理的引入和应用,如米勒定理在简化复杂运算放大器电路中的妙用,都体现了作者在知识组织上的高超技巧,整体阅读体验是极佳的学习享受,让人愿意主动沉浸其中,细细品味每一个知识点。

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这本书最让我印象深刻的,是它处理非线性元件和高级分析方法的态度——既不回避复杂性,又提供切实可行的简化路径。我一直对二极管和晶体管的等效电路模型感到头疼,但作者在介绍这些器件的分析时,采取了一种层层剥笋的策略。他们首先用理想模型建立概念框架,然后逐步引入容性、阻性效应,并清晰地标明了在不同工作区(如饱和区、截止区)下应采用的简化模型。这种梯度式的引入,让读者能够清晰地分辨出哪些是基础假设,哪些是实际修正。书中对高频效应的讨论也相当到位,比如引入了集肤效应和邻近效应,并用非常直观的图表展示了它们如何影响导线的实际阻抗。总的来说,这本书的广度令人称奇,它在覆盖核心直流、交流稳态分析的同时,还为读者搭建了通往更专业领域如半导体器件和电磁兼容的坚实桥梁,是一本值得反复研读的宝贵资源。

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