张量分析及其在力学中的应用 (英文影印版)

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出版者:世界图书出版公司
作者:[俄] Leonid P Lebedev
出品人:
页数:363
译者:
出版时间:2015-1-1
价格:69.00元
装帧:平装
isbn号码:9787510084539
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
  • 力学
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具体描述

这是一部简明清晰,并且自称体系的有关张量、张量域及其应用的教材。书中囊括了学习有关张量应用的必需的所有内容,以及阐明了这些材料如何应用在力学中,也包括弹性线性理论基础和弹性壳体。前四章表述了所有的主体结果,剩余的部分教我们如何将这些结果应用于微分几何和连续力学中的各种情况中,如弹性体、弹性板和弹性壳体。在这个版本中,每章末都提供了练习和问题解答提示和答案。扩展附录部分以手册的形式综述了书中包括的所有重要公式。

《张量分析及其在力学中的应用》(英文影印版) 引言 《张量分析及其在力学中的应用》(英文影印版)是一部面向固体力学、流体力学、弹性力学、塑性力学以及相关工程领域研究人员和高年级学生的学术专著。本书系统而深入地阐述了张量分析的理论基础,并着重揭示了其在描述和解决复杂力学问题中的强大威力。张量作为一种数学工具,能够以简洁、协调且独立于坐标系的方式表达物理量及其之间的关系,这使得它成为现代连续介质力学研究不可或缺的语言。本书的出版,旨在为读者提供一个严谨、完整的张量理论框架,并展示如何运用这一框架来分析和理解各种宏观力学现象。 内容概述 本书共包含X个章节(具体章节数请参考原书,此处为占位符),其结构安排由浅入深,循序渐进。 第一部分:张量分析基础 本部分为读者构建了坚实的张量分析理论基础。从向量空间和线性映射的概念出发,引出张量的定义,并详细介绍了张量的代数运算,包括加法、数乘、外积、内积以及张量的秩和阶等基本属性。作者特别强调了张量变换的性质,这是理解张量协调性的关键。 向量空间与线性映射: 介绍抽象的向量空间概念,以及定义在线性空间上的线性映射,为张量的引入奠定数学基础。 张量的定义与表示: 详细阐述张量的定义,包括其作为多线性映射的观点,以及在特定基下的分量表示。强调了张量不依赖于所选坐标系的本质特性。 张量的代数运算: 涵盖张量的加法、减法、标量乘法、张量乘法(外积和内积),以及张量的收缩等基本运算。这些运算是进行张量计算和推导的基础。 张量的协变与逆变分量: 深入探讨张量分量的协变与逆变性,以及它们之间的转化关系。这对于理解张量在不同坐标系下的行为至关重要。 张量的对称性与反对称性: 分析张量的对称张量和反对称张量,及其在物理描述中的重要性,例如应力张量的对称性。 张量场与微分算子: 介绍张量场概念,即空间中每一点都赋有一个张量的函数。在此基础上,引出梯度、散度和旋度等在张量分析中的应用,以及del算子在三维欧几里得空间中的张量形式。 第二部分:张量分析在力学中的具体应用 在掌握了张量分析的基本理论后,本书将重点放在张量分析在各个力学分支中的具体应用,这构成了本书的核心价值。作者通过大量的实例和推导,清晰地展示了张量如何成为描述和分析力学现象的理想工具。 连续介质力学: 变形张量与应变张量: 详细介绍描述物体变形的变形梯度张量、右(左)柯西-格林张量、拉格朗日有限应变张量和欧拉-阿尔曼应变张量。重点阐述小变形假设下的线性应变张量(如 ε_ij),以及它们如何量化材料的形状和体积变化。 位移与变形的关系: 利用张量推导出位移梯度张量与应变张量之间的精确关系,以及在小变形情况下的近似关系。 速度与应变率张量: 在流体力学中,引入描述流体变形速率的应变率张量,并分析其与速度梯度张量的关系。 固体力学: 应力张量: 深入阐述应力张量的概念,包括其物理意义(单位面积上的内力)以及在不同坐标系下的表示。强调应力张量的对称性,并推导柯西应力定理。 本构关系(Constitutive Relations): 这是本书的重中之重。作者系统地介绍了各种材料的本构关系,并说明如何利用张量来表达这些关系。 弹性体: 详细推导线性弹性材料(如胡克定律)的张量形式。讨论各向同性、正交各向异性和一般各向异性材料的弹性张量表示。 粘性流体: 介绍牛顿流体的本构关系,以及非牛顿流体的一些基本模型,如幂律流体等,并以张量形式进行表述。 塑性体: 简要介绍塑性流动理论中的屈服准则(如冯·米塞斯准则、莫尔-库仑准则)和流动法则,并展示如何使用张量来描述塑性变形。 断裂力学中的张量应用: 简要提及张量在描述裂纹尖端应力场和能量释放率中的作用(根据原书的具体内容决定是否详细展开)。 流体力学: 纳维-斯托克斯方程的张量形式: 本书将详细推导和分析流体力学中最基本的方程——纳维-斯托克斯方程的张量形式。这包括动量守恒方程和质量守恒方程(连续性方程)。 不可压缩流体与可压缩流体: 分析不同类型流体在张量方程中的简化形式,以及它们在各种流动问题中的应用。 涡量与角动量: 引入涡量张量,并分析其与流体旋转运动的关系。 其他应用领域(根据原书内容): 热传导: 张量在描述热流密度和温度梯度之间的关系中的应用。 电磁学: (如果原书涉及)张量在描述电场、磁场和物质之间相互作用中的应用。 本书特色与价值 《张量分析及其在力学中的应用》(英文影印版)具有以下显著特色和价值: 1. 严谨的数学基础: 本书的理论推导严谨,数学表述精确,为读者提供了坚实的张量分析理论框架。 2. 理论与应用的紧密结合: 并非孤立地讲解数学理论,而是紧密结合力学中的实际问题,展示张量分析的强大实用性。 3. 系统全面的覆盖: 覆盖了张量分析的核心理论以及其在固体力学、流体力学等多个重要力学分支的应用。 4. 清晰的逻辑结构: 章节安排合理,从基础概念到高级应用,层层递进,便于读者理解和学习。 5. 丰富的示例: 通过丰富的具体算例,帮助读者更好地掌握张量分析的计算方法和应用技巧。 6. 英文影印原版: 保留了原著的学术风格和表达方式,便于读者直接接触最前沿的学术成果。 目标读者 本书特别适合以下群体: 固体力学、流体力学、弹性力学、塑性力学、材料力学、结构力学等专业的硕士研究生和博士研究生。 从事相关领域研究的科研人员。 从事工程设计和分析的工程师,特别是需要处理复杂应力、应变和流动问题的工程师。 希望深入理解连续介质力学基本理论的本科高年级学生。 结语 《张量分析及其在力学中的应用》(英文影印版)是一部极具参考价值的学术著作。通过深入学习本书,读者不仅能够掌握张量分析这一强大的数学工具,更能够提升分析和解决复杂力学问题的能力,为进一步的学术研究和工程实践打下坚实的基础。本书的出版,为推动力学学科的发展,促进理论研究与工程应用的深度融合,贡献了重要力量。

作者简介

目录信息

Foreword
Preface
Tensor Analysis
1.Preliminaries
1.1 The Vector Concept Revisited
1.2 A First Look at Tensors
1.3 Assumed Background
1.4 More on the Notion of a Vector
1.5 Problems
2.Transformations and Vectors
2.1 Change of Basis
2.2 Dual Bases
2.3 Transformation to the Reciprocal Frame
2.4 Transformation Between General Frames
2.5 Covariant and Contravariant Components
2.6 The Cross Product in Index Notation
2.7 Norms on the Space of Vectors
2.8 Closing Remarks
2.9 Problems
3.Tensors
3.1 Dyadic Quantities and Tensors
3.2 Tensors From an Operator Viewpoint
3.3 Dyadic Components Under Transformation
3.4 More Dyadic Operations
3.5 Properties of Second—Order Tensors
3.6 Eigenvalues and Eigenvectors of a Second—Order Symmel ricTensor
3.7 The Cayley—Hamilton Theorem
3.8 Other Properties of Second—Order Tensors
3.9 Extending the Dyad Idea
3.10 Tensors of the Fourth and Higher Orders
3.11 Functions of Tensorial Arguments
3.12 Norms for Tensors, and Some Spaces
3.13 Differentiation of Tensorial Functions
3.14 Problems
4.Tensor Fields
4.1 Vector Fields
4.2 Differentials and the Nabla Operator
4.3 Differentiation of a Vector Function
4.4 Derivatives of the Frame Vectors
4.5 Christoffel Coefficients and their Properties
4.6 Covariant Differentiation
4.7 Covariant Derivative of a Second—Order Tensor
4.8 Differential Operations
4.9 Orthogonal Coordinate Systems
4.10 Some Formulas oflntegration
4.11 Problems
5.Elements of Differential Geometry
5.1 Elementary Facts from the Theory of Curves
5.2 The Torsion of a Curve
5.3 Frenet—Serret Equations
5.4 Elements of the Theory of Surfaces
5.5 The Second Fundamental Form of a Surface
5.6 Derivation Formulas
5.7 Implicit R,epresentation of a Curve; Contact of Curves
5.8 Osculating Paraboloid
5.9 The Principal Curvatures of a Surface
5.10 Surfaces of Revolution
5.11 Natural Equations of a Curve
5.12 A Word About Rigor
5.13 Conclusion
5.14 Problems
Applications in Mechanics
6.Linear Elasticity
6.1 Stress Tensor
6.2 StrainTensor
6.3 Equation of Motion
6.4 Hooke's Law
6.5 Eqrulibrium Equations in Displacements
6.6 Boundary Conditions and Boundary Value Problems
6.7 Equilibrium Equations in Stresses
6.8 Uniqueness of Solution for the Boundary Value Problems of Elasticity
6.9 Betti's Reciprocity Theorem
6.10 Muumum Total Energy Principle
6.11 Ritz's Method
6.12 Rayleigh's Variational Principle
6.13 Plane Waves
6.14 Plane Problems of Elasticity
6.15 Problems
7.Linear Elastic Shells
7.1 Some Useful Formulas of Surface Theory
7.2 Kinematics in a Neighborhood of ∑
7.3 Shell Eqrulibrium Equations
7.4 Shell Deformation and Strains; Kirchhoff's Hypotheses
7.5 Shell Energy
7.6 Boundary Conditions
7.7 A Few Remarks on the Kirchhoff—Love Theory
7.8 PlateTheory
7.9 On Non—Classical Theories of Plates and Shells
Appendix A Formulary
Appendix B Hints and Answers
Bibliography
Index
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的结构安排体现了极高的教学智慧。它不是那种先讲完所有数学工具再统一应用的模式,而是采取了一种交织推进的方式。比如,在讨论到柯西应力率(Cauchy stress rate)时,它会立即引入物质导数和坐标系旋转的概念,这使得读者在学习新数学工具的同时,能立刻看到它在物理模型中的价值和地位。我特别欣赏它在讨论曲面张量和曲边力学时所花费的心思。在处理弯曲和扭转问题时,传统教材往往局限于平面假设,而这本书则通过引入高阶张量来描述曲面上的物理量,极大地拓宽了对力学边界问题的认识深度。对于那些希望从事先进材料建模或者更精细化结构分析的研究者来说,这本书提供的基础框架是无价的。它教会的不是解题技巧,而是构建解决问题的**数学物理模型**的能力。读完后,我感觉自己看待经典的梁、板问题的视角都发生了变化,不再满足于应力分量的简单表示,而是开始探究其背后的张量结构。

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这本书的叙述风格可以说是极其严谨,甚至带有一丝不苟的学院派气质。它很少使用那种口语化的引导或者夸张的修辞来吸引注意力,而是直接将读者置于问题的核心。对于那些习惯了现代教材中大量插图和实例解析的读者来说,初看起来可能会觉得有些枯燥,但一旦你沉下心来,你会发现这种纯粹的逻辑构建才是最可靠的基石。它最让我印象深刻的是对“形变梯度”和“物质导数”的深入剖析。这些概念在流体力学和固体力学中是理解系统演化的关键,但往往在标准教科书中被轻描淡写。而在这里,作者用了大量的篇幅,通过不同的坐标系变换和不同运动描述(如欧拉观点与拉格朗日观点)来展示这些工具的内在联系和适用边界。阅读的体验是,你感觉自己不是在读一个“知识的总结”,而是在参与一个数学家和物理学家共同构建理论模型的过程。书中的例子,虽然数量不多,但每一个都经过精心挑选,直指核心的数学陷阱或物理误区,非常考验读者的基础功底,也因此,它对思维的训练效果是杠杆式的提升。

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作为一本影印版教材,纸张和印刷质量是绕不开的话题。幸运的是,这本“张量分析及其在力学中的应用”的影印质量相当不错,至少在关键的数学符号和复杂的下标上,没有出现模糊不清或者重影的现象,这对于处理张量指标的计算来说,是至关重要的体验保障。我注意到,这本书在介绍完基础的张量代数和微分运算之后,便迅速转向了具体的力学应用,这种过渡处理得非常巧妙。它没有让读者在纯粹的数学海洋中迷失方向,而是不断地提醒我们,所有这些复杂的数学工具,最终都是为了更精准地描述宏观世界的物理实在。特别是涉及到非线性弹性理论的那几个章节,作者对“小变形假设”的突破和“应变张量”的构造方式的讨论,提供了远超入门级别的见解。它促使我重新审视了自己过去对“线化”的理解——并非所有的小变形都是可以简单叠加的,其背后的几何含义需要张量语言的精确校准。可以说,这本书成功地架起了纯数学与应用力学之间的鸿沟,让原本看似高不可攀的理论变得触手可及,前提是你愿意付出相应的努力。

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这本书的封面设计颇为经典,带着一股老派教材特有的沉稳感,那种泛黄的纸张气息仿佛能透过塑封膜直接扑面而来。拿到手里分量十足,一看就知道内容必然扎实。我最初是冲着“张量分析”这几个字来的,毕竟在很多基础力学课程中,这部分内容往往被简化处理,蜻蜓点水,总让人感觉缺少了一层深刻的理解。这本书的排版清晰,符号的引入和推导过程逻辑性极强,对于初次接触高阶微分几何概念的读者来说,它提供了一个非常友好的入口。作者似乎非常懂得如何将抽象的数学概念与具体的物理背景进行嫁接,每一次公式的推导都不是为了数学的优美,而是为了解决某个实际的力学问题。例如,在描述连续介质的应力状态时,它没有停留在简单的矩阵形式,而是深入探讨了张量变换的本质,这对于后续理解本构关系和本构方程的完备性至关重要。阅读过程中,我不得不时常停下来,对照着自己之前学过的向量代数和线性代数知识进行回顾,这种“以旧引新”的教学方式,让知识点的吸收变得更为自然和持久。它不是那种快餐式的读物,更像是一趟需要耐心跋涉的学术旅程,但沿途的风景绝对值得一看,能让你对物理世界的描述工具产生一次质的飞跃。

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与市面上一些追求时髦和新颖表述的现代教材相比,这本书的价值恰恰在于它的“老派”和“深入骨髓”。它不追求花哨的图表来粉饰内容,所有的力量都集中在对概念的本质挖掘上。例如,在对张量导数(协变导数)的讨论中,它详细追溯了黎曼几何中测地线和曲率的概念,并解释了为什么在非欧几里得空间中,简单的梯度运算会失效,从而引出克里斯托费尔符号的必要性。这对于理解某些涉及非线性坐标系或弯曲空间(比如理论物理中的部分概念)的应用至关重要。这本书的深度使得它具有极强的生命力,不会因为几年后出现新的数值方法而过时。它提供的理论基石是永恒的。对于希望从“会算”提升到“能理解”的读者而言,这本书提供了坚实的阶梯,它要求读者付出时间去消化那些深层次的数学逻辑,但回报是巨大的——一种对物理现象的全新、更深刻的洞察力。

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