Engineering Mechanics Statistics

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出版者:John Wiley & Sons Inc
作者:Sheri D. Sheppard
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2004-12-13
价格:0
装帧:Hardcover
isbn号码:9780471734550
丛书系列:
图书标签:
  • 工程力学
  • 统计学
  • 力学
  • 工程
  • 高等教育
  • 教科书
  • 大学教材
  • 理工科
  • 基础学科
  • 概率论
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具体描述

好的,这是一份关于一本名为《工程力学:静力学原理与应用》的虚构图书的详细简介,该书内容完全不涉及《工程力学:静力学》的范畴。 --- 《高等应用流体力学:湍流模型与计算方法》 作者: 约翰·C·哈珀 博士 出版社: 先驱工程技术出版社 出版年份: 2024年 --- 图书概述 《高等应用流体力学:湍流模型与计算方法》是一本专为研究生、高级工程师以及从事前沿流体力学研究的科研人员量身打造的深度专业著作。本书聚焦于现代流体力学中最具挑战性、但也最具工程实践价值的领域——湍流现象的精确建模、数值模拟以及工程应用。 本书的结构设计旨在弥合理论流体力学(偏向于解析解和经典边界层理论)与现代计算流体力学(CFD)实践之间的鸿沟。它不仅深入探讨了湍流生成和耗散的微观机理,更着重于如何将这些复杂的物理概念转化为可靠的、可计算的数学模型,并应用于航空航天、能源、环境工程等关键领域。本书对经典方法进行了批判性回顾,并重点介绍了近二十年来在湍流建模方面取得的突破性进展。 --- 第一部分:湍流基础与统计描述(第1章至第4章) 本部分为理解湍流的数学和物理基础奠定了坚实的基础。 第1章:流体力学方程回顾与湍流的定性特征 本章首先简要回顾了纳维-斯托克斯(Navier-Stokes, N-S)方程在不可压缩和可压缩流体中的形式,并强调了湍流对这些方程的非线性影响。随后,着重分析了湍流的四大核心特征:随机性、各向异性、涡旋结构和多尺度性。通过对不同雷诺数下流动结构的对比分析,确立了直接数值模拟(DNS)在概念理解上的重要性及其在实际工程中的局限性。 第2章:雷诺平均方程(RANS)的推导与挑战 本章系统推导了雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方程组。详细讨论了“雷诺应力项”的引入及其物理意义,即动量传递中对平均流场影响的湍流效应。重点分析了RANS方法的核心难题:封闭性问题。本章通过数学论证说明了,除非引入额外的湍流模型假设,否则RANS方程组在物理上是不完备的。 第3章:经典湍流长度尺度与能量级串 本章深入探讨了湍流结构中的能量传递机制。引入了Kolmogorov的理论,详细阐述了能量在大尺度涡旋(产生区)向小尺度涡旋(耗散区)传递的级串过程。精确定义了惯性子区的概念,并分析了Kolmogorov微尺度和湍流动能谱密度函数。这部分内容为后续的湍流模型参数设定提供了理论依据。 第4章:湍流的统计描述与二阶矩 本章侧重于统计力学在湍流分析中的应用。详细介绍了湍流动能($k$)和湍流耗散率($epsilon$)等关键的二阶矩的物理意义和工程重要性。讨论了概率密度函数(PDF)方法在描述非均匀湍流场中的优势,以及如何通过遍历性和各态历经性假设简化复杂问题。 --- 第二部分:湍流模型的核心技术(第5章至第8章) 本部分是全书的核心,专注于当前主流和新兴的湍流模型及其数学结构。 第5章:单方程模型与零方程模型的局限性 本章首先回顾了最基础的代数模型(零方程模型,如边界层积分方法)和湍流动能方程($k-epsilon$模型中的$k$方程)所代表的单方程模型。重点分析了这些模型的固有缺陷,尤其是在处理复杂分离流、二次流和壁面近壁区流动时的失效原因。 第6章:标准$k-epsilon$和$k-omega$模型深度解析 本章对目前工业界应用最广泛的Two-Equation模型进行了详尽的分析。 1. $k-epsilon$模型: 详细剖析了该模型中各个常数的物理来源,并严格考察了其在处理应力敏感流动(如强烈旋转和非均匀剪切)时产生的“数值粘性”问题。 2. $k-omega$模型: 重点讲解了该模型如何通过引入$omega$(特定耗散率)来更好地捕捉壁面近壁区流动特征。详细讨论了$k-omega$ SST(Shear Stress Transport)模型的构造原理,特别是其在预测气动外形上的关键优势,包括其对逆压梯度下流动分离点的精确预测能力。 第7章:应力输运模型(Reynolds Stress Model, RSM) 本章将重点放在比Two-Equation模型更高级的RSM上。详细推导了六个雷诺应力分量和湍流动能的输运方程。分析了RSM在处理高度非均匀和三维流动(如曲率效应明显或存在二次流)时的优越性,同时深入讨论了RSM中压力梯度项和涡旋粘性项的代数封闭近似(如线性化的压力场模型)所带来的误差源。 第8章:大涡模拟(LES)的理论框架与滤波技术 本章将视角转向了比RANS更精确的模拟方法——大涡模拟(LES)。详细阐述了过滤操作在LES中的作用,区分了空间过滤和时间过滤。重点分析了亚格子尺度(Subgrid-Scale, SGS)模型的必要性,并详细比较了Smagorinsky模型、动态SGS模型(Dynamic SGS Model)的优缺点及计算实现细节。 --- 第三部分:先进计算技术与工程应用(第9章至第12章) 本部分将理论模型与实际的数值计算环境相结合,探讨现代工程中的前沿课题。 第9章:湍流模型在CFD求解器中的实现 本章关注湍流模型的数值离散化问题。讨论了如何在有限体积法(FVM)框架下,对$k$和$epsilon$(或$omega$)方程进行稳健的数值求解。深入探讨了壁面边界条件的处理策略,包括全尺度壁面函数(Wall Functions)的适用范围,以及低雷诺数模型中对近壁网格的依赖性要求。 第10章:混合方法:从RANS到LES的平滑过渡 本章介绍了混合建模策略,旨在结合RANS的计算效率和LES的精度。重点讨论了分离性漩涡模拟(Detached Eddy Simulation, DES)和全可解析模拟(Fully Resolved Simulation, FRS)的理论基础。特别分析了DES模型中从RANS向LES过渡的“挫败函数”(Fidelity Function)设计,及其在处理复杂边界层转捩过程中的挑战。 第11章:高精度直接数值模拟(DNS)的数据挖掘 虽然DNS计算成本极高,但它提供了最精细的湍流物理信息。本章分析了DNS数据的后处理方法,包括使用降阶模型(Reduced-Order Modeling, ROM)从高维DNS数据中提取关键流场特征。探讨了如何利用机器学习技术,从DNS数据集中提取新的、非线性的湍流壁面边界条件。 第12章:实际工程中的湍流建模案例研究 本章通过三个深入的工程案例,展示了不同湍流模型在实际问题中的适用性和局限性: 1. 高升阻力翼型气动减阻: 使用$k-omega$ SST模型精确预测机翼表面的临界分离点和再附着现象。 2. 燃气轮机叶片内部传热: 结合RSM模型分析复杂旋转和曲率对通道内湍流混合效率的影响。 3. 城市尺度污染物扩散模拟: 采用嵌套网格和高阶LES模拟,评估复杂建筑群对城市边界层湍流结构的影响。 --- 本书特色 模型批判性分析: 本书不偏向任何单一模型,而是对每种模型的物理假设、数学形式及其在不同流动状态下的失效模式进行深入的批判性检验。 计算导向: 强调理论模型向CFD代码实现的转化,为读者提供了实际操作层面的指导。 前沿覆盖: 全面涵盖了从经典RANS到现代LES、DES等高分辨率模拟技术。 适用对象: 流体力学、航空航天工程、机械工程、土木工程(水利方向)以及化学工程等领域的高年级本科生、研究生及工业研发人员。阅读本书需要具备扎实的微积分、微分方程和经典流体力学基础。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我得承认,刚开始接触《Engineering Mechanics: Statics》这本书时,我有点儿担心它会像我之前看过的其他工程类书籍一样,充斥着枯燥的公式和让人费解的符号。但事实证明,我的顾虑是多余的。这本书,简直就是一门艺术。它的叙述方式非常流畅,仿佛一位经验丰富的老师在耐心地向你讲解。我特别喜欢作者在引入新概念时,总是会先从生活中的例子出发,比如用杠杆来解释力矩,用一个简单的滑轮组来讲解力的分解。这些直观的比喻,让我立刻对抽象的物理原理产生了亲近感。接着,书本会循序渐进地引入数学工具,但这种引入方式非常自然,不是那种为了公式而公式的堆砌。每个公式的出现,都有其明确的物理意义,并且都会伴随详细的推导过程和应用示例。我记得在学习虚功原理的时候,一开始觉得这个概念有点抽象,但书中通过几个非常巧妙的机械装置的例子,让我一下子就明白了它的精髓。这种“由浅入深”的学习路径,让我在学习过程中几乎没有遇到过难以逾越的障碍。而且,书中提供的练习题设计得也非常人性化。从简单的计算题到需要综合运用多个知识点的综合题,难度梯度非常合理。我经常在完成一道题后,会有一种豁然开朗的感觉。更让我惊喜的是,这本书的排版设计也非常精美。清晰的排版,恰到好处的图示,以及高质量的纸张,都让阅读体验变得非常愉悦。我甚至会主动去翻阅,而不是被动地去完成学习任务。这本书,让我觉得学习工程力学不再是一件痛苦的事情,而是一种享受。

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作为一名从事结构设计工作的工程师,我经常需要翻阅关于静力学的资料。《Engineering Mechanics: Statics》这本书,无疑是我案头必备的参考书之一。它的内容涵盖了静力学最核心的知识点,并且在理论深度和工程实践之间取得了绝佳的平衡。我特别欣赏书中关于二力杆和三力杆的判断和分析方法。这对于快速识别和简化复杂结构中的受力情况至关重要。在实际工程中,我们经常会遇到各种各样的杆件结构,能够快速准确地判断其受力特性,能够大大提高设计效率。书中关于虚功原理的讲解,也给我留下了深刻的印象。作者通过对各种复杂机构的分析,清晰地展示了虚功原理在求解静力学问题中的强大威力。我曾经在一个机械传动装置的设计项目中,就运用了虚功原理来求解某个关键部件所受的力,结果非常精确。此外,书中关于材料力学基础的介绍,比如应力、应变的概念,以及胡克定律的推导,也为后续更深入的学习打下了坚实的基础。我尤其喜欢书中对各种加载方式的分类讨论,以及它们对结构产生的不同影响。这本书的语言风格严谨而清晰,数学推导过程完整且易于理解,它为我提供了一个可靠的理论依据,帮助我在复杂的工程实践中做出明智的决策。

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阅读《Engineering Mechanics: Statics》这本书,对我来说是一次非常愉快的学习经历。我一直对机械设计方面的工作很感兴趣,但苦于基础知识不够扎实。这本书就像一位经验丰富的导师,用清晰、易懂的语言,将我带入了静力学的世界。我尤其喜欢书中对力的矢量分析的讲解。作者通过大量的图示,比如向量的加减法,以及力的投影,让我非常直观地理解了力的合成与分解在三维空间中的应用。这让我觉得,即使是复杂的空间力学问题,也能够通过掌握基本的矢量运算来解决。书中关于力矩的概念,同样讲解得非常到位。我曾经尝试过很多其他书籍,但都未能像这本书一样,将力矩与实际生活中的各种杠杆原理联系得如此紧密。从开门到拧螺丝,书中无处不在的例子,让抽象的力矩概念变得生动有趣。我记得我曾经在一个机械臂的设计项目上,遇到了力矩计算的困难,当时我翻阅了这本书关于力矩平衡的部分,并且通过书中提供的详细计算步骤,很快就解决了问题。此外,书中对各种结构的平衡分析,比如固定支座、铰支座等,都进行了非常详细的讨论。我非常欣赏它对于每种约束条件的物理意义的解释,以及如何根据约束条件来确定反力的方向和大小。这对于我理解和设计各种机械装置的支撑结构至关重要。这本书的语言风格非常简洁明了,没有过多的华丽辞藻,直奔主题,让读者能够快速掌握核心知识。

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作为一个对物理学充满兴趣但又对工程学了解不多的学生,《Engineering Mechanics: Statics》这本书为我打开了一个全新的视角。我之前总是觉得工程力学是远离日常生活的抽象概念,但这本书的出现彻底改变了我的看法。书中将我们身边最常见的物品,比如简单的门、桥梁,甚至是一辆卡车,都变成了分析对象。通过对这些日常事物的力学分析,我才意识到原来我们每天都在接触着各种各样的力学原理。作者在介绍力的概念时,并非枯燥地罗列定义,而是通过生动的图例,比如用力拉扯一个物体,或者用脚踢一个球,来展示力的作用效果。这种直观的引入方式,让我立刻就抓住了力的本质。而对于力的合成与分解,书中更是提供了各种不同角度的例子,从简单的二维平面上的力的叠加,到更复杂的空间角度下的力的分解,都讲解得非常到位。我印象特别深刻的是,书中对摩擦力的讨论。它不仅解释了静摩擦力和动摩擦力的区别,还结合了实际生活中的场景,比如鞋子与地面之间的摩擦,汽车轮胎与路面之间的摩擦,让我觉得学到的知识非常有价值。这本书的语言风格非常平实,没有使用过多的专业术语,即使是初学者也能轻松理解。而且,书中的插图质量非常高,色彩鲜明,细节丰富,极大地提升了阅读的趣味性。我经常会主动去翻看书中的插图,然后尝试自己去分析图中的受力情况。这本书,让我觉得工程力学不再是一门高不可攀的学科,而是充满乐趣和实用性的知识。

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作为一名有多年工程经验的工程师,我经常需要回顾和巩固静力学的知识,尤其是在处理一些复杂结构设计或故障分析时。《Engineering Mechanics: Statics》这本书,不得不承认,它在理论深度和实践应用之间找到了一个令人满意的结合点。书中对力的矢量性质、平衡方程的推导以及各种约束条件下的受力分析,都进行了详尽且严谨的阐述。我特别欣赏它对于自由体图绘制的强调,以及如何准确地识别和表达所有作用在物体上的力,包括外力和内力。这对于确保分析的准确性至关重要。书中关于分布载荷、等效力系以及摩擦力的章节,提供了非常实用的工具和方法,能够帮助工程师高效地解决实际问题。举例来说,当分析一个复杂的桁架结构时,书中提供的节点法和截面法,以及对各种杆件受力情况的分类讨论,都为我提供了清晰的思路。我曾在一个项目的后期阶段,因为一个看似微小的细节,需要重新审视结构的受力情况,当时我正是翻阅了这本书的相应章节,才迅速找到了问题的症结所在。此外,书中对重心和形心的计算,以及惯性矩的应用,在结构稳定性分析和材料选择方面也起到了关键作用。虽然我对此类内容已经非常熟悉,但重读这些章节,依然能从中发现作者的独到见解和严谨的逻辑。这本书的优点在于,它既能满足初学者建立扎实基础的需求,也能为经验丰富的工程师提供一个深入的参考和回顾。它的语言风格专业而清晰,数学推导严密而不失条理,能够帮助读者在短时间内掌握复杂的概念。

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我一直对工程领域充满热情,而《Engineering Mechanics: Statics》这本书,则是我探索工程世界的第一块敲门砖。它没有一开始就用晦涩难懂的公式吓退我,而是用一种非常友好的方式,将我带入了静力学的基本原理。我特别喜欢书中关于力的概念的讲解。作者并没有枯燥地定义什么是力,而是通过生活中的例子,比如推门、拉绳子,来展示力的作用效果。这种贴近生活的引入方式,让我立刻就对这个概念产生了兴趣。接着,书中对力的合成与分解的讲解,更是让我受益匪浅。作者通过大量的图示,比如向量的三角形法则和平行四边形法则,让我非常直观地理解了如何将多个力合成为一个等效力,以及如何将一个力分解为两个或多个方向上的分力。这让我觉得,即使是面对复杂的受力情况,也能够迎刃而解。我记得我曾经在一个简单的机械实验中,需要计算一个物体的合力,当时正是运用了书中介绍的力的合成方法,轻松地解决了问题。此外,书中关于力矩的讲解,同样非常出色。作者通过分析杠杆原理,让我深刻理解了力矩的定义和计算方法。这对于我理解各种机械装置的工作原理,非常有帮助。这本书的语言风格非常通俗易懂,即使是像我这样的初学者,也能够轻松理解其中的内容。它让我觉得,学习工程力学不再是一件困难的事情,而是一种充满乐趣的探索过程。

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坦白说,我尝试过好几本关于静力学的教材,但《Engineering Mechanics: Statics》这本书给我留下了最深刻的印象。它的内容组织非常具有逻辑性,从最基础的力学概念开始,逐步深入到更复杂的分析方法。我特别喜欢它在处理三维空间受力问题时的方法。书中通过清晰的坐标系定义和矢量运算,将复杂的空间力学问题简化为可以通过代数方法解决的难题。这对于我来说,是之前学习过程中一个很大的难点,但在这本书里,我感觉自己真正掌握了处理这类问题的诀窍。它在讲解刚体平衡时,不仅给出了平衡方程,还详细分析了各种可能的约束反力,以及如何根据具体情况来判断和求解。这对于我理解和分析实际工程中的各种连接件和支座的受力情况,非常有帮助。书中关于虚拟位移法和虚功原理的讲解,虽然相对抽象,但作者用大量的图示和清晰的文字解释,让这些高级概念变得容易理解。我曾经在一个复杂的连杆机构设计项目中,利用虚功原理来计算某些关键点的受力,正是因为对书中原理的透彻理解,才得以顺利完成。这本书的语言风格非常严谨,但又不失通俗易懂,它似乎总是能找到最恰当的词汇来表达复杂的物理概念。我经常在学习完一个章节后,会去回顾前面的内容,发现之前的理解更加深刻和完整。总的来说,这本书不仅仅是一本教科书,它更像是一位严谨的导师,带领我一步步深入理解静力学的世界。

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我必须承认,在接触《Engineering Mechanics: Statics》这本书之前,我对静力学一直存在一种敬畏之心,总觉得它是一门高深莫测的学科。然而,这本书彻底改变了我的看法。它以一种非常引人入胜的方式,将静力学的原理展现在我面前。我特别欣赏作者在引入每一个新概念时,都会先从一个具体的工程问题入手,然后逐步引出相应的理论。比如,在讲解摩擦力时,书中先展示了车辆在雨天行驶时,轮胎与路面之间的摩擦是如何影响车辆的行驶,然后才开始介绍静摩擦和动摩擦的概念。这种“问题导向”的学习方式,让我觉得学到的知识非常实用,而且更容易记忆。书中对于重心和形心的计算,也提供了非常清晰的方法和大量的实例。我曾经在设计一个大型广告牌时,就需要计算广告牌的重心,以确保其结构的稳定性。当时,我正是通过参考这本书中的相关章节,准确地计算出了广告牌的重心位置,从而避免了潜在的安全隐患。此外,书中关于虚功原理的讲解,虽然相对复杂,但作者通过对一系列巧妙的机械装置的分析,让我逐渐领悟了它的精髓。这种理解,对于我在后续的学习中,解决一些难以用常规方法求解的问题,提供了重要的思路。这本书的语言风格非常专业,但又充满了人文关怀,作者似乎非常懂得初学者的心理,总能在关键时刻给予指导和鼓励。

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在我看来,《Engineering Mechanics: Statics》这本书不仅仅是关于理论知识的堆砌,它更是一本培养解决问题能力的宝典。作者在编写这本书时,显然花费了大量的心思去设计每一个章节,以及其中的每一个例题和习题。我非常欣赏它在引入新的概念时,总是会先给出一个实际应用背景,然后在此基础上引出相应的理论。比如,在讲解梁的弯曲时,书中并没有直接给出复杂的弯矩方程,而是先分析了我们在日常生活中经常看到的各种承受弯曲的物体,然后才逐步引入了应力、应变和弯矩的概念。这种“从实际到理论”的教学方法,让我对知识的理解更加深刻和牢固。书中关于结构分析的部分,比如桁架、框架等,讲解得尤为精彩。作者不仅详细介绍了节点法和截面法等基本方法,还对每种方法的适用范围和优缺点进行了深入的分析。我曾经在进行一个小型建筑结构的受力分析时,就运用了书中介绍的截面法,在短时间内就确定了关键构件的受力情况,大大提高了工作效率。此外,书中对图形静矩和截面模量的计算,以及在抗弯设计中的应用,也进行了非常详细的讲解。这些内容对于我理解结构的强度和刚度至关重要。这本书的优点在于,它能够在严谨的学术理论和实用的工程应用之间找到一个完美的平衡点。它不仅为我提供了解决工程问题的工具,更重要的是,它教会了我如何系统地思考,如何将复杂的工程问题分解成可管理的子问题,并最终找到解决方案。

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这本书,我必须得说,简直是为我量身定做的。我一直对工程领域充满好奇,但又苦于缺乏扎实的理论基础。市面上的入门书籍虽然不少,但要么过于浅显,要么就直奔高深莫测的数学模型,让人望而却步。《Engineering Mechanics: Statics》则巧妙地找到了一个平衡点。它没有一开始就丢给我一堆复杂的公式和符号,而是循序渐进地引导我理解静力学最核心的概念。从力的概念,到力的分解与合成,再到力矩的计算,每一步都讲解得清晰透彻。作者似乎非常理解初学者在学习过程中会遇到的困惑,总能在关键时刻给出恰到好处的解释。而且,书中大量的图示和实例让我印象深刻。那些生动的图解,让抽象的物理概念变得触手可及。我尤其喜欢它对各种工程结构(比如桥梁、桁架)的分析,这让我能够将所学的知识与实际工程应用联系起来,极大地激发了我的学习兴趣。有时候,我会花很长时间去琢磨一个例题,试图理解其中每一个步骤的逻辑。这种沉浸式的学习体验,是我之前从未有过的。更重要的是,这本书不仅仅是在传授知识,它还在培养一种解决问题的思维方式。通过分析各种静力学问题,我学会了如何系统地思考,如何将复杂的问题分解成更小的、可管理的部分,然后一步步求解。这种能力,我相信不仅仅适用于工程领域,在生活的其他方面也同样宝贵。总而言之,这本书是一次非常成功的学习体验,它为我打开了工程力学的大门,并且让我对未来更深入的学习充满了信心。

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