Fundamentals of Structural Mechanics

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出版者:
作者:Hjelmstad, Keith D.
出品人:
页数:500
译者:
出版时间:2004-11
价格:$ 117.52
装帧:
isbn号码:9780387233307
丛书系列:
图书标签:
  • 结构力学
  • 力学
  • 结构工程
  • 材料力学
  • 工程力学
  • 固体力学
  • 机械工程
  • 土木工程
  • 结构分析
  • 有限元分析
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具体描述

This is a solid introduction to basic continuum mechanics, emphasizing variational formulations and numeric computation. The book offers a complete discussion of numerical method techniques used in the study of structural mechanics.

好的,这是一份关于一本名为《流体力学基础》(Fundamentals of Fluid Dynamics)的图书简介,该书内容与《结构力学基础》(Fundamentals of Structural Mechanics)完全不同: 《流体力学基础》 内容简介 《流体力学基础》是一本深入探讨流体运动规律、性质及其在工程和自然现象中应用的权威性教材。本书旨在为读者提供一个坚实且全面的理论框架,以理解和分析液体和气体的行为。全书结构清晰,逻辑严谨,从宏观到微观,逐步引导读者掌握流体力学的核心概念、分析方法和实际应用。 第一部分:流体静力学与基本概念 本书的开篇部分聚焦于流体静力学——即静止流体的研究。我们首先介绍了流体的基本定义、连续介质假设以及流体的基本物理性质,如密度、比重、粘度(牛顿流体与非牛顿流体)和表面张力。 随后,深入探讨了流体静力学的核心——压强。详细阐述了压强在流体中的分布规律,包括等压面、垂直和水平方向上的压强梯度。重点分析了流体静力平衡方程,并将其应用于各种复杂的受压表面,如平面、曲面和水闸的设计。此外,本书详细讨论了阿基米德原理,解释了浮力和稳性问题,并介绍了流体静力学的关键应用,如测压计(压力计)的工作原理和浮力计算。 第二部分:流体运动学与控制体分析 本部分转向流体运动学,即描述流体运动而不考虑其原因(力)的学科。我们区分了拉格朗日描述和欧拉描述,并重点讲解了如何将两者联系起来。核心概念包括流线、迹线和脉线,以及它们在描述瞬态和稳态流动中的作用。速度场、加速度场的梯度和旋度的物理意义也被深入剖析。 随后,本书引入了工程分析中最常用的工具之一:控制体分析法。通过系统地建立和应用控制体上的质量守恒(连续性方程)和动量守恒(牛顿第二定律的积分形式),读者将学会如何处理非均匀流动和非定常流动问题。能量守恒(第一热力学定律)也被应用于控制体分析,推导出适用于流体的伯努利方程及其广义形式,考虑了能量损失和功的传递。 第三部分:微分形式的 Navier-Stokes 方程 为了实现更精确的局部分析,本书进入了流体力学的核心——微分形式的控制方程。我们从流体的运动学基础出发,推导了不可压缩牛顿流体的Navier-Stokes 方程和连续性方程。本书对这些偏微分方程组进行了详细的物理和数学解释,强调了粘性项、惯性项和压强梯度项的相对重要性。 在介绍完守恒方程后,本书详细讨论了几种具有解析解的重要流动情况,这对于建立直观理解至关重要: 1. 平行板间的粘性流(Couette Flow 和 Poiseuille Flow):分析了层流状态下,剪切应力、速度分布和压降之间的定量关系。 2. 圆管中的充分发展流动:详细探讨了粘性流体在管道中流动的特点、最大速度点和压力损失的计算。 3. 浸没物体的流动:分析了平板上的边界层理论的初步概念,包括粘性影响的范围和拖曳力的来源。 第四部分:无粘流体与势流理论 在某些高雷诺数或特定情况下,粘性影响可以忽略不计,此时流动可被视为无粘流动。本部分专门探讨了欧拉方程(Navier-Stokes 方程中粘性项为零的简化)以及其在理想流体中的应用。 核心概念是势流理论。通过引入速度势函数 ($phi$) 和流函数 ($psi$),我们将复杂的二维无粘流动问题转化为求解拉普拉斯方程。本书详细介绍了: 1. 基本势流元:如均匀流、源/汇、偶极子和涡流。 2. 叠加原理:如何组合这些基本元来模拟复杂的几何形状周围的流动,例如平板上的绕流(达朗贝尔佯谬的讨论)。 3. Kutta-Joukowski 升力定理:将势流理论与实际的升力现象联系起来,引入了环量(Circulation)的概念,这是理解机翼升力的关键。 第五部分:实际流动的关键问题 最后,本书将理论知识应用于实际工程问题,重点关注粘性流体流动中不可避免的复杂现象。 1. 边界层理论:深入探讨了粘性流体与固体表面相互作用的区域——边界层。讨论了边界层的形成、分离现象及其对阻力的影响。介绍了Blasius 方程的简化形式和求解边界层厚度的基本方法。 2. 流动分离与尾流:分析了流动分离的物理机制(逆压梯度)以及分离后形成的低压尾流(Wake)对物体阻力的巨大贡献。 3. 可压缩流动基础:简要介绍了当流速接近音速时,流体密度变化带来的显著影响。引入了马赫数 (Mach Number) 的概念,并初步探讨了激波(Shock Wave)的物理特性及其在超音速流动中的重要性。 4. 管道中的流动与水头损失:详细分析了管道系统的水头损失(摩擦损失和局部损失),并应用达西-魏斯巴赫公式及Moody 图来解决实际管网中的流量和压力恢复问题。 总结 《流体力学基础》旨在培养读者清晰的物理图像和强大的分析能力。通过对静力学、运动学、守恒定律以及 Navier-Stokes 方程的系统学习,本书为学生在水利、航空航天、机械、土木和环境工程等领域中处理流体相关问题奠定了不可或缺的知识基础。本书包含大量精选的例题和习题,以巩固所学概念并提高解决实际问题的能力。

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阅读体验上,这本书的语言风格可谓是独树一帜,它不像某些经典教材那样,动辄就是冷冰冰的数学推导和晦涩的术语堆砌,反而带有一种恰到好处的学术幽默感和探讨的语气。例如,在解释为什么某些简化假设在特定情况下会失效时,作者会用一种略带调侃的口吻指出“这正是理论与现实交锋的有趣之处”,这种人性化的表达方式极大地缓解了学习过程中的挫败感。作者在行文时,总是在最关键的转折点进行小结和提问,引导读者停下来思考,而不是被动地接受信息流。这种“对话式”的写作手法,使得原本枯燥的公式演算过程变得有血有肉,仿佛作者正坐在你身边,与你一同探讨物理世界的奥秘。这种将严谨性与亲和力完美融合的文风,在工程力学领域中是相当罕见的珍品。

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这本书的装帧设计确实很吸引人,封面采用了深沉的藏蓝色调,配上简洁有力的白色字体,给人一种专业且严谨的感觉。拿到手里的时候,厚度适中,纸张的质感也相当不错,翻阅起来手感很舒服,不会有廉价感。我特别欣赏它在细节上的处理,比如侧边的切口处理得非常平整,即便是初次接触的读者也能感受到出版方在制作上的用心。整体来说,从外包装到内页的排版,都散发着一种经典教材特有的沉稳气质,让人在还未深入阅读内容之前,就对其内容质量抱有很高的期待。它摆在书架上,本身就是一件很有分量的陈设品,透露出使用者对于力学领域的重视和追求。这种外观上的用心,无疑为接下来的学习体验打下了良好的心理基础,让人愿意花时间去探索它所蕴含的知识宝库,而不是因为封面设计平庸而望而却步。我花了不少时间在图书馆里挑选类似的力学著作,但就这份视觉上的愉悦感和专业度的平衡把握上,这本书无疑是佼佼者。

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这本书在对前沿概念的引入上,处理得相当老练和审慎。它没有盲目追逐最新的热点,但对于那些已经成熟并被广泛应用的现代分析方法,如有限元分析(FEA)的理论基础和网格划分对结果的影响,它给予了足够的篇幅进行深入浅出的介绍。它没有直接给出复杂的编程代码,而是聚焦于背后的物理模型和离散化思想,让读者明白“为什么”这样做,而不是仅仅学会“如何”输入参数。更值得称赞的是,它在最后一章探讨了结构在极端荷载(如地震或爆炸)下的非线性响应,这部分内容虽然难度陡增,但作者通过对材料塑性区和几何非线性的分步讲解,使得这些复杂议题变得可以被把握。这体现了作者的教育哲学:既要打好地基,也要让人看到更高楼层的风景,确保读者在掌握传统理论的同时,也对未来的研究方向有所了解和准备,这是一种对读者未来发展的长远考量。

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这本书的配图和案例分析部分,绝对是其最大的亮点之一,我甚至觉得仅凭这些高质量的图表就值回票价。不同于市面上很多教材,仅仅提供一些黑白、模糊的示意图,这本书中的插图清晰度极高,色彩运用也十分得当,尤其在三维应力状态的分解和主方向的确定上,那些彩色的矢量图简直是教科书级别的示范。我特别留意了关于“结构动力学基础”那一章的图示,它通过时间序列的动画截图(虽然是静态图片,但通过排列顺序模拟了动态过程),清晰地展示了模态振型是如何随时间变化的,这比纯文字描述要直观太多了。再者,它提供的案例分析,往往取材于现代工程实践中的常见难题,比如高层建筑的风洞试验简化模型,或者复杂连接节点的局部应力集中问题,这些案例的深度和广度,让我感觉自己仿佛在参与一场高级研讨会,而不是枯燥地做作业,这对激发学习热情至关重要。

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初次翻阅这本书的目录时,那种扑面而来的系统性和逻辑性令人印象深刻。作者显然花费了大量心血来构建知识的层次结构,从最基础的静力学原理出发,逐步过渡到复杂的应力分析和变形计算,每一步的衔接都显得水到渠成,毫无跳跃感。特别是关于材料本构关系那几章的安排,它没有急于抛出那些复杂的数学公式,而是先用大量的实例和图示来阐明物理意义,这对于我这种非科班出身的工程师来说,是极其友好的设计。我发现它在讲解那些抽象概念时,倾向于使用非常具象化的比喻,比如用弹簧的受力情况来解释胡克定律,或者用橡皮泥的形变来类比泊松效应,这种“具象化”的教学方法极大地降低了初学者的门槛。这种对教学流程的精心打磨,远超我预期的水准,它不仅仅是一本知识的堆砌,更像是一位经验丰富的老教授,耐心地手把手引导你走过力学世界的每一步。

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