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出版者:河海大学出版社

作者:陈国荣编

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2005-5

价格:30.0

装帧:平装

isbn号码:9787563016822

丛书系列:

图书标签:

• 弹性力学
• 材料力学
• 固体力学
• 结构力学
• 应力分析
• 变形分析
• 力学
• 工程力学
• 机械工程
• 土木工程

好的，这里是一份关于一本名为《流体力学基础与应用》的图书简介，重点突出其内容详实、覆盖面广，并且与您提到的《弹性力学》主题完全不同： --- 《流体力学基础与应用》：洞察物质运动的内在规律 导言：认识无处不在的流动世界 自古以来，人类对水的运动、风的形成乃至血液在体内的循环都充满了好奇。流体力学，作为一门研究流体（液体、气体和等离子体）静止或运动规律的物理学分支，正是揭示这些自然现象背后科学原理的钥匙。 《流体力学基础与应用》并非一本探讨固体变形与应力的书籍，它专注于描述和预测流体在各种条件下的行为。本书旨在为工程技术人员、物理学家、环境科学家以及对流体运动规律有深刻兴趣的读者，提供一套严谨、全面且富有实践意义的理论框架和分析工具。我们深知，无论是设计高效的航空器翼面，优化城市供水管网，还是理解大气环流的复杂机制，流体力学的深刻理解都是不可或缺的基础。 本书的结构设计遵循了从经典理论到现代复杂应用的逻辑递进，确保读者能够建立起坚实的理论基础，并将其迅速应用于实际工程问题中。 第一部分：流体运动学的数学基石 (The Mathematical Foundations of Fluid Motion) 本部分着重于建立描述流体运动的数学语言和基本概念。我们首先摒弃了对固体特性的关注，转而深入探讨流体的宏观和微观特性。 第一章：流体基本性质与描述方法 详细探讨了流体的本构定义，区分了牛顿流体与非牛顿流体（如血液、聚合物溶液），这是理解材料科学中固体与流体差异的关键。引入了流线的概念，并对比了欧拉描述法与拉格朗日描述法在分析流场时的优势与局限性。密度、比重、黏度（动态与运动黏度）的精确测量与修正公式被详尽阐述，为后续的守恒定律建立基础。 第二章：流体运动的控制方程 这是本书的核心理论支柱。我们严格推导了描述流体运动的三大基本守恒定律在流体运动中的具体表现形式： 1. 质量守恒（连续性方程）：在不同坐标系下的形式，特别是对不可压缩流体的简化应用。 2. 动量守恒（纳维-斯托克斯方程，Navier-Stokes Equations）：对这一复杂偏微分方程组进行了详细的分解介绍，区分了惯性力、压力梯度力和黏性力（剪切力）的作用，这是与固体受力分析中弹性应力张量描述的根本区别。 3. 能量守恒：针对流体流动中的热力学过程，包括绝热过程、等温过程以及摩擦生热的量化。 第三章：无黏流体的简化分析——欧拉方程与伯努利原理 在忽略黏性影响的理想情况下，本书详细阐述了欧拉方程的积分形式，即著名的伯努利方程。我们不仅展示了其在定常流动中的应用，还深入探讨了修正伯努利方程在实际非定常流动中的修正项，例如考虑了机械效率和能量损失。这对于高速气流和管道设计至关重要。 第二部分：黏性流动的深度剖析 (In-Depth Analysis of Viscous Flows) 黏性是流体力学的核心挑战，它决定了能量耗散和边界层的形成。本部分聚焦于黏性流体带来的复杂现象。 第四章：流场分类与雷诺数效应 系统介绍了流动的两大基本状态：层流（Laminar Flow）和湍流（Turbulent Flow）。雷诺数（Reynolds Number）被确立为无量纲参数，用以判断流动模式的转变。我们详细分析了临界雷诺数对管道流动和平板边界层的影响，这是预测工程系统中能量损失的关键指标。 第五章：边界层理论与阻力计算 在实际工程中，流体与固体表面的相互作用主要发生在边界层内。本章详述了普朗特边界层理论，推导了边界层厚度的演化方程。针对平板上的摩擦阻力，运用了动量积分法（如卡门方程）来精确估算总阻力系数，这与弹性体中计算表面应力有本质区别。 第六章：流体动力学中的升力与形状效应 本章专注于外部流动，特别是与空气动力学紧密相关的部分。通过格林定理和复杂变量函数理论（如共形映射），我们解释了翼型周围的流场分布，推导了库塔-茹科夫斯基定理，用以量化升力的产生机制。对压差阻力（形状阻力）和摩擦阻力（黏性阻力）的综合分析，是设计高效载具的关键。 第三部分：工程应用与复杂流场模拟 (Engineering Applications and Complex Flow Simulation) 本部分将理论知识应用于实际工程场景，并引入了现代计算流体力学（CFD）的概述。 第七章：管道与管路系统中的流动 深入分析了圆管和非圆管道中的定常流动。重点讨论了能量损失的量化：包括沿程损失（摩擦引起的）和局部损失（阀门、弯头引起的）。引入了达西-韦斯巴赫公式的精确应用，并对比了不同管壁粗糙度对流动阻力的影响。 第八章：可压缩流动的基本概念 针对气体流动速度接近音速或超过音速的情况，系统介绍了等熵流、气流加速与膨胀过程。对激波（Shock Waves）的结构、斜激波和正激波的特性进行了详细分析，这在超音速飞行器设计中是不可或缺的知识，与固体中的波传播理论有本质上的区别。 第九章：计算流体力学（CFD）概论 简要介绍了求解纳维-斯托克斯方程的数值方法，包括有限体积法（FVM）的基本思想。着重强调了网格划分、边界条件设置（如对称面、入口速度、压力出口）对数值解准确性的影响，使读者能够理解现代工程仿真软件的工作原理。 总结与展望 《流体力学基础与应用》是一部全面覆盖经典和现代流体现象的专著。它致力于提供一套连贯的、基于守恒定律的分析工具，用以理解和控制流体的运动，无论是宏观的气动布局、微观的边界层分离，还是复杂的湍流结构。本书完全专注于流体的动态特性和能量传递，不涉及材料在受力下的弹性变形、应力应变关系或结构稳定性等固体力学范畴的问题。通过对这些流动现象的深入研究，读者将获得解决现实世界中流体相关工程难题的坚实能力。

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这本书的价值在于它对“边界条件”和“本征解”的强调。在许多力学教材中，边界条件往往被视为一个输入参数，草草带过，但在这本书里，作者将其提升到了与场方程同等重要的地位。书中花了相当篇幅讨论了如何根据实际的物理约束（如固定端、简支端）来正确地设置Dirichlet或Neumann边界条件，并展示了这些条件如何决定了最终解的唯一性和物理合理性。更让我印象深刻的是，它对一些经典问题的“特解”和“通解”的区分。例如，在处理拉伸和扭转问题时，如何通过一个特定的应力函数或位移函数来满足平衡方程、本构关系和边界条件，这个过程的逻辑链条被梳理得非常清晰。对于我这个习惯于只关注最终答案的人来说，这本书强迫我重新审视每一步推导背后的物理假设，使我对工程问题的建模能力有了质的飞跃。

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这本书的语言风格非常“务实”，没有过多的文学修饰，一切都以清晰、准确的数学语言来构建知识体系。但正是这种简洁，使得它在处理复杂几何形状下的应力集中问题时，显得游刃有余。书中关于圣维南原理的讨论，虽然是经典概念，但其在数值模拟中的指导意义被阐述得非常到位，提示我们在进行局部网格细化时需要遵循的原则。我特别喜欢其中关于断裂力学的一些前瞻性介绍，虽然篇幅不长，但它已经触及了材料疲劳和裂纹扩展的能量判据，这表明作者的视野并不仅限于线弹性范畴。对于一个需要经常阅读专业文献的人来说，这本书提供了一个极佳的“标准化词典”，其中对各种力学量的定义和符号使用都保持了高度的一致性，这在跨领域交流时避免了许多不必要的歧义和理解偏差。

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坦率地说，我购买这本书的初衷是想寻找一本能清晰梳理张量分析在固体力学中应用的书籍。这本书在这方面做得非常出色，它没有回避张量运算的复杂性，而是将其作为理解应力状态和变形梯度的核心工具来介绍。作者采用了一种非常严谨的符号系统，并且在引入新的张量概念时，总能立刻通过具体的物理图像来佐证其几何意义，这极大地降低了初学者进入高阶力学领域的门槛。例如，在讨论应力不变量和主应力方向的确定时，书中详细展示了如何利用特征值问题来简化复杂的应力状态，这种从代数角度切入物理问题的叙述方式，让我耳目一新。此外，书中对弹性稳定性的讨论，特别是欧拉公式的推导和屈曲现象的分析，不仅给出了标准的解析解，还探讨了实际工程中由于初始缺陷引入的边际效应，这使得理论分析不再是空中楼阁，而是紧贴工程实践的指导。

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这本书的内容编排，更像是一部结构动力学的入门教程，而非纯粹的静力学手册。虽然核心是关于材料在静载荷下的响应，但作者巧妙地将瞬态响应和模态分析的概念穿插其中。特别是对能量法的应用，书中通过拉格朗日方程的推导，自然而然地过渡到了结构振动的自由度分析。对于初次接触模态分析的读者，书中关于质量矩阵和刚度矩阵构建的详尽说明，是极其宝贵的财富。它清晰地解释了为什么我们需要对系统进行对角化处理，以及特征频率在预测结构共振行为中的关键作用。读完这部分内容，我感觉自己对桥梁和高层建筑在风荷载或地震作用下的潜在危险有了更直观的认识。它成功地将原本被视为高级主题的动力学分析，有效地植入到了基础的静力学框架之中，构建了一个更完整、更全面的力学视野。

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这本关于材料力学原理的著作，简直是结构工程师和力学研究者们的福音。它不仅仅是对经典理论的罗列，更在于对那些看似抽象的数学模型如何与实际工程问题紧密结合的深入剖析。开篇对本构关系和本构方程的阐述，就展现了作者深厚的学术功底，将胡克定律的线性世界拓展到了更复杂的应力-应变状态，尤其是在处理各向异性材料和非线性问题时，讲解得鞭辟入里。我尤其欣赏它在有限元方法（FEM）引入前的铺垫工作，通过对连续介质的变分原理的精妙推导，让读者在接触离散化方法时，能够真正理解其背后的物理意义和能量守恒基础，而不是盲目地套用软件。书中关于平面应力与平面应变问题的深入讨论，以及对薄壳和厚壁圆筒等经典工程构件的应力分析，都配有详实的例题，这些例题的难度适中，既能巩固理论，又能锻炼实际解题能力。对于那些希望从“会算”到“会想”的读者来说，这本书提供了绝佳的阶梯。

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