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出版者:哈尔滨工程大学出版

作者:

出品人:

页数:297

译者:

出版时间:2003-01-01

价格:24.00元

装帧:

isbn号码:9787810077521

丛书系列:

图书标签:

• 材料力学
• 工程力学
• 固体力学
• 结构力学
• 力学
• 教材
• 理工科
• 大学教材
• 工程教育
• 应力分析

《结构设计基础与应用》图书简介 本书聚焦于土木、机械、航空航天等工程领域中，结构体系在实际工作环境中所面临的载荷效应、变形响应及其可靠性评估。本书旨在为工程专业学生和初级工程师提供一个全面、深入且注重实践的结构设计理论与应用框架。 --- 第一部分：材料的宏观力学行为与本构关系 (The Macroscopic Mechanical Behavior of Materials and Constitutive Relations) 本部分深入探讨工程结构所依赖的基本材料在不同应力状态下的宏观力学特性，为后续的结构分析奠定基础。 第一章：应力与应变分析的几何基础 本章首先从微观单元体出发，建立描述物体内部力分布的应力张量概念，解析静力平衡方程在三维空间中的表达形式。随后，详细阐述应变张量，区分线应变与角应变，并推导两者与位移场之间的关系。重点讨论在平面应力与平面应变状态下的简化分析方法，以及如何利用莫尔圆（Mohr's Circle）进行应力与应变的图形化分析和主值求解，从而确定结构单元体上的最大剪应力和正应力方向。 第二章：材料的本构关系与本构模型 本章的核心在于理解材料如何响应外部载荷。详细介绍胡克定律（Hooke's Law）在线弹性范围内的应用，阐明杨氏模量（$E$）、泊松比（$ u$）以及剪切模量（$G$）之间的弹性常数关系。随后，扩展讨论材料在复杂加载路径下的行为，包括： 粘弹性行为： 介绍蠕变和应力松弛现象，并用标准粘弹性模型（如开普勒模型、麦克斯韦模型）描述其时间依赖性。 弹塑性行为： 深入分析屈服准则（如冯·米塞斯准则、特雷斯卡准则）及其在确定材料何时开始发生塑性变形中的作用。介绍理想弹塑性体的应力-应变关系及残余应力分析。 疲劳与断裂： 阐述材料在循环载荷下的寿命预测，包括S-N曲线的建立、Basquin关系和Manson-Coffin关系。介绍线弹性断裂力学（LEFM）的基本概念，特别是应力强度因子（$K$）的计算及其在裂纹扩展判据中的应用。 第三章：结构热力耦合与温度影响 结构往往在非恒定温度下工作。本章分析热应力的产生机理，推导考虑热膨胀效应的应力-应变关系。讨论双金属片或复合材料在温度梯度下的内部力矩与弯矩分布，为高温或低温结构的设计提供必要的理论工具。 --- 第二部分：静力平衡与几何必需条件 (Equilibrium, Compatibility, and Indeterminacy) 本部分侧重于结构分析的两个基本支柱：静力平衡方程（力的平衡）和几何相容性方程（位移的连续性）。 第四章：梁、拱与框架的静定分析 系统讲解如何判断结构是否为静定（一次或多次超静定）。重点在于静定结构的求解方法： 平面刚架分析： 详细演示如何应用平衡方程（$sum F_x=0, sum F_y=0, sum M=0$）求解轴力、剪力和弯矩图（SFD, BMD）。 挠度求解： 应用积分法（Double Integration Method）和弯矩-面积定理（Moment-Area Theorems）计算梁的挠度和转角。 第五章：超静定结构的分析方法 本章处理一次或多次超静定结构的分析，核心是引入“变形”作为附加的求解条件。 力的近似法（最小势能原理）： 介绍变分原理在结构分析中的应用，特别是单位荷法（Unit Load Method）或虚功原理（Virtual Work Principle）在求解多余约束力方面的应用。 位移法基础： 建立挠度法（Slope-Deflection Method）的基本方程，将结构内力表达为节点位移和已知荷载的函数，用于分析简单连续梁和框架。 第六章：薄壳与薄壁构件的稳定性分析 本章关注结构在承受压力时可能发生的突然破坏——失稳。 欧拉临界屈曲载荷： 详细推导欧拉公式及其在不同边界条件下的应用，分析细长柱的屈曲行为。 非线性屈曲与初始缺陷： 讨论实际构件中，由于初始偏心或几何不规则性导致的导模屈曲现象，引入容许长细比的概念。 薄板屈曲： 分析矩形薄板在单向或双向压力下的临界屈曲应力，探讨屈曲后承载能力。 --- 第三部分：结构动力学导论与振动分析 (Introduction to Structural Dynamics and Vibration) 本部分引入时间变量，分析结构在动态载荷（如地震、风荷载、冲击）作用下的响应。 第七章：单自由度系统的自由振动分析 将实际结构简化为单自由度系统（SDOF），建立并求解其运动微分方程。 无阻尼自由振动： 确定系统的固有频率（$omega_n$）和周期（$T$），理解刚度（$k$）和质量（$m$）对振动特性的影响。 有阻尼自由振动： 引入粘滞阻尼，区分有阻尼、无阻尼、欠阻尼和超阻尼四种状态，计算振动衰减率和对数减尼量。 第八章：单自由度系统的受迫振动响应 分析周期性或瞬态荷载作用下的结构响应。 简谐激励： 求解系统在简谐力作用下的稳态响应，重点分析共振现象（Resonance）及其危害，并引入振型放大系数（Magnification Factor）。 瞬态响应： 使用Laplace变换等方法求解阶梯载荷、脉冲载荷下的瞬态位移和速度响应。引入冲击系数（Impact Factor）的概念。 第九章：多自由度系统的振动特性 将复杂结构近似为多自由度系统（MDOF）。 质量矩阵与刚度矩阵的建立： 运用拉格朗日方程或集中质量法建立系统的运动方程组。 特征值问题： 求解特征值问题，确定系统的主振型（Mode Shapes）和固有频率。探讨模态解耦的概念及其在地震响应分析中的应用。 --- 第四部分：结构可靠性与设计优化 (Structural Reliability and Design Optimization) 本部分将分析结果转化为实际工程设计规范。 第十章：结构极限状态设计方法 介绍现代结构设计的基本理念，即从传统的工作应力法转向基于概率的极限状态设计。 荷载与抗力因子： 阐述极限状态设计（Limit State Design）的框架，包括使用分项系数对荷载（如恒载、活载）和材料抗力（如屈服强度、极限抗压强度）进行折减与放大。 疲劳寿命设计校核： 结合第二章的疲劳理论，讲解在特定荷载谱下的结构寿命预测和安全系数确定。 第十一章：结构可靠性初步 从概率论角度审视结构失效的可能性。介绍可靠性指标（Reliability Index, $eta$）和失效概率的概念。讨论如何通过概率模型（如正态分布、Weibull分布）来描述荷载和抗力的随机性，并优化设计参数以达到预定的安全目标。 --- 本书特色： 本书大量引用真实工程案例（如桥梁、高层建筑、压力容器的局部结构），将理论推导与工程实际紧密结合。每章末附有大量的习题，涵盖数值计算与概念辨析，确保读者能够熟练掌握结构分析的计算工具，并能对复杂工程问题的力学本质有清晰的认知。全书采用统一的符号体系，并辅以大量的图表来辅助理解抽象的力学概念。

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这本书的阅读体验，真的得益于作者那种非常“口语化”却又不失严谨的叙事风格。读起来一点都不费劲，就像是有一位经验丰富、耐心十足的导师在你身边，一步步引导你跨越知识的障碍。特别是当遇到需要想象物体在受力后形态变化的那些部分时，作者总是能用非常形象的比喻来辅助理解，比如用拉伸橡皮筋或者揉捏面团的例子来解释应变和应力的关系，瞬间就能打破思维定势。它不像很多教科书那样板着脸孔，只是堆砌公式，这本书更注重的是知识的“传道授业解惑”过程。我发现自己不再是机械地背诵公式，而是开始真正思考力是如何在材料内部传递和分布的，这种从“知道”到“理解”的转变，是这本书给我带来的最大惊喜。

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我发现这本书在习题设计上独具匠心，它巧妙地平衡了基础巩固和能力拓展两个方面。前半部分的练习题，重点在于检验你对基本概念和公式应用的掌握程度，做到心中有数，下笔不慌。但更有价值的是后半部分那些开放式的、需要综合运用多个章节知识点才能解决的综合大题。这些大题往往需要你先进行合理的简化假设，然后选择合适的分析方法，最终给出结构化的解决方案。这种训练模式，极大地锻炼了我的工程判断力和解决复杂问题的能力。对于我这样准备考取专业资格证书的人来说，这本书提供的这种“实战演练”式的学习材料，比单纯的死记硬背有效率高出太多倍，它真正培养了动手解决实际工程问题的“肌肉记忆”。

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这本书的书皮设计真是让人眼前一亮，那种深邃的蓝色调配上简洁有力的字体，一下子就抓住了我的注意力。我拿到手的时候，光是翻阅前几页的排版和插图布局，我就能感觉到作者在内容组织上的用心良苦。图表的绘制非常清晰、专业，无论是应力云图还是变形示意图，都做到了直观易懂，这对于理解抽象的力学概念简直是太友好了。我尤其欣赏作者在基础理论推导过程中所采用的逻辑链条，每一步的衔接都像精心编织的网，严密而有条理，让人在阅读时能非常顺畅地跟上思路，不会因为某个公式的突然出现而感到困惑。而且，书中的例题选择也非常贴合实际工程应用，不像有些教材那样只停留在纯理论的象牙塔里，它真正做到了理论指导实践，让我对这些知识点的实用价值有了更深刻的认识。

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从装帧和用纸的角度来看，这本书的质量也绝对称得上是上乘之作。内页的纸张选择很厚实，即使用铅笔进行大量的勾画和计算，也不容易洇墨，这对于需要反复翻阅和演算的理工科书籍来说，简直是福音。书脊的装订也很牢固，可以平铺在桌面上，方便对照阅读，这点看似微不足道，但长时间学习下来，对保持阅读的舒适度和专注力有显著帮助。而且，书中的索引做得非常详尽，当我想快速查找某个特定的定理或者某个材料属性的数值时，定位非常迅速，这极大地提高了我的查阅效率。总而言之，从内容深度到阅读体验的每一个细节，都能感受到出版方和作者对知识传播的极致追求，这是一本值得反复翻阅和珍藏的工具书。

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说实话，这本书的理论深度是超乎我预期的。我原本以为这只是一本标准的入门教材，但深入阅读后发现，它对一些高级主题的探讨也相当到位，比如薄壁结构或非线性问题的初步介绍，都处理得既严谨又不失启发性。作者在阐述复杂的本构关系时，并没有采取那种枯燥的罗列方式，而是通过引入物理意义和能量原理作为切入点，使得那些看似高深的数学描述立刻变得“有血有肉”起来。我花了不少时间去琢磨其中关于材料失效准则的那几个章节，作者对不同失效模型的适用条件和局限性的对比分析，非常到位，这对于我后续进行结构安全评估的工作，无疑是提供了坚实的理论基础和批判性思维的工具。这本书的参考文献列表也十分丰富，看得出作者在编写过程中查阅了大量的经典文献和最新的研究成果，体现了极高的学术水准。

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