具体描述
随着时间的推移，现代科学技术不断发展，教学内容不断完善，新的国家和行业技术标准也相继颁布和实施，本套教材的部分内容已不能适应教学的需要。为保证教学质量，决定组织第3版各门课程的大部分原作者，并适当吸收教学一线的教师，对第3版部分教材进行修订，以更好地满足目前技工学校、职业技术学校教学的实际需要。
为了更好地与第4版教材配套，我们也对配套的习题集进行了相应的修订，且修订人员均是参加第4版教材修订的作者，保证了二者内容的对应。本次修订的习题集包括：机械制图习题集、机械基础习题集、工程力学习题集、金属工艺学习题集、电工与电子基础习题集、加工工艺学习题集和钳工工艺学习题集。
结构动力学基础与应用：先进结构响应分析教程 作者： 张伟，李明 出版社： 机械工业出版社 页数： 680页 定价： 128.00元 --- 内容简介： 《结构动力学基础与应用：先进结构响应分析教程》旨在系统、深入地探讨当代工程结构在动态载荷作用下的响应机理、分析方法及实际工程应用。本书内容覆盖了从经典的基础理论到前沿的数值模拟技术，特别侧重于复杂结构在地震、风振、冲击等瞬态或周期性载荷下的行为预测与控制。本书的编写严格遵循理论的严谨性与工程的实用性相结合的原则，力求为结构工程师、土木工程师、机械工程师以及相关领域的研究生提供一本全面且具有指导价值的参考书。 全书共分为十二章，逻辑结构清晰，由浅入深，逐步引导读者掌握结构动力学分析的核心技能。 第一部分：基础理论与建模（第一章至第三章） 第一章：结构动力学的基本概念与自由度简化 本章首先回顾经典静力学和材料力学的基础，引入时间变量对结构分析的影响。详细阐述了单自由度（SDOF）系统的自由振动、有阻尼自由振动以及在简谐激励下的强迫振动响应。重点讨论了模态分析（Modal Analysis）的基本原理，包括特征值问题、特征向量的物理意义，以及如何通过模态叠加法对复杂系统进行简化。内容详述了如何根据工程实际合理选择和确定系统的等效质量、刚度、阻尼参数，为后续的复杂系统分析打下坚实的基础。 第二章：多自由度（MDOF）系统的运动方程与求解 本章将自由度扩展至多个。详细推导了基于牛顿第二定律和拉格朗日变分法的多自由度系统运动微分方程的建立过程，包括质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵的构建。深入分析了特征值问题的求解技术，包括子空间迭代法和Lanczos算法在大型稀疏矩阵中的应用。此外，本章还重点讲解了模态分析的结果解读，例如参与振动系数、模态振型对结构整体响应的贡献度评估，以及如何利用模态正交性简化耦合系统的分析。 第三章：结构阻尼理论与现代阻尼模型 结构阻尼是动力分析中最具挑战性的部分。本章系统梳理了粘滞阻尼、库仑阻尼和材料阻尼的概念。重点深入探讨了 Rayleigh 阻尼（或称比例阻尼）的适用范围和局限性。引入了基于能量耗散率的等效粘滞阻尼比的计算方法。此外，本章还专门介绍了几种先进的被动和半主动控制元件的力学模型，如粘滞流体阻尼器（Viscous Dampers）、金属屈服阻尼器（Metallic Yield Dampers）以及磁流变阻尼器（MR Dampers）的本构关系及其在动力方程中的体现。 第二部分：瞬态响应分析与数值方法（第四章至第七章） 第四章：瞬态响应分析——直接积分法 本章聚焦于求解结构在非周期性瞬态载荷（如冲击、爆炸或短时强风）下的时间历史响应。详细介绍了求解非线性动力学问题的核心算法：直接积分法。系统地比较了中心差分法（Central Difference）、Newmark- $eta$ 法和Wilson-$ heta$ 法的数值稳定性和精度。特别针对大尺寸结构系统的计算效率问题，讨论了如何采用隐式或显式积分方案的选择策略，并给出了实际算例中时间步长选择的工程准则。 第五章：模态叠加法与频率响应分析 模态叠加法作为一种高效的瞬态响应求解策略，在本章得到深入阐述。解释了如何利用模态坐标将大规模 MDOF 系统转化为一组独立的 SDOF 系统进行求解，并讨论了截断误差的控制。随后，转向周期性激励下的分析，即频率响应分析（Frequency Response Analysis）。详细介绍了傅里叶变换在结构动力学中的应用，如何通过频率响应函数（FRF）预测结构在不同频率激励下的稳态响应，以及如何识别系统的共振区域。 第六章：随机振动理论及其工程应用 本章引入了处理非确定性载荷（如地震波、宽带风载）的随机振动理论。系统讲解了随机过程的基本概念，包括平稳性、各态历经性、功率谱密度（PSD）函数和自相关函数。重点阐述了均方根响应（RMS Response）的计算方法，并详细推导了在随机激励下的结构动力学解的公式。本章还结合实际应用案例，展示了如何利用谱密度法进行可靠性评估和抗震设计验算。 第七章：冲击与碰撞动力学导论 本章探讨了极短时间尺度内发生的强非线性动力学问题。分析了材料在高速冲击下的本构关系变化，如应变率效应。讨论了接触动力学问题，包括碰撞恢复系数的确定和接触力的计算。通过实例（如防护结构设计），展示了如何利用显式动力学有限元求解器来模拟高动态载荷下的材料失效和能量吸收过程。 第三部分：高级主题与工程实例（第八章至第十二章） 第八章：非线性动力学分析：几何与材料非线性 现实工程结构不可避免地会进入非线性范围。本章集中探讨几何非线性和材料非线性对动力响应的影响。在几何非线性方面，讨论了 P-Delta 效应和结构屈曲对动力刚度的影响。在材料非线性方面，详细分析了滞回模型（如张量多面体模型、Kinematic Hardening Model）在地震模拟中的应用，以及如何使用大变形理论来修正运动方程。 第九章：有限元法在结构动力学中的深化应用 本章将理论分析与现代计算工具紧密结合。系统回顾了梁单元、板壳单元的动力学单元刚度和质量矩阵的建立过程。深入讨论了如何处理约束条件的施加（如零点约束、多点约束MPC）以及如何处理边界条件。特别关注了大型结构动力学分析中的模型缩减技术，如 Guyan 缩减法和 Craig-Bampton 模态截断法，以提高计算效率。 第十章：风致振动与空气动力耦合 本章专注于建筑结构、桥梁和塔架在风载下的动力响应。详细介绍了气动弹性力学（Aeroelasticity）的基础，包括静力导向力、运动导向力以及伴随力的理论模型。重点分析了涡激振动（VIV）、抖振（Flutter）和失稳（Divergence）现象的判据，并结合案例讲解了如何通过结构设计（如设置导流板或增加阻尼）来抑制这些不利的风致振动。 第十一章：地震工程中的先进分析技术 本章深入探讨了抗震设计的前沿方法。详细介绍了反应谱分析（Response Spectrum Analysis）的原理、谱线法的局限性以及如何采用随机振动法推导更可靠的反应谱。本章的重点内容是非线性时程分析（Nonlinear Time History Analysis, NLTHA）。讲解了如何选择合适的地震动记录，如何进行场地效应修正，以及如何通过先进的性能化设计指标（如层间位移角、残余变形）来评估结构的抗震性能。 第十二章：结构主动与半主动控制系统动力学 本章展望了现代结构控制的前沿技术。系统介绍了主动质量阻尼器（AMD）、支撑式被动阻尼器（TMD）以及半主动控制系统（如基于MR流体的阻尼器）的工作原理和动力学建模。详细推导了最优控制理论在结构控制中的应用基础，包括 LQR（Linear Quadratic Regulator）控制器的设计，并展示了这些控制策略如何在动力响应仿真中有效减小结构位移和加速度峰值。 --- 目标读者： 土木工程、结构工程、机械工程、航空航天工程等专业的高年级本科生和研究生。 从事桥梁、高层建筑、海洋平台、航空器结构等领域的结构设计与分析工程师。 结构动力学、振动控制方向的科研人员。 --- 本书特色： 1. 理论与实践紧密结合： 每章均配备丰富的工程实例和算例，直接对接实际工程中的动力学难题。 2. 计算方法全面： 系统介绍了直接积分法、模态叠加法，并对有限元分析中的关键参数选择进行了细致指导。 3. 前沿技术覆盖： 深入探讨了随机振动、非线性分析以及结构主动/半主动控制等现代结构动力学热点领域。 4. 公式推导详尽： 重要的微分方程和矩阵推导过程清晰完整，有助于读者从根本上理解算法的来源。 通过对本书的学习，读者将能够独立建立复杂结构体系的动力学模型，准确预测其在各种动态载荷下的行为，并掌握先进的结构抗振设计与评估技术。
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