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出版者:机械工业

作者:崔占全,孙振国

出品人:

页数:117

译者:

出版时间:2008-2

价格:16.00元

装帧:

isbn号码:9787111114970

丛书系列:

图书标签:

• 工程材料
• 材料科学
• 学习指导
• 教材
• 大学教材
• 工程教育
• 材料选择
• 材料性能
• 材料应用
• 高等教育

《现代结构设计与优化：理论与应用前沿》 图书简介 本书深入探讨了现代结构工程领域中，从基础理论到前沿应用的一系列关键议题。它并非一本关于材料特性的基础教材，而是聚焦于如何将先进的力学原理、计算方法和智能化技术，应用于复杂结构体系的设计、分析与性能提升。 第一部分：结构力学基础的深化与拓展 本部分着重于传统结构力学知识体系的再构建与深化，特别关注在非常规载荷与复杂边界条件下的精确求解。 第一章：非线性有限元分析的理论基石 本章详细阐述了结构非线性问题的数学模型基础，包括几何非线性和材料非线性。几何非线性部分，重点分析了小变形假设失效后的理论修正，如大转角理论、应变张量的精确表达（如Green-Lagrange应变）以及在弧长法、残差迭代法等非线性求解技术中的应用。材料非线性部分，深入剖析了弹塑性本构关系（如Von Mises屈服准则及其流动法则），粘弹性与粘塑性行为（蠕变与松弛），以及断裂力学在结构损伤预测中的作用。 第二章：高级动力学响应与随机振动 超越简单的模态分析，本章聚焦于结构系统对动态和随机激励的响应预测。内容涵盖模态叠加法、瞬态动力学分析的数值稳定性（如Newmark-β法和HHT-α法），以及随机振动理论。随机振动部分引入了功率谱密度函数（PSD）、能谱密度函数（ESD）的概念，并讲解了如何利用蒙特卡洛模拟和频域分析方法，评估结构在地震、风荷载等随机不确定性作用下的概率安全指标（如失效概率）。 第三章：结构稳定性与屈曲理论的现代解读 本章关注结构在受压状态下的临界失稳问题。除了欧拉屈曲理论的复习外，重点在于非均匀截面、复合材料层合板以及框架结构的整体稳定性和局部屈曲的耦合分析。内容还包括二阶P-Δ效应的精确计算、初屈曲形态的影响评估，以及通过优化设计手段提高结构的抗屈曲承载力的方法。 第二部分：先进结构材料与复合结构体系 本部分转向对特定先进材料体系及其工程应用的分析，强调其本构关系与宏观性能的耦合。 第四章：高性能混凝土（HPC）与超高性能混凝土（UHPC）的本构模型 本章深入探讨了传统C50/60混凝土力学性能的局限性，转而关注UHPC在极高抗压强度和韧性方面的表现。详细分析了UHPC的纤维增强机制，并引入了损伤塑性模型（如Mazars或Lubliner模型）来描述其微裂缝扩展和峰值强度后的软化行为。章节还包括UHPC构件（如梁、柱）的承载力与延性设计方法。 第五章：纤维增强复合材料（FRP）结构分析 本章全面覆盖了碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）等复合材料层合板的理论分析。内容包括单层板的经典层合板理论（CLT），如应力应变关系、刚度矩阵（A、B、D矩阵）的推导与应用。重点讨论了层间剪切应力的计算、铺层设计对结构刚度和强度的影响，以及复合材料构件在疲劳载荷下的寿命预测模型。 第六章：预应力与后张拉系统的优化设计 本章聚焦于预应力技术在提高结构使用性能方面的应用。详细分析了预应力损失的精确计算方法（考虑松弛、徐变和弹性回缩），以及后张拉体系中的锚固效率与摩擦损失的控制策略。内容还包括预应力构件的疲劳性能评估，以及预应力与结构自振频率的相互影响。 第三部分：计算方法、优化设计与智能监测 本部分是本书的核心，着眼于现代工程实践中对效率、可靠性和可持续性的追求。 第七章：拓扑优化与尺寸优化算法 本章介绍如何利用数值方法指导结构形式的创新。详细讲解了基于密度法的拓扑优化（如SIMP方法）原理，包括密度插值函数、惩罚因子对有效密度的影响，以及制造约束（如最小特征尺寸）的引入。此外，还阐述了结构尺寸优化（如截面选择、梁高分配）中梯度法和启发式算法（如遗传算法）的应用，目标函数可设定为最小化材料消耗或最大化结构刚度。 第八章：结构可靠性分析与不确定性量化（UQM） 本章将可靠性理论应用于工程决策。重点阐述了极限状态函数、载荷分项系数和结构抗力分项系数的确定过程（基于ISO标准或ASCE/ACI规范）。内容深入到一次二阶可靠度方法（FORM）和二阶可靠度方法（SORM）的计算流程，以及如何利用贝叶斯更新方法，结合实际监测数据修正结构可靠度指标。 第九章：结构健康监测（SHM）的信号处理与损伤识别 本章探讨利用传感器网络对在役结构进行实时评估的技术。详细介绍了模态识别技术（如频域分解法FDD、随机子空间识别SSI）在振动数据分析中的应用。损伤识别部分侧重于基于模态参数（如固有频率、阻尼比）的变化规律，结合裂纹扩展的有限元模型，进行损伤的定性定位和定量评估。 第十章：高性能计算与结构模拟的前景 本章展望了新兴的计算技术在结构工程中的融合。讨论了GPU加速在大型非线性分析中的效率提升，异构计算在处理海量监测数据流时的优势，以及数字孪生（Digital Twin）的概念如何通过实时反馈，实现对结构性能的预测性维护和自适应控制。 总结 本书面向结构工程、土木工程、机械工程及材料科学的研究生、高级工程师和科研人员。它旨在提供一个从基础理论到工程应用的完整知识体系，使读者能够掌握处理复杂结构系统挑战所需的高级分析工具和前沿设计理念，但其内容完全聚焦于结构力学、计算方法、材料行为的先进分析，而非材料的制备工艺、化学成分、微观晶体结构或冶金过程等基础材料科学范畴。读者将通过本书获得驾驭复杂结构工程问题的理论深度和计算能力。

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这本书的封面设计得非常朴实，封面上印着的“工程材料学习指导”几个大字，用了一种比较严肃的字体，整体给人一种严谨、可靠的感觉。我拿到这本书时，首先就被它厚实的质感吸引了，纸张的质量很好，印刷清晰，看起来像是经过精心制作的。当我翻开内页，发现排版布局也很合理，章节划分清晰，图文并茂，很多关键概念都有配图辅助说明，这对于初学者来说非常友好。我注意到书的目录非常详尽，涵盖了从基础的金属材料到高分子材料、复合材料等多个领域，这表明作者在内容组织上花了不少心思。特别是对于一些复杂的微观结构描述，书里用了不少清晰的示意图，让人能直观地理解材料的内部构造。而且，书本的装帧也很结实，即使经常翻阅，也不容易出现书页脱落的情况。从整体的第一印象来看，这本书的制作水准很高，内容深度和广度都令人期待，是一本值得信赖的学习工具。

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我必须强调一下这本书的习题和案例分析部分，这才是真正体现其“指导”价值的地方。一般的教材往往只提供一些标准化的练习题，但这本书的每一章末尾都设计了多样化的思考题和工程实践问题。这些题目并非简单的套用公式，而是更侧重于考察对材料特性的理解和应用判断能力。比如，它会模拟一个真实的工程场景，要求我们根据材料的服役环境来选择最合适的材料，并且要给出详细的理由，这迫使我必须跳出死记硬背的怪圈，真正运用所学知识进行决策。此外，书中还穿插了一些历史回顾和材料发展趋势的讨论，这些内容虽然不直接参与考试，但极大地拓宽了我的视野，让我对材料科学的未来发展方向有了更清晰的认识。这些设计让学习过程变得非常主动和有趣。

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就我个人使用体验而言，这本书的实用性简直超乎想象。我是一名在读的研究生，经常需要在项目初期快速掌握某一类材料的关键特性。过去我需要翻阅大量的专业论文和手册，效率很低。自从有了这本书，我发现它就像一个高效的知识检索系统。它对于不同材料的优缺点、加工工艺的限制以及常见的失效模式都有非常系统和精炼的总结。我发现，即便是那些我之前认为已经很熟悉的材料，通过这本书的重新梳理，我也能发现很多之前忽略掉的细节。特别是关于环境因素对材料长期性能影响的章节，分析得非常透彻，对于我们设计需要长期服役的结构件至关重要。总而言之，这本书的价值在于它不仅教你“是什么”，更教会你“为什么”以及“该怎么做”，是一本集知识性、指导性和实用性于一体的典范之作。

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这本书在深度和广度上达到了一个非常巧妙的平衡。对于那些想快速入门的读者，它提供了足够的概览和基础知识；而对于想要深入研究的同学，书中在一些前沿材料的介绍部分，也展示了相当的专业深度。我特别喜欢书中对材料性能与结构关系的那部分阐述，逻辑链条非常清晰，从原子级别的相互作用，逐步推导出宏观力学性能的变化，整个推导过程一气呵成，让人茅塞顿开。而且，书中引用的参考文献和案例似乎都是非常经典和权威的，这无疑增加了内容的可靠性。我尝试对照着书中的理论去分析我们实验室里正在研究的几种新型合金的失效模式，发现书中的分析框架非常适用，为我的研究工作提供了有力的理论支撑。它不仅仅是一本教科书，更像是一部可以随时查阅的材料科学“兵法”。

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我本来对材料科学这门学科感到有些畏惧，总觉得它充满了枯燥的公式和晦涩的理论，但这本书的语言风格彻底颠覆了我的看法。作者似乎非常懂得如何与读者沟通，用词精准却又不失亲切感。阅读过程中，我发现书中很多地方都采用了类比和实例相结合的方式来解释那些抽象的概念，比如在解释晶体结构时，用了生活中的积木搭建来做比喻，一下子就把我从迷茫中拉了出来。更让我欣赏的是，这本书不仅仅是知识的堆砌，它更像是一位经验丰富的老师在耐心指导。每当遇到一个难点，作者总会适时地给出一些学习建议或者“小贴士”，提示我们应该从哪个角度去思考，如何将理论与实际应用联系起来。这种循序渐进的引导方式，极大地减轻了我的学习压力，让我感觉每翻过一页，自己都在扎实地向前迈进，而不是被动地接受信息。

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