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出版者:中国建工

作者:张来仪

出品人:

页数:254

译者:

出版时间:2003-6

价格:23.00元

装帧:

isbn号码:9787112054411

丛书系列:

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• 结构力学
• 力学
• 结构分析
• 工程力学
• 弹性力学
• 结构设计
• 土木工程
• 桥梁工程
• 建筑工程
• 有限元分析

《力学之道：从基础到前沿的探索》 本书并非一本关于“结构力学”这一特定工程学科的教科书，而是旨在为读者提供一个更宏观、更普适的力学知识体系。我们将深入剖析力学的核心原理，从最基本的牛顿运动定律出发，逐步构建起一个严谨而完善的力学框架，并在此基础上，探索力学在各个领域中的广泛应用及其前沿发展。 第一部分：力学的基石——经典力学的世界 本部分将奠定读者对力学最坚实的理解。我们不会拘泥于某个具体工程领域的结构分析，而是着眼于力学现象背后的普适性规律。 第一章：运动的描述：矢量与坐标系 在一切力学分析之前，我们需要准确地描述物体的位置、速度和加速度。本章将从向量的基本概念入手，讲解如何在不同坐标系（笛卡尔坐标系、极坐标系等）下表示运动状态。我们将讨论位移、速度和加速度的定义，以及它们之间的微分和积分关系。通过大量的几何和代数练习，读者将能够熟练地运用向量工具来分析运动轨迹。我们还会触及一些看似简单的概念，例如参考系的选取对于运动描述的重要性，以及匀速直线运动、匀速圆周运动等基本运动模式的数学表达。 第二章：运动的原因：牛顿三大定律的深远影响 牛顿定律是经典力学的灵魂。本章将对这三条颠覆性的定律进行深入浅出的解读。 第一定律（惯性定律）： 我们将探讨惯性的本质，以及为什么静者恒静，动者恒动，除非受到外力的作用。惯性参考系的建立是理解这一定律的关键，我们会通过实例说明惯性参考系和非惯性参考系的差异，以及在非惯性参考系中引入惯性力的必要性。 第二定律（加速度定律）： F=ma，这简洁的公式背后蕴含着无穷的奥秘。我们将详细讲解力、质量和加速度之间的定量关系，并通过各种受力分析来计算物体的运动状态。我们将区分不同类型的力，如重力、弹力、摩擦力、张力等，并讲解如何通过力的分解和合成来解决复杂问题。本章将涉及大量的解题技巧，包括画受力图、建立运动方程、求解微分方程等。 第三定律（作用与反作用定律）： 力的相互性是宇宙的基本法则。我们将通过生活中的例子，如人推墙、火箭喷气等，来生动地展示作用力与反作用力的特点，并强调它们总是大小相等、方向相反，作用在不同物体上。 第三章：功、能与动量：量守恒的优雅 在分析运动的原因之外，我们还可以从能量和动量的角度来理解和预测物体的运动。 功与能： 本章将引入功的概念，即力在位移上所做的累积效应。我们将讨论恒力做功和变力做功的计算方法。在此基础上，我们将引出动能的概念，并推导出动能定理，即合外力做的功等于物体动能的变化。随后，我们将深入探讨势能（重力势能、弹性势能）以及机械能守恒定律，解释在保守力作用下，机械能为何保持不变。 动量与冲量： 动量是物体运动状态的另一个重要度量，它与速度和质量直接相关。我们将定义动量，并引入冲量的概念，即力随时间的作用效果。动量定理指出，合外力的冲量等于物体动量的变化。更重要的是，我们将深入探讨动量守恒定律，解释在没有外力作用或合外力为零的情况下，系统的总动量保持不变。这一定律在碰撞问题、火箭推进等领域有着极其重要的应用。 第四章：旋转世界的法则：刚体动力学基础 将经典力学从质点推广到刚体是不可或缺的一步。本章将介绍描述刚体运动的关键概念。 转动惯量： 类似于质量之于平动惯性，转动惯量是描述刚体转动惯性的物理量，它与物体的质量分布有关。我们将学习如何计算不同形状刚体的转动惯量，并理解其对转动运动的影响。 角量： 我们将定义角位移、角速度和角加速度，并分析它们与线量之间的关系。 力矩与角动量： 力矩是使物体产生转动的“力”，我们将学习力矩的计算方法。角动量是描述刚体转动状态的物理量，它与转动惯量和角速度相关。我们将探讨角动量守恒定律，解释在没有外力矩作用下，系统的总角动量保持不变。 第二部分：波动与振动——动态世界的律动 本部分将超越静态的力学分析，进入动态、变化的力学世界。 第五章：振动的奥秘：简谐振动与阻尼振动 振动是自然界中最普遍的现象之一。本章将聚焦于简谐振动，它是最基本、最简单的振动形式。我们将深入分析简谐振动的动力学方程，理解振幅、周期、频率和相位等关键参数，并探讨其能量转化过程。我们还将介绍阻尼振动，分析阻尼对振动幅度和周期的影响，以及过阻尼、临界阻尼等不同阻尼状态。我们将通过弹簧振子、单摆等典型例子来阐述振动理论。 第六章：波的传播：能量的传递之旅 振动不仅可以局限在物体自身，还可以向外传播，形成波。本章将系统地介绍波的传播理论。 波的类型： 我们将区分横波和纵波，并讨论它们的传播介质和特性。 波的方程： 我们将学习描述波的传播的数学方程，理解波长、波速、振幅等参数的物理意义。 波的叠加原理： 干涉和衍射是波的重要特性。我们将讲解波的叠加原理，并分析相长干涉和相消干涉的条件，以及波的衍射现象。 驻波： 在特定边界条件下，波的传播会形成驻波，我们将探讨驻波的形成机制和特点。 第三部分：连续介质力学导论——宏观与微观的桥梁 本部分将把力学分析的视野扩展到连续介质，为理解更复杂的力学行为打下基础。 第七章：流体静力学与动力学：运动中的液体与气体 流体是自然界中最常见的物质形态之一。本章将从流体静力学开始，分析静止流体中的压强分布，并引入浮力定律，解释阿基米德原理。随后，我们将转向流体动力学，讲解理想流体的伯努利方程，描述流速、压强和高度之间的关系。我们还将探讨粘性流体的一些基本概念，如粘滞系数，并简单介绍层流和湍流的区别。 第八章：弹塑性力学基础：材料的变形与破坏 任何材料在受力时都会发生变形。本章将引入材料力学中的基本概念。 应力与应变： 我们将定义应力（单位面积上的力）和应变（相对变形），并分析它们之间的关系。 弹性变形与塑性变形： 我们将区分可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形。 胡克定律： 在弹性范围内，应力与应变成正比，我们将介绍这个重要的本构关系。 屈服强度与抗拉强度： 我们将讨论材料发生屈服和断裂的关键强度指标。 应力集中： 几何形状的变化如何导致应力在局部区域的显著增加，我们将对此进行讨论。 第四部分：力学的前沿与交叉——现代应用的视角 在掌握了力学的基本原理后，本部分将带领读者一窥力学在现代科学技术中的应用和发展。 第九章：有限元方法：数值求解的强大工具 当遇到复杂的几何形状和边界条件，传统的解析方法往往难以求解。本章将介绍有限元方法（FEM），这是一种强大的数值分析技术。我们将概述其基本思想：将连续的物体离散化为有限个小的单元，然后在每个单元上建立简化的力学方程，最后将这些方程组装起来，通过计算机求解。我们将阐述有限元方法在结构分析、热应力分析、流体动力学模拟等领域的广泛应用，并介绍其在工程设计和科学研究中的重要价值。 第十章：生物力学与仿生学：自然的智慧，科学的灵感 力学原理在生物体中无处不在。本章将探讨生物力学，研究生物体内的力学现象，如骨骼的受力与强度、肌肉的运动机制、血液的流动动力学等。我们将分析这些生物力学现象背后的物理学原理，并展示力学如何帮助我们理解生命过程。同时，我们将介绍仿生学，即从自然界中汲取灵感，运用力学原理创造出更先进的技术和产品。例如，鸟类飞行对航空器的启发，鱼类游动对水下航行的启示。 第十一章：多体系统动力学与混沌：复杂系统的未知世界 现实世界中的许多系统都由多个相互作用的物体组成，例如行星系统、机械臂等。本章将介绍多体系统动力学，研究这些复杂系统随时间的演化。我们将触及混沌理论，探讨在某些确定性系统中，微小的初始条件差异如何导致巨大的长期预测误差，展现复杂系统内在的不确定性。这将为读者理解宏观世界中的复杂现象提供一个全新的视角。 结语 《力学之道：从基础到前沿的探索》并非止步于某个具体问题的解答，而是致力于为读者构建一个理解和分析各种力学现象的通用框架。我们相信，通过对力学基本原理的深入理解，并将其与现代科学技术的发展相结合，读者将能够更好地认识我们所处的世界，并在各自的领域中找到创新的突破点。本书的目标是启发思考，培养解决复杂问题的能力，让力学的智慧闪耀在生活的每一个角落。

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坦白说，我本来以为市面上关于结构力学的书籍都大同小异，无非是换汤不换药的公式集合。但当我翻开这本书时，立刻感受到了它在“工程实践导向”上的巨大差异。它似乎非常注重培养读者的工程直觉和快速判断能力。书中穿插了大量的“设计小贴士”和“常见错误警示”，这些内容在其他教材中是很难找到的。例如，在分析超静定结构时，书中特别强调了如何根据结构的实际受力情况，快速判断“多余约束”的位置和影响，这对于节省计算时间，避免无效运算具有极高的指导价值。另外，书中对各种荷载组合和偶然荷载的讨论也相当深入和实际，这部分内容在应试教育的教材中往往被简化处理。这本书的价值不仅在于教会我如何解题，更在于教会我如何像一个真正的结构工程师那样去思考问题，去预见潜在的危险和不合理之处。

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这本书的排版和视觉呈现方面做得非常出色，这对于一本理工科书籍来说，简直是锦上添花。很多力学书的图表总是灰蒙蒙的，线条复杂到让人眼花缭乱，但这本书的插图清晰、配色考究，每一个受力图和位移示意图都经过了精心设计，关键的受力方向、约束反力都用不同的颜色和粗细清晰地标示出来。我特别喜欢它对“位移法”和“矩阵刚度法”的介绍部分，作者使用了分层的解释方式，先把概念放在一个更容易理解的框架下阐述，然后才逐步引入矩阵运算的细节。这使得原本非常依赖代数技巧的部分，变得更加易于接受和掌握。阅读体验极佳，长时间阅读也不会感到视觉疲劳，这在学习结构力学这种需要高度集中注意力的学科中，是一个非常重要的加分项。

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这本书最大的亮点在于它对于结构动力学基础的引入和衔接处理得非常平滑自然。很多教材在力学基础部分结束后，突然转向动力学时，过渡显得生硬且突兀，让人感觉像是学了两门完全不相关的课程。然而，这本书巧妙地将静力平衡的概念延伸到了动态平衡的思考上，特别是对“刚体”和“弹性体”在时间维度下的响应差异进行了深入浅出的对比分析。它没有回避复杂的微分方程，但它在讲解如何建立这些方程的过程中，花费了大量篇幅去解释物理模型的合理性。这种注重源头逻辑而非仅仅是求解技巧的教学方法，让我对后续更高级的结构分析理论，如抗震设计，有了一种更深层的预见性和信心。这本书的深度和广度兼具，绝对是结构工程领域一本不可多得的经典之作，值得反复研读和收藏。

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这本书的编排逻辑简直是一流的，它成功地搭建了一个从宏观到微观，再到复杂体系的知识框架。我以前总觉得结构力学这门课就是各种方程的堆砌，但是这本书让我看到了其中内在的统一性。作者并没有急于展示最难的部分，而是循序渐进地引导读者，比如先深入讲解了静力平衡的本质，然后才过渡到体系的稳定性分析。尤其值得称赞的是，它对“虚功原理”和“互等定理”这些抽象概念的处理，作者巧妙地引入了能量法的视角，用更直观的方式解释了这些看似高深莫测的定理在实际计算中的应用。我发现，当我真正理解了这些基本原理的物理意义后，面对那些复杂的组合结构计算，思路也变得开阔了许多，不再是机械地套用公式。这本书更像是一位经验丰富的老工程师在手把手地指导你，让你理解“为什么”要这么算，而不是简单地告诉你“怎么”算，这种深度的探究令人非常受用。

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这本书简直是工科学习路上的“救世主”，特别是对于像我这种初次接触结构力学，感觉无从下手的新手来说。它不像那些晦涩难懂的教科书，上来就堆砌复杂的公式和理论，这本书的叙述方式非常贴近实际工程应用。从最基础的内力分析，到后来的应力、变形计算，每一步的推导都配有非常清晰的图示和生活化的例子。我记得在讲到材料力学特性的时候，作者用了很形象的比喻，让我瞬间就理解了那些抽象的概念。而且，书中的例题设计得极具代表性，很多都是我们日常设计中会遇到的典型构件，解题步骤详略得当，既保证了理论的严谨性，又照顾到了初学者的接受程度。读完一章，总有一种豁然开朗的感觉，而不是被一堆符号淹没的挫败感。它真正做到了将复杂的力学原理转化为可理解、可操作的工程知识，极大地增强了我对这门学科的信心。强烈推荐给所有正在被结构力学折磨的朋友们，这本书绝对能帮你建立起坚实的力学基础。

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