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出版者:哈尔滨工业大学出版社

作者:马松林

出品人:

页数:185 页

译者:

出版时间:2001年01月

价格:19.0

装帧:平装

isbn号码:9787560316178

丛书系列:

图书标签:

• 1
• 路面力学
• 工程数学
• 交通工程
• 土力学
• 结构力学
• 有限元
• 数值分析
• 材料力学
• 路面设计
• 弹性力学

《工程流体力学基础与应用》 内容简介 本书旨在为土木、水利、环境以及相关工程领域的学生和专业人士提供一个系统、深入且注重实践的工程流体力学知识体系。本书立足于严谨的物理原理和数学模型，全面覆盖了流体力学的基础理论，并着重探讨了这些理论在实际工程问题中的应用与求解方法。 全书内容组织遵循“基础原理—理论推导—工程实例—数值模拟”的逻辑脉络，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“为什么”和“如何做”。 第一部分：流体力学基础与物质特性 本部分首先从宏观和微观角度审视流体这一特殊物质形态。 第一章：流体的基本概念与性质 本章深入探讨流体的定义、分类（牛顿流体与非牛顿流体），并详细阐述流体的基本物理性质，包括密度、比重、粘度（运动粘度和动力粘度）的物理意义及其温度和压力的依赖关系。重点解析了流体静力学的基础，如压力随深度的变化规律、帕斯卡定律、阿基米德原理，并详细推导了用于计算复杂结构上流体作用力的相关公式，例如弯曲面上作用力的计算方法。 第二章：流体的运动学描述 本章引入描述流体运动的两种基本观点：拉格朗日观点和欧拉观点。通过位移、速度、加速度场的概念，详细介绍了流场中点系和流线的概念，包括流线、迹线和风线，并阐述了它们之间的内在联系与区别。本章还将引入流体的物质导数（随体导数）的概念，这是后续守恒定律建立的数学基础，并讨论了流动的分类，如均匀流、恒定流、定常流和旋转流。 第二部分：流体动力学基本定律 本部分是全书的核心，基于严谨的守恒原理，推导出工程中应用最广泛的流体运动控制方程。 第三章：流体运动的守恒方程 本章基于三大基本物理守恒定律（质量、动量、能量）建立流体运动的数学模型。首先，详细推导了连续性方程（质量守恒）在直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系下的形式，并探讨了不可压缩流体和可压缩流体连续性方程的简化形式。其次，重点推导了纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程，该方程是描述粘性流体运动的动力学基础。为便于工程应用，本章还将介绍欧拉方程（理想流体）。 第四章：伯努利方程及其工程应用 本章基于动量守恒和能量守恒原理，严格推导了经典的伯努利方程，并详细讨论了其适用条件和物理意义。我们将探讨伯努利方程的推广形式——广义伯努利方程，引入了能量损失（沿程损失和局部损失）的概念，并详细分析了管道系统中的水头损失计算方法，如达西-韦斯巴赫公式的应用。 第五章：量纲分析与相似性原理 本章侧重于工程实验设计和模型建立。通过布克林厄姆 $pi$ 定理，系统地介绍如何从复杂的物理方程中提取出控制无量纲参数的方法。重点分析了雷诺数（Reynolds Number）、弗劳德数（Froud Number）和欧拉数（Euler Number）在流体力学问题中的物理意义，并详细阐述了物理模型与原型之间的相似性判据，为缩尺试验的设计提供理论支撑。 第三部分：实际流动分析与工程问题 本部分将前述理论应用于具体的工程流动场景，重点关注粘性效应和边界层现象。 第六章：粘性流与边界层理论 本章是理解实际工程阻力来源的关键。首先，讨论了层流与湍流的判据与特征，并分析了在平板上的边界层发展过程。详细推导了普朗特边界层微分方程，并介绍了求解一维定常边界层问题的近似方法，如普朗特动量积分方程。最后，讨论了湍流边界层的特点及其对流阻力的影响。 第七章：管道中的流动 本章集中研究圆管和非圆管道中的稳定流动。详细分析了完全发展层流（Hagen-Poiseuille流动）的精确解，并讨论了湍流在光滑管和粗糙管中的摩擦系数与沿程损失的关系（如穆迪图的应用）。此外，本章还深入探讨了局部阻力，如阀门、弯管、扩散管和收缩管引起的局部水头损失计算。 第八章：流体绕流与阻力升力 本章研究物体外部的流动问题，这是结构设计中至关重要的部分。系统分析了流线分离现象和尾流的形成。重点讲解了圆柱体、翼型等典型物体周围的绕流特性，包括绕流的临界雷诺数效应。详细阐述了阻力（Drag）和升力（Lift）的物理来源，并介绍了升力产生的基础——库塔-茹科夫斯基定理。 第九章：流体测量技术与实验方法 本章介绍工程中常用的流速、流量和压力测量设备与方法。内容包括皮托管（Pitot Tube）的原理与应用、文丘里流量计、涡街流量计、涡轮流量计以及各种压力传感器（如压力传感器、压力传感器）的工作原理。同时，简要介绍PIV（粒子图像测速法）等先进的流场可视化技术。 第十章：可压缩流动基础（选读/进阶） 本章为高超声速或气体动力学背景的读者准备，讨论了等熵流、气流加速与阻塞现象，以及激波（Shock Wave）的基本概念及其在喷管流动中的应用。 本书力求结构严谨，推导详尽，配有大量的工程算例和习题，旨在培养读者运用流体力学原理分析和解决复杂工程水力问题的能力。每一章节的理论推导都紧密结合实际应用场景，使抽象的数学概念落地为具体的工程设计参数。

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我一直对路面材料的宏观力学行为与其微观结构之间的关系感到好奇。例如，沥青混合料在高温下的蠕变现象，或者水泥混凝土在冻融循环下的微裂纹扩展，这些看似复杂的现象，背后都有着深刻的数学原理作为支撑。我希望这本书能够在这方面提供一些理论上的指导。我希望能看到书中对粘弹性理论、损伤力学以及断裂力学在路面材料分析中的应用进行详细阐述。比如，如何利用Maxwell模型或Kelvin-Voigt模型来描述沥青的粘弹性行为，或者如何应用Paris定律来预测混凝土裂纹的扩展速率。更重要的是，我希望这本书能帮助我理解这些理论模型是如何与实际的路面测试数据相结合，从而进行参数识别和模型验证的。我一直认为，一个好的工程数学书籍，不仅仅是提供公式和推导，更重要的是教会读者如何将抽象的数学工具应用于解决具体的工程问题。我期望在书中看到一些关于如何将实验数据转化为数学模型参数的详细步骤，以及如何利用这些模型来评估不同路面材料在不同荷载和环境条件下的性能。此外，我也对如何利用概率论和统计学来处理路面材料的变异性和不确定性感兴趣，比如，如何对材料的强度进行统计分析，并将其纳入可靠性设计中。

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我是一名对路面养护和修复策略感兴趣的研究生。在我看来，有效的养护和修复决策，离不开对路面状况的准确评估和对未来退化的预测，而这些都需要强大的数学工具作为支撑。我希望这本书能在这方面提供一些理论上的指导。我期待书中能有关于路面性能评价指标的数学模型，例如，国际平整度指数（IRI）或车辙深度是如何通过数学方法来量化的，以及如何利用这些指标来预测路面的剩余使用寿命。我特别希望书中能介绍一些统计学在路面状况评估和预测中的应用，例如，如何运用回归分析来建立路面状况指数与交通量、环境因素等之间的关系。此外，我也对如何利用概率模型来分析路面损坏的发生和发展过程感兴趣，比如，如何利用泊松过程来模拟裂缝的出现频率，或者如何利用马尔可夫链来描述路面状态的转移。我希望这本书能够帮助我理解如何将这些数学模型应用于制定更加科学、经济的养护计划，比如，如何通过对不同养护措施效果的数学模拟，来选择最优的养护时机和方法。如果书中能提供一些关于路面管理系统（PMS）中数学模型应用的案例，那将是非常有价值的。

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我是一名对路面结构健康监测和损伤诊断感兴趣的工程师。在我看来，利用数学工具来分析监测数据，并准确判断路面健康状况，是提高路面管理效率的关键。我希望这本书能够在这方面提供一些理论上的指导。我期待书中能有关于如何利用信号处理技术（如小波分析）来从监测数据中提取特征信息，并识别路面潜在的损伤模式。我也对如何利用统计模式识别方法（如主成分分析）来对路面运行状态进行分类和评估感兴趣。我希望书中能提供一些关于如何利用数学模型来预测路面损伤的演变过程，并基于这些预测制定预防性养护计划。例如，如何利用故障树分析（FTA）来系统地识别导致路面失效的潜在原因，并量化其发生的可能性。此外，我也对如何利用反演方法（Inverse Methods）来根据监测到的应力或变形响应，推断路面内部的损伤程度和分布非常感兴趣。如果书中能包含一些关于机器学习算法在路面损伤诊断和预测中的应用示例，那就更具前瞻性了。

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路面设计不仅仅是满足强度要求，更要考虑长期服役的耐久性和环境影响。我希望这本书能够深入探讨这些方面，并提供相应的数学分析方法。我期待书中能对沥青混合料的长期老化过程进行数学建模，例如，如何利用氧化动力学模型来描述沥青在高温和紫外线作用下的老化速率，以及这些老化如何影响路面的力学性能。我也希望书中能介绍一些关于冻融循环对水泥混凝土路面损伤的数学模型，例如，如何利用微观损伤力学来解释水在混凝土孔隙中的渗透和冻胀过程，以及这些过程如何导致混凝土性能的退化。更重要的是，我希望这本书能帮助我理解如何将这些材料的长期性能变化纳入到路面结构的整体分析中，从而进行更准确的长期预测和设计。我期待书中能够提供一些关于环境荷载（如温度、湿度、冻融）对路面结构响应的数学描述，并展示如何将这些环境因素与车辆荷载结合起来，进行全寿命周期的性能评估。如果书中能包含一些关于绿色路面材料（如再生沥青、低碳水泥）的力学性能分析方法，那将是非常前沿和有价值的。

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作为一名对路面施工工艺和质量控制感兴趣的工程师，我一直认为数学在确保施工质量和优化施工效率方面扮演着至关重要的角色。我希望这本书能够提供一些关于施工过程中力学行为分析的数学方法。例如，我希望能看到书中对沥青混合料在摊铺和压实过程中应力状态变化的数学描述，以及这些应力如何影响混合料的最终密度和均匀性。我也对如何利用统计过程控制（SPC）来监控施工过程中的关键参数，如温度、压实度等，并预测施工质量的波动性感兴趣。我期待书中能提供一些关于施工机械（如压路机）工作参数对路面压实效果影响的数学模型，从而帮助我们优化压实工艺，确保路面达到设计要求的密实度和强度。此外，我也对如何利用数学方法来模拟和评估不同施工方案的优劣非常感兴趣，比如，如何在保证工程质量的前提下，选择最经济、最高效的施工方法。如果书中能包含一些关于施工过程中可能出现的质量缺陷（如离析、泛油）的数学分析和预防措施，那就更具指导意义了。

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这本书的封面设计相当朴实，没有那些花里胡哨的插画，但正是这种简洁有力，让我觉得它是一本务实、严谨的学术著作。拿到手上，厚实的分量就足以说明其内容的扎实程度。我是一名正在攻读道路工程专业硕士的学生，在学习路面结构设计和材料力学时，常常会遇到一些涉及复杂积分、微分方程以及张量分析的问题，这些知识点在本科阶段虽然接触过，但往往停留在理论层面，与实际工程应用的联系不够紧密。我特别希望这本书能够在这方面提供更深入的解析，例如，如何利用傅里叶变换来处理路面沉降的周期性变化，或者如何运用有限元方法来模拟不同材料在应力作用下的变形行为。我知道路面力学是一个高度依赖数学工具的领域，从经典的弹性理论到更现代的塑性力学和损伤力学，每一个分支都离不开精密的数学推导和计算。我特别期待书中能有对这些数学方法在路面工程中具体应用的详细案例分析，比如，如何根据路面的老化和疲劳机制，建立相应的数学模型，并利用这些模型预测路面的使用寿命，从而为养护决策提供科学依据。此外，对于一些数值模拟的介绍，我也非常感兴趣，毕竟在实际的工程设计中，直接进行解析解的推导往往难以实现，而数值模拟则提供了一种强大的工具来解决这些复杂问题。希望这本书能在理论讲解和实际应用之间找到一个很好的平衡点，既能让我扎实掌握数学基础，又能清晰地看到这些知识如何在路面工程的各个方面发挥作用。

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在我看来，路面工程不仅仅是关于材料的堆砌，更是关于如何在复杂的受力环境下，通过合理的结构设计来保证交通安全和舒适性。而这一切都离不开精确的数学分析。我希望这本书能够深入探讨路面在车辆荷载作用下的应力分布和变形规律。我特别感兴趣的是书中对弹性理论的运用，比如如何通过Boussinesq公式或Burmister的解答来计算路面各层的应力与位移。同时，我也希望书中能介绍一些更先进的理论，如塑性力学在路面基层和路基材料分析中的应用，以及疲劳损伤理论如何用来预测路面在反复荷载作用下的性能退化。我期待书中能够提供一些实际的路面结构模型，并展示如何利用数学方法来分析这些模型在不同工况下的表现。例如，如何评估一个多层路面结构在季节性温度变化和湿度变化下的应力与变形，以及这些变化如何影响路面的长期稳定性。此外，我也对如何利用数学优化方法来确定最佳的路面结构层厚和材料配比非常感兴趣，以实现经济效益和工程性能的最佳平衡。如果书中能包含一些数值模拟的示例，那就更好了，毕竟实际的路面结构往往非常复杂，难以进行解析解的推导。

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我一直对路面结构在复杂边界条件下的受力分析感到好奇。例如，路面与桥梁连接处、涵洞上方以及边坡附近的区域，其受力状态往往与普通路面区域存在显著差异。我希望这本书能够提供一些关于这些特殊区域力学行为的数学分析方法。我期待书中能详细讲解如何利用傅里叶级数或拉普拉斯变换来处理非均质材料或不规则几何形状引起的边界条件复杂性。我也对如何应用欸分法（Variational Methods）或边界元法（Boundary Element Method）来分析这些区域的应力集中和变形特征感兴趣。我希望书中能提供一些实际工程案例，展示如何通过数学建模和数值模拟来解决这些复杂边界条件下的路面设计难题。例如，如何计算涵洞上方路面由于荷载分布不均和弹性模量突变而产生的应力集中，并提出相应的加固措施。此外，我也对如何利用数学方法来评估路面在冻胀土地区或高边坡区域的稳定性非常感兴趣，比如，如何分析地应力、孔隙水压力和冻胀力对路面结构的影响。

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我是一名对路面结构动态响应感兴趣的博士生。在我看来，车辆与路面的相互作用是一个复杂的动态过程，而精确的数学描述是理解和预测这一过程的关键。我希望这本书能够深入探讨路面在动态荷载作用下的行为。我期待书中能有关于车辆振动模型与路面系统耦合分析的数学方法，例如，如何利用多体动力学和有限元方法来模拟车辆通过不平整路面时的动态响应，以及这些响应如何影响路面的疲劳寿命。我也对如何利用傅里叶变换和拉普拉斯变换等工具来分析路面在冲击荷载或周期性荷载作用下的瞬态和稳态响应感兴趣。我希望书中能提供一些关于路面材料阻尼特性的数学描述，以及这些特性如何影响路面系统的能量耗散和振动衰减。更重要的是，我希望这本书能帮助我理解如何将这些动态分析结果应用于优化路面结构设计，例如，如何通过调整路面材料的弹性模量或阻尼系数，来减小车辆的振动传递，提高乘坐舒适性。如果书中能包含一些关于路面与轮胎相互作用的微观力学分析，那就更具启发性了。

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这本书的名字“路面力学中的工程数学”直击了我学习中的痛点。作为一名初学者，我对路面设计中涉及到的大量数学公式和方法感到有些畏惧。我希望这本书能够以一种循序渐进的方式，将这些抽象的数学概念与实际的路面工程问题紧密联系起来。我希望书中能详细讲解一些基础但至关重要的数学工具，比如微积分在应力应变分析中的应用，线性代数在矩阵运算和求解方程组中的作用，以及概率统计在路面性能评估和设计中的地位。特别地，我希望能看到关于传递矩阵法和能量法在路面结构分析中的具体应用，这两种方法在处理多层路面结构时非常有效。我也很期待书中能对有限元方法在路面力学中的应用进行深入介绍，包括单元的建立、节点的定义以及边界条件的施加等关键步骤。我希望这本书能够提供清晰的图示和详细的步骤，让我能够一步步地理解这些方法的原理和操作过程。此外，我也想了解如何利用这些数学工具来优化路面设计参数，例如，如何通过改变沥青层厚度或路基材料，来达到最佳的承载能力和使用寿命。我希望能在这本书中找到解答这些疑问的线索，并且能够真正地掌握这些工具，将其应用于我的学习和未来的工程实践中。

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