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出版者:中国电力

作者:王修彦

出品人:

页数:282

译者:

出版时间:2007-8

价格:29.80元

装帧:

isbn号码:9787508355474

丛书系列:

图书标签:

• 热工学
• 热力学
• 传热学
• 流体力学
• 工程热物理
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• 机械工程
• 理工科
• 教材

《工程力学：结构与运动的解析》 图书简介 《工程力学：结构与运动的解析》是一本全面深入探讨经典力学原理及其在工程实践中应用的专业教材。本书旨在为工科学生、工程师及相关研究人员提供坚实的理论基础和系统的分析方法，以应对复杂的机械、土木和航空航天工程问题。 全书共分十章，内容覆盖静力学、运动学、动力学以及材料力学的核心概念，并辅以大量的实例和习题，确保读者能够熟练掌握从宏观受力分析到微观变形预测的全过程。本书的编写严格遵循力学学科的内在逻辑，强调物理图像的建立和数学模型的准确性，力求在保持严谨性的同时，兼顾教材的启发性和可读性。 第一部分：结构分析的基础——静力学 第一章：力系与平衡 本章是全书的基础，详细阐述了力的概念、力的特性（大小、方向、作用点）以及力的矢量表示法。重点解析了平面力系和空间力系的概念，包括合力、合力矩的求解方法。通过对刚体概念的界定，引出了力系平衡的基本条件——平衡方程的建立。本章通过对桁架、框架等典型工程结构的静定分析实例，展示了如何运用力的投影法和方程组求解未知力，特别是对约束力的确定，为后续的结构分析打下坚实基础。我们深入探讨了静力学中的重要定理，如虚功原理，为后续的能量法分析做好了铺垫。 第二章：平面结构与刚体的平衡 本章专注于二维问题，详细剖析了常见约束（如铰链、固定端、滚动支座）的受力特性。着重讲解了如何绘制自由体图（Free Body Diagram, FBD）这一关键步骤，强调了对系统边界的精确划分和对所有外力、反力的完整识别。针对平面桁架结构，本章系统介绍了结点法和截面法，对比了两种方法的适用范围和计算效率。此外，还涉及了摩擦力的基本理论，包括静摩擦和动摩擦的判定标准，以及在楔块、螺旋等机构中的应用。 第三章：空间力系与复杂结构 将静力学的原理扩展到三维空间。本章介绍了空间力系的平衡方程（六个独立方程），并详细讲解了空间桁架和框架的静定性判断标准。对于静不定结构，本章引入了超静定问题的概念，但主要侧重于静定问题的完整求解，为后续章节中引入变形概念来解决静不定问题做准备。对力矩的矢量表达和双力矩（Couple）的概念进行了严谨的定义和应用。 第二部分：运动的描述与动力学原理 第四章：质点运动学 本章从描述运动出发，不涉及引起运动的力。详细介绍了描述质点运动的基本量——位移、速度和加速度，并区分了它们的矢量特性。本章的核心是建立不同坐标系下的运动方程，包括笛卡尔坐标系、自然坐标系（切向和方案加速度）以及极坐标系。通过对匀速圆周运动、抛体运动的深入分析，读者将掌握如何利用微积分工具处理瞬时变化率的问题。本章特别强调了相对运动的概念，为分析复杂机构的运动奠定基础。 第五章：质点动力学——牛顿定律 本章是动力学的基石，全面阐述了牛顿三大运动定律在工程领域的应用。重点在于建立运动微分方程（$sum F = ma$）。本章通过大量实例，如变质量系统（如火箭推进）、约束运动的质点（如沿曲面滑动的物体），演示了如何正确地应用牛顿定律。对惯性力、约束反力的处理进行了细致的辨析。 第六章：质点动力学——功与能 本章引入能量守恒和能量转换的概念，为解决那些难以直接求解运动方程的问题提供了强大的替代工具。详细阐述了功、动能、保守力与非保守力、势能的概念。推导了动能定理、保守力做功与势能的关系，以及机械能守恒定律。本章的难点在于对系统边界的选取以及如何处理非保守力（如摩擦力）所做的功，这些功都将导致系统机械能的变化。 第七章：质点动力学——冲量与动量 本章聚焦于瞬时效应和守恒原理。讲解了冲量、动量、角动量等概念。重点推导了动量定理和角动量定理，并阐述了它们在碰撞问题中的应用，特别是区分了完全弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞。本章为分析高速冲击、爆炸以及定轴转动提供了必要的工具。 第三部分：刚体动力学与变形分析的初步 第八章：刚体动力学基础 将动力学原理从质点推广到具有体积和形状的刚体。本章首先定义了刚体的转动惯量（关于不同轴的转动惯量），并详细讲解了平行轴定理（Steiner's Theorem）的应用。核心内容是刚体绕定轴转动和绕定点转动的动力学方程（欧拉方程的基础形式）。通过对飞轮、陀螺仪等经典案例的分析，深化对力矩与角动量关系的理解。 第九章：振动与系统响应 本章作为动力学的延伸，初步探讨了工程中最常见的现象——振动。主要分析单自由度无阻尼自由振动和受迫振动的基本模型，引入了固有频率、周期和振幅的概念。虽然内容侧重于理想情况，但为后续学习更复杂的机械系统振动（如阻尼、多自由度系统）奠定了必要的数学和物理基础。 第十章：引论：应力与应变的基本概念 为了连接动力学分析与结构稳定性，本章简要介绍了材料力学的开端。讨论了内部作用力（应力）的概念，区分了正应力、剪应力以及它们在截面上的分布。初步介绍了胡克定律，将应力与形变（应变）联系起来，为理解结构在载荷下的微观响应提供了基础视角。本章强调，工程结构的设计，必须在满足受力平衡的同时，确保其强度和刚度。 本书的结构设计旨在循序渐进，从最基础的平衡概念出发，过渡到复杂系统的动态响应，最终触及材料响应的门槛。我们坚信，扎实的力学基础是所有高级工程学科（如结构设计、机械制造、控制理论）不可或缺的基石。本书的深度和广度，足以支撑学生完成本科阶段的力学学习要求，并为其未来的专业深造打下坚实的基础。

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这本书的语言风格，说实话，带有浓厚的学院派气息，充满了精准的定义和不容置疑的论断，读起来就像是在听一位德高望重的教授在讲台上娓娓道来，每一个术语的引入都伴随着详尽的背景介绍和历史沿革。我记得有一章专门讨论了熵增定律在信息论和宇宙学中的类比应用，那段论述之精妙，简直让人拍案叫绝。作者巧妙地将热力学的基本法则，提升到了哲学思辨的高度，探讨了“时间之箭”的本质，这完全超出了我对一本标准教材的预期。虽然某些章节的数学推导过程显得异常繁复，涉及到大量的张量分析和偏微分方程的求解，对于我这种更偏向于工程计算的读者来说，初读时会感到一定的压力，但一旦坚持下来，那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。这本书的参考文献列表极为庞大且权威，涵盖了近百年来的经典文献，这表明作者在内容构建上是建立在坚实的学术基础之上的，绝非空中楼阁式的臆断。它更像是一部研究性的专著，旨在系统性地梳理和构建一个知识体系，而非仅仅提供入门知识的速查手册。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面那种略带磨砂质感的深蓝色，配上烫金的字体，显得沉稳又不失格调。刚翻开目录时，那种对知识体系的敬畏感油然而生，感觉自己即将踏入一个严谨而宏大的科学殿堂。虽然我主要关注的是更偏向应用和工程实践的领域，但翻阅这本书时，那种对基本原理的深度挖掘和系统梳理，还是让我忍不住沉浸其中。尤其是关于能量转换效率的探讨部分，作者似乎没有满足于给出教科书式的公式，而是深入剖析了不同工质在特定温度和压力区间内的微观行为，这对于理解实际热力循环中的不可逆损失至关重要。书中的插图清晰度极高，不仅仅是简单的示意图，很多甚至像是精密仪器拍摄的剖面图，这极大地帮助了读者建立起抽象概念的具象化认知。我特别欣赏作者在阐述复杂概念时，那种层层递进的逻辑铺陈，从最基础的宏观现象入手，逐步过渡到微观层面的微观粒子运动规律，使得即便是初学者也能体会到热力学思维的严密性，而不是仅仅停留在背诵公式的层面。这本书的排版也十分考究，字间距和行距拿捏得恰到好处，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到特别疲劳，这对于需要深入研读的专业书籍来说，是一个非常重要的加分项。

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翻阅此书时，我最大的感受是其内容深度带来的那种“硬核”震撼。它不是那种追求快速出成果的实用手册，更像是为有志于从事前沿热物理研究的人士准备的案头工具书。特别是关于相变动力学的那几节，作者详尽地引用了分子动力学模拟的结果，来解释成核和晶界迁移的过程，这部分的细节密度极高，需要反复阅读才能消化。书中对于各种实验方法的描述也极其细致，比如如何精确测量材料在极高压力下的热容变化，所使用的仪器的误差分析和校准流程，都写得一丝不苟。这使得这本书不仅是一本理论著作，同时也具备了相当高的实验参考价值。我发现自己不得不经常停下来，查阅一些更基础的材料科学或流体力学名词，才能完全跟上作者的思路。这本书的价值在于，它没有回避任何难点，而是选择正面对抗最复杂的物理现象，并试图给出最严谨的数学描述，这对于那些真正想挑战学术前沿的人来说，无疑是一份宝藏。

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这本书的篇幅极其可观，拿在手上分量十足，体现了作者力求完备的学术雄心。它的结构布局非常清晰，像是经过精密的建筑设计，从宏观的能量守恒定律开始，像建筑地基一样夯实基础，然后层层向上搭建起复杂的热传导、对流和辐射的耦合模型。我印象最深的是关于非平衡态热力学的章节，作者引入了非常现代的统计物理工具，来处理那些传统热力学框架难以覆盖的瞬态问题，这让我看到了该领域前沿的发展方向。书中包含的大量案例分析，并非简单的习题，而是对真实工业过程（如燃气轮机叶片的热防护设计、或者新型储能介质的循环效率评估）的深入剖析，这些分析直接将抽象的理论与工程实践的痛点联系起来，极大地提高了阅读的代入感。阅读完这些案例，读者会深刻体会到，掌握这些基础理论，不仅仅是为了考试，更是为了解决那些“卡脖子”的技术难题。这本书的深度和广度，完全可以作为研究生阶段的参考主干教材，引导学生进行更深入的专题研究。

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这本书的阅读体验，从整体上看，是一种持续的、需要高度专注的智力挑战。它的叙事节奏非常缓慢而审慎，每一个结论的得出都经过了周密的逻辑论证链条，很少有那种“一看便知”的简单跳跃。我特别喜欢它在介绍新的物理模型时，会先回顾旧模型的局限性，然后循序渐进地指出新模型是如何克服这些缺陷的，这种对比式的讲解方式，极大地加深了对知识演进过程的理解。例如，在讨论边界层理论的修正时，作者对比了经典Couette流与真实气体效应下的复杂流动模式，这种纵向的比较视野，使得读者能够清晰地看到理论是如何随着实验条件的变化而不断完善的。美中不足的是，对于某些读者来说，书中偶尔出现的德语或拉丁文的专业术语注释，虽然增加了学术的厚重感，但在快速查阅时，可能会稍微打断阅读的流畅性。总而言之，这是一部需要“坐下来，沏壶茶，慢慢品味”的著作，急功近利者可能会望而却步。

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