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出版者:Academic Pr

作者:Kurtz, Steven M., Dr./ Edidin, Avram Allan

出品人:

页数:560

译者:

出版时间:2006-5

价格:$ 105.03

装帧:HRD

isbn号码:9780123693907

丛书系列:

图书标签:

• 脊柱技术
• 脊柱疾病
• 脊柱外科
• 脊柱植入物
• 脊柱矫形
• 脊柱退行性变
• 微创脊柱手术
• 疼痛管理
• 生物材料
• 医学工程

现代建筑结构设计与材料工程：理论基础与前沿应用 本书为建筑工程、结构设计、土木工程及相关领域专业人士和高等院校师生提供了一部全面、深入的参考手册。它聚焦于理解和应用当代建筑结构所依赖的核心理论、先进材料特性及其在复杂工程项目中的实际部署。本书旨在弥合纯理论研究与工程实践之间的鸿沟，强调在满足结构安全性、耐久性、经济性和可持续性要求下的创新设计方法。 --- 第一部分：结构力学与分析的深化（The Deepening of Structural Mechanics and Analysis） 本部分对经典结构力学进行了系统性的提升，引入了更适应现代复杂结构分析的高级数学工具和计算方法。 第一章：连续介质力学与本构关系（Continuum Mechanics and Constitutive Relations） 本章详细阐述了描述固体变形和应力状态的基础——张量分析。重点解析了应力张量和应变张量在三维空间中的表达及其在不同坐标系下的转换规则。着重讨论了线弹性、弹塑性及粘弹性材料的本构方程，特别是如何通过引入损伤模型（Damage Mechanics）来描述材料在极端荷载下的非线性行为。对各向异性材料（如层合板和纤维增强复合材料）的本构关系进行了深入探讨，为先进材料的应用奠定理论基础。 第二章：高级结构稳定性理论（Advanced Structural Stability Theory） 超越欧拉公式的基本屈曲分析，本章聚焦于几何非线性和材料非线性共同作用下的结构稳定性。详细分析了薄壁结构（如冷成型钢构件）的局部屈曲、扭转屈曲和波纹屈曲的相互作用。引入了二次几何非线性理论（P-Delta效应的精确建模）和非线性动力学分析方法，以评估在大幅度振动或地震作用下结构的极限承载能力和后屈曲行为。对复杂连接节点区域的稳定性分析也进行了专题讨论。 第三章：有限元方法的理论基础与实践（Theoretical Foundation and Practice of Finite Element Method） 本章系统讲解了有限元分析（FEA）的数学内核，包括形函数（Shape Functions）的选取、高斯积分的精度控制，以及处理非线性问题的迭代算法（如牛顿-拉夫逊法和修正牛顿法）。重点探讨了单元类型的选择对结果准确性的影响，如梁单元、壳单元和实体单元的适用范围及网格畸变（Mesh Distortion）的处理。同时，对接触问题、冲击分析以及大规模结构计算中的并行处理技术进行了概述。 --- 第二部分：先进结构材料的特性与应用（Characteristics and Applications of Advanced Structural Materials） 本部分超越传统混凝土和钢材的常规规范应用，深入探讨高性能和新型工程材料在结构设计中的潜力与挑战。 第四章：高性能混凝土（HPC）的微观结构与宏观性能（Microstructure and Macro-performance of High-Performance Concrete） 重点分析了超高强混凝土（UHPC）中纳米级填料（如硅灰、纳米二氧化硅）对水化过程和孔隙结构的影响。讨论了如何通过优化骨料级配和引入纤维（钢纤维、聚合物纤维）来显著提高混凝土的抗拉强度、韧性和抗冲击性能。本章还包括了UHPC在预应力结构、极端环境（如海洋工程）中的耐久性评估方法，以及其施工和养护过程中的特殊要求。 第五章：工程钢材的疲劳、断裂与焊接工艺（Fatigue, Fracture, and Welding Technology of Structural Steels） 本章聚焦于钢结构设计中的关键失效模式。系统阐述了低周和高周疲劳的S-N曲线建模及其在交通荷载和风荷载下的应用。深入剖析了断裂力学在评估结构缺陷（如焊缝内部裂纹）风险中的作用，包括应力强度因子（K因子）的计算和断裂韧性（KIC）的确定。焊接残留应力和热影响区（HAZ）的材料性能退化是重点，并介绍了先进的无损检测技术（NDT）在焊接质量控制中的应用。 第六章：木结构工程的创新（Innovations in Timber Engineering） 本部分专门针对工程木材的复兴，详述了胶合木（Glulam）、交错层压木材（CLT）和正交胶合木（OSB）的力学性能。分析了这些材料在方向性上的力学各向异性及其剪切性能。重点讨论了新型连接节点的设计，如何通过优化连接件（如螺栓、销钉和钢板）的受力模式，实现木结构达到与传统材料相当的防火性能和抗震性能。探讨了生物基材料在提升结构耐久性方面的潜在应用。 --- 第三部分：功能性设计与工程实践（Functional Design and Engineering Practice） 本部分将理论和材料知识应用于具体的设计场景，强调结构与环境、功能之间的交互作用。 第七章：风工程与动力响应分析（Wind Engineering and Dynamic Response Analysis） 本章详细介绍了风荷载的形成机理、气动弹性理论，以及如何利用风洞试验数据校准计算模型。重点在于评估高层建筑和长跨结构在不同风场条件下的抖振（Galloping）和涡激振动（Vortex Shedding）。介绍了主动与被动振动控制技术（如调谐质量阻尼器TMD和粘滞阻尼器）的设计与优化方法。 第八章：抗震设计：基于性能的目标化方法（Seismic Design: Performance-Based Objectives） 本书摒弃了传统的基于应力极限状态的设计，转向基于性能的抗震设计（PBD）。详细讲解了如何根据结构在使用中的预期功能（如正常使用、生命安全、倒塌防止）设定性能目标。系统介绍了非线性时程分析（Nonlinear Time History Analysis）的实施步骤，并讨论了如何使用性能点（Performance Points）的概念来验证结构在罕遇地震下的可靠性。 第九章：结构健康监测与寿命预测（Structural Health Monitoring and Life Prediction） 探讨了将传感器技术集成到基础设施中的前沿方法。详细介绍了光纤光栅（FBG）传感器、压电传感器在实时应变、振动和腐蚀监测中的应用原理。重点阐述了如何利用采集到的海量实时数据，结合概率模型和机器学习算法，对结构的剩余寿命进行量化预测和可靠性评估，从而实现基于状态的维护（CBM）策略。 第十章：可持续性与韧性设计（Sustainability and Resilience Engineering） 本章将结构工程置于更广阔的环境背景下考察。分析了建筑材料的生命周期评估（LCA），特别是对混凝土和钢材的碳足迹进行量化。提出结构设计的减碳策略，包括使用再生材料和低碳胶凝材料。最后，探讨了如何通过冗余设计、连接节点的易于更换性以及模块化设计，来增强基础设施在极端事件（如气候变化、恐怖袭击）后的快速恢复能力（即结构韧性）。 --- 总结： 本手册致力于为读者提供一个理解和应用现代结构工程挑战的综合性知识框架。通过对先进理论、前沿材料和复杂工程实践的深度融合，它期望成为工程师和研究人员手中不可或缺的工具书。

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说实话，我第一次翻开这本书时，感觉就像是进入了一个信息密度极高的知识迷宫。它对各种脊柱内固定系统的发展历程进行了近乎考古式的梳理，从早期的“沙菲尔棒”到现在的3D打印定制化椎弓根螺钉，每一个技术迭代的背后，都似乎藏着一个关于力学、材料和外科哲学的深刻变革。我注意到书中有一章专门讨论了术后不融合的生物力学原因分析，其中引用了大量关于骨小梁应力分布的有限元分析（FEA）模型结果。这些模型的图示非常精细，几乎可以看到电流层如何影响骨小梁的再生速率，这远远超出了我以往阅读的任何一本教科书的深度。当然，这种深度也带来了一定的阅读挑战，很多段落需要反复阅读并结合附录中的术语表才能完全理解其意图，它要求读者不仅要有扎实的临床基础，还得对材料科学和计算力学有一定的敏感度。这本书显然是为那些愿意投入大量时间去钻研“为什么”而不是仅仅学习“怎么做”的专业人士准备的。

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这本书的叙事风格非常独特，它不是那种传统教科书的平铺直叙，反而像是一系列精心策划的学术研讨会记录汇编。每一章的作者团队似乎都有着不同的研究背景，导致章节之间的语气和侧重点有着明显的差异。例如，关于导航手术的章节，语言极其冷静、精确，充满了对误差容忍度的量化描述；而紧随其后的关于患者个体化康复方案的部分，则显得富有同理心和人文关怀，强调的是功能恢复的长期目标。这种风格上的跳跃，虽然有时需要读者快速调整思维模式，但也从侧面反映了脊柱外科这一领域的复杂性和多学科交叉的本质。我特别欣赏它在讨论争议性技术，比如某些新型的椎间融合器时，并未采取偏颇的立场，而是将支持和反对双方的实验数据并置，让读者自己去权衡利弊，这体现了极高的学术操守和平衡性。

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这本《脊柱技术手册》的封面设计得极为专业，那种深邃的蓝色调配上银灰色的字体，立刻给人一种权威和严谨的感觉。我拿到书时，首先被它扎实的装帧吸引了，硬壳精装，拿在手里沉甸甸的，这预示着里面的内容绝非泛泛之谈。我之前接触过一些脊柱相关的教材，但大多侧重于基础解剖或临床案例，而这本书的目录标题——比如“微创入路的新范式”、“融合器械的生物力学优化”——就透露出它聚焦于前沿技术和工程学层面的深度探讨。它不像一本写给初学者的入门指南，更像是一本为资深骨科医生或生物医学工程师准备的参考书。我尤其期待它在新型植骨材料和导航系统应用方面的论述，希望它能提供具体的工程参数和临床转化路径的详尽分析，而不是仅仅停留在概念介绍。如果它能把复杂的生物力学模型用清晰的图表和案例来解释，那这本书的价值就不仅仅是知识的积累，更是技术实践的指导手册。我希望翻开扉页，就能被带入一个充满精确数据和尖端材料科学的殿堂。

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我特地去查阅了这本书的参考文献部分，那简直是一份现代脊柱生物力学研究的“星图”。引用了过去十年内发表在《Spine》、《Journal of Biomechanics》等顶级期刊上的绝大多数里程碑式的研究，引文的年代跨度非常广，既有经典理论奠基者的著作，也有最近一两年才被接受的初稿。这表明作者团队在编撰过程中，显然投入了巨大的精力进行了全面的文献综述，而不是简单地整合现有教材的内容。书中的插图质量也令人称道，特别是关于螺钉松动机制的剖析图，通过动态示意图清晰地展示了交变应力如何导致疲劳失效，这种可视化处理极大地降低了理解复杂失效模式的门槛。对于正在进行科研工作的人来说，这本书提供的不仅仅是知识，更是一个极佳的研究脉络梳理工具。

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阅读《脊柱技术手册》的体验是，我感觉自己被邀请进入了一间世界顶级的脊柱工程实验室。它详细描述了如何设计一个能够模仿人体自然椎间盘蠕动特性的动态稳定装置，并配有详细的测试标准和临床前验证流程。书中关于生物相容性材料的选择，也超越了简单的钛合金讨论，深入到了羟基磷灰石涂层对骨整合的微观影响。我特别关注了其中关于人工智能在术前规划中的应用章节，它不仅列举了现有的算法，更批判性地探讨了当前模型的局限性，比如对罕见畸形的处理能力不足，以及如何确保数据隐私。总而言之，这本书的价值在于它构建了一个从基础物理原理到未来技术展望的完整知识链条，它不仅仅是教会你如何植入器械，更是让你理解如何从根本上改进这些器械，它推动的是整个技术领域向前发展。

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