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出版者:Crc Pr I Llc

作者:Bassam A. Izzuddin

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2013-12-22

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780415482349

丛书系列:

图书标签:

• 结构;
• Mechanics
• Computational
• 非线性结构分析
• 结构工程
• 有限元分析
• 力学
• 工程力学
• 数值方法
• 结构稳定性
• 材料力学
• 结构设计
• 计算力学

结构动力学与高级有限元分析：面向土木与机械工程师的实用指南 本书旨在为土木、结构、机械以及航空航天等领域的工程师和高级学生提供一套全面、深入且高度实用的先进结构分析理论与计算方法体系。内容聚焦于超越传统线性静力学假设的复杂工程问题，涵盖了从理论基础的严谨推导到底层数值实现的精细化处理，特别强调在实际工程项目中的应用和挑战应对。 --- 第一部分：结构动力学基础与模态分析的深度解析 本部分内容完全脱离对“非线性结构分析”这一特定主题的直接讨论，而是为理解复杂动力响应奠定不可或缺的基石。 1. 连续体动力学基础：从变分原理到运动方程的构建 本章详细阐述了结构动力学分析的理论起点——能量法与虚功原理。我们将深入探讨拉格朗日方程（Lagrange’s Equations）和哈密顿原理（Hamilton’s Principle）在结构动力学中的应用，推导出包含惯性力和阻尼力的欧拉-伯努利梁、欧拉-泊松梁以及薄板理论的运动微分方程。重点在于如何将连续体系统离散化，并建立质量（Inertia Matrix）和阻尼（Damping Matrix）矩阵的物理意义和数值表示。这里采用的阻尼模型是基于经典的瑞利阻尼（Rayleigh Damping）和粘滞阻尼（Viscous Damping）的精确推导，与非线性分析中常见的本构关系阻尼（Material Damping）区分开来。 2. 特征值问题与模态分析的工程实践 本章详述了自由振动问题，即求解体系的特征值问题（Eigenvalue Problem）。内容包括精确求解和近似求解方法，如子空间迭代法（Subspace Iteration Method）和 Lanczos 方法。我们将详尽分析模态振型（Mode Shapes）的物理意义、正交性，以及如何利用模态叠加法（Modal Superposition Method）来求解线弹性系统的瞬态响应。特别关注模态有效质量（Effective Mass）和模态参与系数（Modal Participation Factors）的计算，这些是进行地震工程和冲击响应分析的关键前置步骤。 3. 响应谱分析与地震工程基础 本章聚焦于基于谱理论的结构响应评估。内容涵盖单自由度体系的响应谱曲线的构建、多自由度体系的模态分解，以及如何应用规范化的反应谱（Response Spectrum）来评估结构的最大位移、速度和加速度。我们将详细讨论绝对值叠加法（Absolute Value Superposition）和平方根求和法（SRSS）的适用范围和局限性，这些方法均建立在线性弹性假设之上。 --- 第二部分：高级有限元方法与线性稳态分析的精细化处理 本部分深入探讨数值求解器的构建和高级的线性分析技术，为后续理解非线性问题的数值迭代打下基础。 4. 有限元方法的理论深化：弧长法与载荷增量 本章侧重于线性问题的数值稳定性和计算效率。我们将详细探讨广义牛顿法（Generalized Newton’s Method）在线性体系中的简化形式，并介绍如何有效地对大型稀疏线性方程组进行求解。内容涵盖前条件子（Preconditioners）的选择，如IC/LU分解，以加速求解过程。此外，本章还将探讨结构建模中的高级技术，例如壳单元（Shell Elements）的积分方案（如五点积分 vs. 改进的剪切锁定处理）和梁单元的旋转自由度处理。 5. 稳态与瞬态线性热-结构耦合分析 本章转向考虑温度场对结构性能影响的线性分析。内容包括：热传导方程的有限元离散化、热应力（Thermal Stresses）的计算，以及热弹性（Thermoelasticity）问题的耦合求解流程。我们将对比全隐式耦合（Fully Coupled）和分区交错迭代（Partitioned Iterative）方案的优劣，特别是在分析高频热循环载荷或快速升温环境下的结构响应时。 6. 线性屈曲分析与特征值屈曲 本章专门研究结构在静载荷作用下失稳的临界点。内容包括：线性屈曲分析（Eigenvalue Buckling Analysis）的理论基础，即如何构建几何刚度矩阵（Geometric Stiffness Matrix），以及该矩阵与线弹性刚度矩阵的耦合，从而导出一个广义特征值问题。我们将讨论临界载荷因子（Critical Load Factor）的确定，并分析轴向、剪切和扭转载荷组合下的多模态屈曲现象。这部分内容完全基于线弹性假设下的微小变形理论。 --- 第三部分：高级接触、材料模型与数值稳定性（聚焦线性与弹塑性交界） 本部分引入了材料行为的初步复杂性，但其讨论范围严格限制在线性材料模型或理想弹塑性模型（忽略几何非线性）的边界内。 7. 接触分析的离散化与算法 本章专注于结构间或结构与工具间的接触问题。内容涵盖：接触状态的判定（点对点、点对面）、接触约束的数学表达（不等式约束），以及如何将这些约束转化为有限元方程组的附加项。我们将详细讨论罚函数法（Penalty Method）和增广拉格朗日法（Augmented Lagrangian Method）在处理接触边界条件时的实现细节，强调在接触单元的刚度矩阵中如何体现接触刚度的贡献。 8. 简单本构模型的线性化处理：粘弹性与超弹性基础 本章介绍超越纯弹性材料的初步模型，但主要关注其线性近似或基于小应变假设下的应用。对于粘弹性材料，我们采用的分析方法是基于时间域的卷积积分，并探讨如何通过Prony级数分解将其转化为等效的线性系统进行求解。对于超弹性材料，我们介绍其应力-应变关系基于应变能密度函数（Strain Energy Density Function），并推导其线弹性化（Tangent Modulus）的导数形式，用于在准静态载荷下的初步弹性分析。 9. 数值误差控制与收敛性评估 本章探讨确保数值解可靠性的技术。内容包括：时间步进算法的稳定性分析（如Crank-Nicolson, Central Difference），以及如何选择适当的时间步长以满足Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) 条件。此外，我们将讨论残差范数的计算和选择，以及如何基于能量守恒原则来评估数值积分过程中的误差累积，确保解的精度在可接受范围内。 --- 总结： 本书提供了一条从基础动力学到高级线性数值方法，再到初步引入复杂材料和边界条件的完整学习路径。其核心价值在于严谨的理论推导、对经典结构分析工具（如模态分析、线性屈曲、谱分析）的深入掌握，以及对大型有限元系统求解器构建的精细化指导。全书的分析框架严格建立在线性、小变形、或局部化简化的材料模型基础之上，旨在为工程师提供一个稳健的、可预测的、基于线性/准线性假设的结构分析工具箱。

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作为一名对建筑工程领域充满好奇的研究生，我一直致力于寻找能够拓展我知识边界的读物。这本书的标题“Nonlinear Structural Analysis for Engineers”恰好点燃了我探索未知领域的兴趣。我一直对那些能够解释结构在极端条件下表现的理论感到着迷，比如在地震发生时，或者在承受巨大冲击时，结构的响应会发生怎样的变化？我期望这本书能够提供一个系统的框架，让我能够理解非线性分析的原理，包括其与线性分析的区别，以及在何种情况下必须采用非线性方法。我希望书中能够详细介绍各种非线性现象，如材料屈服、几何非线性和接触非线性，以及这些现象如何影响结构的整体稳定性。此外，我也期待书中能够深入讲解各种数值分析技术，尤其是有限元法在处理非线性问题中的应用，并能提供一些具体的算法和求解器介绍。能够通过这本书，我希望能建立起扎实的理论基础，为我未来的研究和工程实践打下坚实的基础。

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这本书的封面设计倒是颇具匠心，深邃的蓝色背景衬托着银灰色的书名，给人一种严谨而专业的科技感。我本来是抱着学习如何更精确地模拟和预测建筑结构在承受非线性荷载时的行为而购买的，毕竟在现实工程中，结构的响应并非总是线性的，理解这一点对于确保工程安全至关重要。我一直对那些能够将抽象理论转化为实际应用的技术感到着迷，而结构分析无疑是其中一个引人入胜的领域。尤其是当涉及到大跨度桥梁、高层建筑或者复杂结构的抗震设计时，非线性分析的重要性更是显而易见。我期望这本书能够提供扎实的理论基础，并辅以清晰的数学推导，让我能够理解其中的核心概念，例如材料的塑性行为、几何非线性和接触非线性等。同时，我也期待书中能有相关的工程案例分析，通过实际例子来阐述理论知识的应用，这样会更容易将书本内容与实际工程问题联系起来，加深理解。我对书中能够详细讲解各种数值方法，如有限元方法在非线性分析中的应用，以及如何选择合适的本构模型和数值算法来解决特定的工程难题抱有很大的期望。

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我是在一次偶然的机会了解到这本书的，当时我正在寻找一些关于材料力学高级主题的资料，希望能深化我对结构行为的理解。封面上的书名“Nonlinear Structural Analysis for Engineers”立刻吸引了我的注意，它精确地击中了我的知识盲区。我一直对那些能够解释结构在极限载荷下表现的理论感到好奇，因为线性分析在很多情况下显得过于简化，无法捕捉到真实的复杂性。我希望能在这本书中找到关于屈曲、后屈曲行为、以及大变形效应的深入探讨。我一直相信，扎实的理论基础是解决实际工程问题的关键，因此，我期待书中能够有严谨的数学推导，让我能够理解非线性方程组的求解过程，以及各种数值方法的原理。另外，我非常希望书中能包含一些利用商业软件进行非线性结构分析的实例，比如如何建立模型、定义材料属性、施加载荷、以及解释分析结果。这样的实践性内容能够帮助我将学到的理论知识转化为实际的操作技能，从而更好地应对复杂的工程挑战。

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对于我这个在工程领域摸爬滚打多年的工程师来说，一本能够真正提升我专业技能的书籍是极其宝贵的。看到《Nonlinear Structural Analysis for Engineers》这个书名，我immediately就感受到了一股熟悉的亲切感，同时也充满了期待。我一直在思考，在实际工程项目中，我们如何才能更准确地评估结构在承受极端荷载下的表现，尤其是在面临不确定性和突发情况时。这本书的标题暗示了它将提供解决这些问题的关键知识。我希望它能深入探讨材料的本构模型、结构的几何非线性效应以及它们如何相互作用，从而影响结构的整体稳定性。我期望书中能包含丰富且贴近实际工程的案例研究，通过这些案例，我能直观地理解理论知识如何在实际工程问题中得到应用，并学会如何规避潜在的风险。我希望这本书能够成为我手中的利器，帮助我在复杂的设计和分析任务中，做出更加精准、可靠的判断，进一步提升我的专业能力和解决问题的效率。

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我一直对如何精确预测结构在超出弹性极限后的行为感到好奇，这本书的标题《Nonlinear Structural Analysis for Engineers》正好触及了我一直以来对工程力学领域的深入探究的渴望。在我的学习和初步的工程实践中，我越发意识到线性分析的局限性，尤其是在处理诸如大位移、材料屈服、以及临界屈曲等复杂工程问题时。我殷切地期望这本书能够提供一个全面且深入的视角，来理解这些非线性现象的物理根源以及其在数学模型中的体现。我希望书中能够系统地介绍各种非线性分析的数值方法，并能清晰地阐述它们各自的优缺点以及适用的工程场景。能够通过这本书，我希望能掌握构建和求解非线性结构模型的能力，从而在复杂的工程设计中做出更明智、更安全的决策。

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