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出版者:Prentice Hall

作者:Anil K. Chopra

出品人:

页数:912

译者:

出版时间:2006-9-1

价格:USD 191.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780131561748

丛书系列:

图书标签:

• 土木
• structures
• dynamics
• 结构动力学
• 结构分析
• 振动
• 地震工程
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• 模态分析
• 结构设计
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• 力学
• 结构稳定性

结构动力学：理论基础与工程应用 本书全面深入地探讨了结构动力学这一核心工程学科，旨在为读者构建坚实的理论框架，并掌握其在实际工程问题中的应用技巧。全书内容涵盖从基本的振动理论到复杂结构的非线性动力响应分析，结构清晰，论述严谨，图表丰富，非常适合土木工程、机械工程、航空航天工程等领域的学生、研究人员及一线工程师使用。 第一部分：基础理论与单自由度系统 本书首先从最基础的自由振动概念入手，详细阐述了离散动力系统的自由度、位移场以及广义坐标的概念。我们深入剖析了单自由度（SDOF）系统的运动方程，即牛顿第二定律在结构动力学中的具体应用。 自由振动分析： 对无阻尼和粘滞阻尼 SDOF 系统的自由振动进行了详尽的分析。重点介绍了固有频率、自然频率的计算方法，以及对数衰减率的物理意义和确定方法。通过引入复数解法，清晰地展示了阻尼对系统响应的影响，尤其是欠阻尼、临界阻尼和过阻尼三种情况的响应特性差异。 受迫振动分析： 随后，本书转向分析外部激励下的系统响应。对于简谐荷载作用下的 SDOF 系统，详细推导了稳态响应的解析解，并引入了频率响应函数、放大系数（Magnification Factor）等关键概念。这部分内容强调了共振现象的原理、危害以及如何通过设计手段避免共振。 瞬态响应与激励响应： 针对瞬态激励（如冲击荷载、脉冲荷载），我们详细讨论了单位脉冲响应函数（Green's Function）的构建，并利用卷积积分（Convolution Integral）这一强大的数学工具，求解系统对任意非周期性外部激励的瞬态响应。卷积积分的推导过程细致入微，配合具体的算例，帮助读者掌握实际工程中处理复杂荷载历程的方法。 能量法与刚度法： 除了基于力的平衡方程的分析外，本书还引入了能量法（如瑞利法）来估算复杂结构的近似固有频率，这为后续更高自由度系统的分析提供了直观的视角。同时，为过渡到多自由度系统，本书系统地回顾了结构分析中的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵的组装规则，为矩阵动力学奠定基础。 第二部分：多自由度系统动力学 多自由度（MDOF）系统的分析是结构动力学的核心挑战之一。本部分将系统的分析提升到矩阵代数的高度。 运动方程的建立： 详细介绍了如何根据拉格朗日方程或基于牛顿定律的正交系建立 MDOF 系统的运动微分方程 $mathbf{M} ddot{mathbf{x}} + mathbf{C} dot{mathbf{x}} + mathbf{K} mathbf{x} = mathbf{f}(t)$。重点阐述了集中质量模型和分布式质量模型的区别，并讨论了如何合理地选择系统的自由度。 无阻尼自由振动： 对无阻尼 MDOF 系统的自由振动进行了深入分析。核心在于求解广义特征值问题 $left( mathbf{K} - omega^2 mathbf{M} ight) oldsymbol{phi} = mathbf{0}$。我们不仅展示了求解特征值（固有频率）的数值方法（如子空间迭代法），更重要的是解释了特征向量（振型）的物理意义——描述系统振动的基本模式。 模态分析与解耦： 模态分析是求解 MDOF 系统响应的关键步骤。本书详细阐述了模态叠加法（Modal Superposition Method）的原理。通过将原始的耦合运动方程通过正交变换转化为一组独立的（或近似独立的）单自由度方程，极大地简化了求解过程。我们讨论了模态正交性，以及在 Rayleigh 阻尼假设下，阻尼矩阵如何被模态坐标解耦。 模态响应与总响应： 基于模态分析的结果，详细推导了系统在任意外部激励下的模态参与系数和模态响应。最终，通过模态响应的叠加，获得了系统在物理坐标下的总响应。本书特别强调了高阶模态对总响应的贡献度，指导工程实践中只需考虑前几阶主导模态的原则。 第三部分：连续体结构动力学与数值方法 本部分将理论分析的范围扩展到具有无限自由度的连续体结构（如梁、板、框架结构）。 连续体振动理论： 以欧拉-伯努利梁为例，推导了梁的运动微分方程——经典的四阶偏微分方程。利用分离变量法求解了简支梁、悬臂梁等典型边界条件下的振动特性，获得了连续的频率方程和振型函数。这部分内容帮助读者理解离散化模型（如杆单元）的理论来源。 数值动力学基础： 面对高度复杂或非线性的实际工程问题，解析解往往不可行。因此，本书系统地介绍了主流的数值方法。 有限元法（FEM）在动力学中的应用： 详细回顾了有限元法的基本单元（如梁单元）的动力学刚度、质量矩阵的建立。 时间积分方法： 重点讨论了求解瞬态响应的数值积分技术，包括显式积分法（如中心差分法）和隐式积分法（如新に示す法和中心差分法的修正形式）。分析了各种方法的稳定性和精度，为选择合适的数值求解器提供理论依据。 第四部分：随机振动与非线性动力学 随机振动理论： 针对风荷载、地震荷载等具有随机特性的激励，本书引入了随机振动分析的理论。介绍了随机过程的基本概念，如平稳随机过程、功率谱密度（PSD）函数和交叉谱密度函数。利用输入输出关系，推导了系统输出响应的功率谱密度，并计算了响应的均方根值，这是评估结构疲劳和极限状态的关键指标。 地震工程动力学： 重点讨论了结构在地震激励下的响应分析。详细介绍了地震波的特性，以及反应谱法（Response Spectrum Analysis）作为一种高效工程近似方法的原理和应用范围。对比了反应谱法与模态时间历史分析法的优劣。 非线性动力学： 结构材料的弹塑性、大变形、接触等问题引入了非线性。本书讨论了非线性刚度（如滞回模型）、非线性阻尼和非线性外力对系统动力响应的影响。重点介绍了求解非线性动力问题的迭代方法，如牛顿法在时间步长内的应用，以及如何处理刚度矩阵随时间变化的复杂性。 结语 本书结构严谨，理论与实际紧密结合，配备了大量的工程实例和详尽的数学推导，旨在培养读者对复杂结构动力现象的深刻理解和精确的分析能力。掌握本书内容，将为读者从事抗震设计、振动控制、结构健康监测等前沿领域的工作奠定不可动摇的知识基础。

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说实话，《Dynamics of Structures》这本书的内容，对我个人而言，真是打开了一个全新的视野。我一直认为，工程学最终的落脚点在于解决实际问题，而这本书恰恰是这种理念的完美体现。它在介绍诸如激振、共振等现象时，并没有停留在理论层面，而是花了大量篇幅去分析现实世界中发生的各种动力学事件，比如桥梁在风荷载下的颤振，或者高层建筑在地震中的表现。我尤其对书中关于随机振动理论的阐述印象深刻，作者通过大量的统计学方法和概率论知识，构建了一个严谨的框架来描述和预测结构在不确定性载荷下的行为。这种处理方式，让原本枯燥的随机过程变得生动有趣，也让我对工程设计的鲁棒性有了更深的理解。书中还提供了一些代码示例，虽然不是直接调用，但足以让我理解如何利用编程工具来实现复杂的动力学模拟。这对于我这样希望将理论与实践紧密结合的工程师来说，无疑是一笔宝贵的财富。这本书的语言风格也很独特，它不像很多学术著作那样一本正经，反而带有一种启发性的思考，总能引发我进一步的联想和探索。

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我最近在研究《Dynamics of Structures》这本书，并且发现它在处理一些复杂结构体系的动态响应方面，展现出了极高的专业水准。它对于非线性结构动力学的探讨，是我在其他同类书籍中很少见到的。作者并没有回避那些难以解析的非线性行为，而是通过引入一些前沿的分析技术，例如分岔理论和混沌动力学，为理解结构的复杂响应提供了一个清晰的框架。书中关于结构阻尼的研究也十分透彻，从黏滞阻尼到材料阻尼，再到动吸振器等主动和被动控制策略，都进行了详尽的介绍和案例分析。我特别关注书中关于结构减震技术的应用，它详细介绍了不同类型减震装置的工作原理，以及如何在实际工程中进行选择和布置。这让我对如何提升结构的抗震性能有了更直观的认识。此外，书中对时程分析和模态叠加法的比较，以及在不同情况下的适用性分析，也让我对这些常用计算方法有了更深刻的理解。这本书的深度和广度都超出了我的预期，让我对结构动力学的研究有了全新的认识。

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不得不说，《Dynamics of Structures》这本书的内容，确实让我看到了结构动力学研究的无限可能性。它不仅仅停留在基础理论的讲解，更是将目光投向了结构动力学的未来发展方向。书中关于结构健康监测和损伤诊断的章节，让我眼前一亮。作者是如何通过分析结构的动态特性变化来预测和评估结构损伤的，这一过程的逻辑非常严谨。他介绍的例如模态损伤识别、频域损伤识别等方法，都提供了非常具体的实现思路。我特别欣赏书中关于使用传感器网络进行实时监测的讨论，这让我看到了在智能结构和智慧城市建设中，结构动力学所扮演的关键角色。此外，书中还对一些新兴的结构动力学问题进行了展望，比如微纳结构动力学、仿生结构动力学等，这些都为我未来的学术研究提供了新的灵感和方向。这本书的阅读体验非常流畅，它的逻辑结构清晰，语言表达精准，并且配有大量的图表和实例，让我在学习过程中能够事半功倍。这本书让我深刻地认识到，结构动力学不仅仅是一门学科，更是一种解决问题的思维方式。

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这本《Dynamics of Structures》真的让我大开眼界！我一直对建筑物的受力分析和动态响应很感兴趣，但市面上的书要么过于理论化，要么就缺乏深入的实例。这本绝对是个例外。它没有像某些教材那样，一开始就抛出大量的数学公式和抽象概念，而是循序渐进地从最基础的振动理论讲起，通过大量生动形象的比喻和图示，让我这个初学者也能轻松理解。特别是关于简谐运动和阻尼振动的章节，作者用了非常贴近生活的例子，比如荡秋千、汽车减震器，让我一下子就明白了这些看似复杂的物理现象是如何与实际工程联系起来的。而且，书中对结构动力学在地震工程、风工程等领域的应用进行了详尽的阐述，这一点我尤其欣赏。我之前一直以为动力学分析只是学术研究的范畴，这本书让我看到了它在解决实际工程问题中的巨大价值。它提供的案例分析非常实用，让我能够将书本上的知识应用到我的实际项目中去，解决我工作中遇到的难题。总而言之，这是一本兼具理论深度和实践指导意义的优秀教材，强烈推荐给所有对结构动力学感兴趣的朋友们！

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我必须承认，最初拿到《Dynamics of Structures》这本书时，我对其内容的期望值并没有那么高，毕竟关于结构动力学的书籍市场上有不少，但真正能让我眼前一亮的并不多。然而，这本书给我带来了意想不到的惊喜。作者在处理结构模态分析和频率响应等核心概念时，采用了非常独特且富有洞察力的方法。他没有简单地罗列公式，而是深入剖析了每个参数的物理意义，以及它们如何影响结构的整体动态行为。我特别喜欢书中关于多自由度系统分析的部分，它将复杂的矩阵运算过程分解成一个个易于理解的逻辑步骤，并且通过精心设计的算例，让我能够清晰地追踪每个步骤的结果。书中的图表绘制得也相当精美，很多示意图能够直观地展示结构的振动形态和能量传递过程，这对于理解抽象的数学模型至关重要。更让我受益匪浅的是，书中详细介绍了数值方法在结构动力学分析中的应用，比如有限元法的基本原理及其在动态问题求解中的优势，这为我日后的研究和工作打下了坚实的基础。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，引领我一步步深入探索结构动力学的奥秘。

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能把chopra的这本书从头到尾都透彻了也就大神了。

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