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页数:323

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出版时间:2009-1

价格:29.80元

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isbn号码:9787121068935

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《工程力学基础》：结构、运动与力的严谨解析 本书导言：理解物理世界的基石 在所有工程学科的殿堂中，《工程力学基础》无疑是奠定理论根基的“磐石”。本书旨在为读者，无论是机械、土木、航空航天领域的新手，还是寻求系统性回顾的资深工程师，提供一套全面、深入且极具实践指导意义的力学知识体系。本书内容聚焦于宏观物体在力的作用下的平衡状态（静力学）、运动规律（运动学）以及力与运动之间的因果关系（动力学），完全避开了涉及反馈机制、系统稳定性、信号处理或特定控制算法等“自动控制”领域的核心议题。 本书的编写严格遵循经典力学的公理化体系，强调从基本概念出发，通过严谨的数学推导和丰富的工程实例，构建起分析和解决实际工程问题的能力。我们相信，对力的本质、物体的变形与运动的精确描述，是所有复杂工程设计——从桥梁设计到飞行器制造——的先决条件。 --- 第一部分：静力学——平衡的艺术与结构分析 本部分集中探讨物体在受力后保持静止或匀速直线运动（惯性运动）时的受力特征和平衡条件。我们把重点放在“稳定”状态的分析上，这是所有静态结构设计的基础。 第一章：力学基本概念与公理 本章界定了力学的基本物理量，如质点、刚体、力、力矩等。重点阐述了牛顿运动定律在宏观经典力学范围内的适用性。我们详尽区分了矢量和标量的概念，并引入了力的等效概念，为后续的合力与平衡计算做准备。 第二章：平面力系与刚体的平衡 这是静力学的核心。本章深入探讨了二维空间中作用在刚体上的力系。我们详细介绍了平面汇交力系、平面平行力系和一般平面力系的合力与合力矩的求解方法。关键内容包括： 力的投影法与力矩平衡方程： 如何利用直角坐标系下的平衡方程 ($sum F_x = 0, sum F_y = 0, sum M = 0$) 求解未知力。 约束反力： 对各种常见的工程约束（如光滑接触面、铰链、固定端、滚子等）进行分类和建模，精确计算结构所受的反作用力。 自由体图（FBD）的绘制： 强调 FBD 是解决所有力学问题的“第一步”，并提供了一系列绘制复杂结构 FBD 的技巧和规范。 第三章：空间力系与刚体的平衡 将静力学分析扩展到三维空间。本章引入了空间直角坐标系下的六个平衡方程。读者将学习如何处理三维桁架、框架以及复杂机械装配体中的未知力。本章特别关注了三维扭矩的矢量表示及其在平衡分析中的应用。 第四章：连接件、摩擦力与静定结构分析 本章将理论与实际工程中的连接件紧密结合。详细分析了螺栓连接、销钉连接在受力下的应力分布假设。 摩擦力理论： 深入探讨静摩擦与动摩擦的区别，介绍了库仑摩擦定律，并分析了楔块、螺旋机构中摩擦力的影响。 桁架分析： 详细讲解了结点法和截面法在求解静定桁架内部杆件内力上的应用，并讨论了零力杆的识别。 简单梁结构分析： 重点计算承受集中载荷、分布载荷作用下的梁的支座反力，为后续的材料力学中的内力图（剪力图和弯矩图）奠定基础。 --- 第二部分：运动学——描述物体如何运动 本部分彻底剥离了“力”的因素，纯粹关注物体的位置、速度和加速度如何随时间变化。这是动力学分析的基础。 第五章：运动学基础与质点运动学 本章定义了运动学的基本描述工具：位矢、速度矢量和加速度矢量。重点内容包括： 直线运动与曲线运动： 掌握不同参考系下（如笛卡尔系、自然坐标系）对运动的描述方法。 自然坐标系 (t-n 系)： 详细推导切向加速度 ($a_t$) 和法向加速度 ($a_n$)，这对于分析沿固定路径运动的物体至关重要。 第六章：刚体运动学 本章将运动学分析提升到刚体层面。刚体的运动通常是平移和转动的复合运动。 刚体运动的描述： 引入瞬时速度中心（ICR）的概念，高效分析平面运动体的速度和加速度。 角运动学： 详细分析角位移、角速度和角加速度，以及线速度与角速度之间的关系 ($mathbf{v} = mathbf{omega} imes mathbf{r}$)。 复合运动分析： 掌握如何利用相对速度和相对加速度的定理，分析复杂机械（如曲柄滑块机构、万向节）中点的运动，特别是加速度的解析。 --- 第三部分：动力学——力与运动的因果关系 动力学是本课程的高潮，它将静力学中的力与运动学中的运动联系起来，解释了“为什么物体会那样运动”。 第七章：质点动力学——牛顿第二定律的应用 本章核心是牛顿第二定律 ($sum mathbf{F} = mmathbf{a}$)。本书侧重于利用此定律解决实际工程问题： 直角坐标系下的动力学问题： 求解受恒力、变力作用下的质点运动方程。 自然坐标系下的动力学问题： 在涉及沿预定轨道运动（如卫星、车辆沿弯曲道路）的问题中，应用切向和法向的牛顿定律。 功与能原理： 引入保守力、非保守力，推导动能定理，解决涉及速度变化但不需要显式求解运动轨迹的问题。 第八章：质点动力学——冲量与动量 本章侧重于时间积分的效应，特别适用于碰撞、冲击和爆炸等瞬时作用力的分析。 动量定理： 求解物体在冲击过程中速度的突变。 角动量定理： 阐述了力矩与角动量随时间的变化关系，是分析旋转系统和陀螺效应的关键。 第九章：刚体动力学 本章将质点动力学推广至具有质量分布的刚体。这是理解机械动态行为的核心。 刚体绕定轴转动： 建立力矩 ($mathbf{M}$) 与角加速度 ($mathbf{alpha}$) 的关系，引入转动惯量 ($I$) 的概念和计算方法（如平行轴定理）。 平面运动刚体的动力学方程： 综合质心运动方程和绕质心转动的微分方程，处理复杂机械（如摆、连杆机构）的动态响应。 总结： 《工程力学基础》是一部旨在培养工程师严谨思维的工具书。它提供的所有分析方法，从平衡条件的建立到运动方程的求解，均服务于对物理世界中力、运动和结构相互作用的精确预测和描述，是理解任何涉及结构、运动和载荷的工程领域的坚实基础。本书内容与控制系统的反馈、校正、传递函数等抽象概念完全无关。

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坦白说，初次接触这本书时，我被其中大量出现的希腊字母和复杂的代数表达式所震慑，一度觉得这是一本“天书”。但随着我强迫自己跟上作者的节奏，特别是强行啃下前几章关于拉普拉斯变换和传递函数的晦涩内容后，奇妙的事情发生了。我发现，这些看似吓人的数学工具，其实都是为了服务于一个极其简洁而强大的目标：将时域的混乱转化到频域的清晰。作者在处理传递函数模型时，那种对数学严谨性的坚守，让人感到无比踏实。每一个定理的推导都无懈可击，每一个假设都有其明确的边界。这种极致的严谨性，使得我对自己所构建的任何模型都充满了信心。这本书的价值在于，它训练的不仅仅是你的计算能力，更是你的建模思维。它教会我，面对一个实际问题，第一步不是急于套用公式，而是要先学会如何抽象、如何简化、如何用最本质的数学结构去描述这个物理现象。读完后，我发现自己看待工程问题的方式都变了，变得更加注重系统的内在结构和行为模式，而不是仅仅停留在表面的输入输出关系上。

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这本书给我的感觉，更像是一部关于“秩序与控制的哲学思考录”，而非仅仅是一本技术手册。它以一种近乎诗意的笔触，探讨了如何在无序中建立可预测性，如何在动态变化的环境中维持平衡。我尤其震撼于作者对“反馈”这一核心思想的哲学化探讨。它不仅仅介绍了如何设计一个反馈回路，更是引导我们思考反馈在生命系统、社会系统乃至宇宙运行中的普遍意义。阅读时，我仿佛在与一位智者对话，他用数学的语言构建了一个模型，但模型的内涵却远远超出了工程范畴。书中对非线性系统的探讨，更是充满了探索的勇气，它没有回避现实世界中的复杂性和不确定性，反而将这些“不完美”视为系统本身的固有特征，并提供了应对这些特征的优雅工具。那些关于鲁棒性和最优化的章节，让我重新审视了“完美控制”的定义——也许，真正的控制，是在不确定性中找到最佳的妥协。这本书的阅读体验是渐进式的，需要循序渐进，如同攀登一座知识的高峰，每向上一步，视野都会变得更加开阔，但每一步的攀登都充满了对体力的考验。

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这本书的配套资源和深度讨论，远超出了纸面文字本身。我发现，许多关键的参数设置和系统响应分析，如果仅仅依靠书本上的静态图示来理解，总感觉隔了一层纱。直到我尝试着利用书中所介绍的方法，自己动手搭建了几个简单的仿真环境，将书中的例子活生生地跑起来，那种动态的、随时间变化的系统行为呈现在眼前时，所有的疑惑瞬间烟消云散。书中对不同控制器的对比分析尤其精彩，例如PID控制的精髓、前馈补偿的巧妙之处，以及现代控制理论中状态空间描述的优越性，都通过具体的仿真结果得到了最有力的佐证。这种“动起来”的学习体验，极大地弥补了传统教材的不足。作者在行文间，偶尔会流露出对历史发展脉络的清晰梳理，让我们知道哪些方法是里程碑式的突破，哪些是现有理论的补充，这使得学习过程充满了历史的厚重感和知识的传承感。对于那些习惯了“拿来即用”的读者来说，这本书或许显得有些“慢热”，但它所培养的底层逻辑能力，是任何快速教程都无法比拟的。

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翻开这本厚厚的书，我立刻被它那严谨而又充满逻辑性的叙事方式所吸引。作者仿佛是一位经验丰富的向导，带着我们深入一个充满复杂系统的世界。书中的每一个章节都像是一块精密的齿轮，与其他部分紧密啮合，共同构建起一个宏大而又清晰的理论框架。我特别欣赏它在基础概念阐述上的耐心与深度，许多我过去一直感到模糊不清的专业术语，在这里都得到了淋漓尽致的剖析，仿佛拨开了层层迷雾，豁然开朗。比如在讲解系统稳定性判据时，它不仅仅是罗列公式，更是深入挖掘了这些数学模型背后的物理意义和工程直觉，这种由表及里的讲解方式，极大地增强了学习的趣味性和理解的牢固性。阅读过程中，我常常需要停下来，对照着自己工作中的实际案例去思考如何应用书中的工具，那种将抽象理论与具体实践连接起来的成就感，是阅读其他教材时难以体会的。全书的排版和图示设计也十分考究，那些精心绘制的信号流图和波德图，不仅清晰易懂，更具有一种几何上的美感，让人在学习枯燥的数学推导时，也能享受到视觉上的愉悦。这本书无疑是为那些真正想扎根于理论、追求深刻理解的工程师和研究人员准备的，它需要的不仅仅是时间，更需要一种沉下心来打磨思维的专注力。

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最让我感到惊喜的是，这本书在涉及前沿课题时，也保持了高度的连贯性和可读性。它并没有止步于经典的反馈控制理论，而是非常自然地过渡到了更具挑战性的领域，比如最优控制和对不确定性的处理。作者在介绍这些高级主题时，并没有采取那种生硬的、堆砌新名词的做法，而是巧妙地将它们视为对经典理论的自然延伸和深化。例如，在引入变分法和泛函分析的概念时，作者非常克制地只引入了读者理解最优解所必需的工具，避免了不必要的数学理论灌输，确保了对工程实际问题的聚焦。这使得我对这些前沿技术不再感到遥不可及，而更像是掌握了下一阶段解决更复杂工程难题的钥匙。这本书的价值，不仅在于传授已有的知识，更在于它为读者树立了一个不断探索、不断突破现有局限的学术标杆。它激励着我，在未来的工作中，要敢于质疑现有的系统结构，并尝试应用更深层次的数学工具去寻求更优的解决方案。这真是一本能够改变一个人思考范式的经典之作。

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