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出版者:机械工业

作者:陶元芳 编

出品人:

页数:221

译者:

出版时间:2010-6

价格:27.00元

装帧:

isbn号码:9787111301929

丛书系列:

图书标签:

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• 编程基础
• 数据分析
• 工程应用

深入探究现代土木工程的基石：结构分析与材料科学前沿 本书聚焦于土木工程领域中至关重要的两个核心支柱：结构分析的深度理论与先进材料的创新应用。 它旨在为土木、结构及相关工科专业的学生、工程师以及科研人员提供一个全面、深入且紧跟行业前沿的学习资源，超越传统教材的范畴，着重于解决复杂工程问题的分析方法和新兴材料带来的设计挑战。 第一部分：高级结构分析的理论与实践 本部分将结构分析提升至一个更高的层次，不再局限于经典的梁、板、壳单元理论，而是深入探讨非线性、动态及大变形分析的数学基础与数值实现。 第一章：结构稳定性与屈曲理论的深化 本章详细阐述了经典的欧拉屈曲理论的局限性，并引入非线性屈曲分析（如几何非线性、材料非线性）。我们将剖析薄壁结构在承受高轴向载荷或侧向激励时，如何从弹性屈曲过渡到塑性失稳的复杂过程。重点内容包括： 1. 第二阶理论（Second-Order Theory）：详细推导 $P-Delta$ 效应和 $P-delta$ 效应在高层建筑和桁架结构中的精确量化方法，并与现行规范中的近似方法进行对比分析。 2. 动力屈曲（Dynamic Buckling）：探讨冲击载荷或快速加载条件下结构的瞬态失稳行为，涉及特征值分析的局限性及其在非线性时间积分方法中的应用。 3. 局部和整体屈曲的交互作用：针对复杂截面（如箱形截面、工形截面）进行细致研究，特别是冷弯薄壁构件的稳定性设计准则。 第二章：有限元方法的理论基础与高级应用 本书将有限元方法（FEM）的介绍从基础插值函数拓展到更高效、更精确的单元构建与求解策略。 1. 变分原理与弱形式的严谨推导：从最小势能原理出发，系统推导线弹性、几何非线性结构问题的弱形式，确保读者理解有限元离散化背后的物理意义。 2. 高级单元类型与单元选择：深入探讨四面体单元（Tetrahedral）、高阶单元（High-order elements）的构建，以及剪切锁定（Shear Locking）和体积锁定（Volumetric Locking）现象的缓解技术（如混合法、奇异插值）。 3. 接触与摩擦问题的数值模拟：详细介绍罚函数法、增广拉格朗日法在模拟结构部件间的接触行为中的应用，包括摩擦模型的选择（库仑摩擦、速度依赖摩擦）及其对结构响应的影响。 4. 网格无关性研究（Mesh-Invariance Study）：探讨如何通过自适应网格技术（h-refinement, p-refinement）确保计算结果的可靠性和收敛性。 第三章：结构动力学与抗震分析的进阶 本章聚焦于结构在时变荷载作用下的响应，特别是针对地震工程和风工程中的挑战。 1. 模态分析与模态叠加法的深入理解：不仅计算固有频率和振型，更探讨如何处理非比例阻尼对模态解耦的影响，以及旋转刚度对低频模态的影响。 2. 时间域分析技术：全面对比中心差分法、Newmark-$eta$ 法、HHT 法等显式和隐式积分算法的稳定性和精度，重点分析大规模结构在强地面运动输入下的瞬态响应。 3. 基于性能的抗震设计（Performance-Based Seismic Design, PBSD）：介绍非线性反应历史分析（Nonlinear Time History Analysis）在评估结构损伤状态（如大震不倒、中震可修、小震可服役）中的核心作用，并讨论性能指标（如位移、应变限值）的确定。 第二部分：先进结构材料与创新构件设计 本部分将视角转向材料科学在土木工程中的革命性应用，关注那些能够显著提升结构性能、耐久性或实现可持续发展的创新材料。 第四章：高性能混凝土与纤维增强复合材料（FRP） 传统混凝土材料的性能提升是结构创新的关键，本章重点介绍现代高性能材料的本构关系与应用。 1. 超高性能混凝土（UHPC）的微观力学与本构模型：深入分析UHPC中纤维（钢纤维、PP纤维）的随机分布对材料韧性、抗裂性能的影响。介绍基于张拉-拉伸软化（Tension-Softening）模型的UHPC本构描述。 2. FRP材料的力学特性与长期性能：详述碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）等复合材料的各向异性，以及在高温、酸碱环境下的耐久性评估方法。 3. FRP加固与约束效应：详细介绍FRP材料在钢筋混凝土构件的外包约束（Confinement）效应，如何提高柱和梁的延性和承载力，并提供实际的界面粘结滑移模型。 第五章：智能材料与结构健康监测（SHM）集成 本章探讨如何将传感技术和新材料集成到结构设计中，实现主动控制和实时评估。 1. 压电效应与应变能收集：介绍压电材料在结构振动控制中的应用潜力，如主动质量阻尼器（AMD）的理论基础，以及结构振动能的回收技术。 2. 形状记忆合金（SMA）在结构中的应用：重点研究SMA的超弹性（Superelasticity）和形状记忆效应，探讨如何利用这些特性设计自复位结构连接件，实现结构在强震后的快速恢复。 3. 分布式传感技术在结构安全中的部署：从布拉格光纤光栅（FBG）传感器到分布式声学传感（DAS）技术，阐述如何实现对大跨度结构（如桥梁、大坝）的全场应变和温度监测，以及这些数据如何反哺到有限元模型的修正中。 第六章：轻量化与可持续结构体系 面对城市化进程和可持续发展的要求，本部分关注新型轻质结构体系的力学行为。 1. 网壳与张拉结构体系的稳定性分析：系统研究预应力张拉膜结构和空间网壳结构的初始平衡态确定（Form-finding）过程，以及在风荷载和雪荷载下的动力响应特性。 2. 木结构工程的现代化：深入探讨正交胶合木（CLT）的横向和纵向力学性能差异，以及如何将CLT与传统钢筋混凝土结构进行混合连接设计，实现结构效率与低碳排放的平衡。 3. 极端环境下的结构响应：分析结构在高温、火灾以及深海环境下的材料性能退化规律，并结合先进的结构分析方法，预测其在极端条件下的剩余寿命与安全储备。 本书的编写风格严谨而不失洞察力，力求在理论深度和工程应用之间架起一座坚实的桥梁，为读者提供一套解决当代复杂工程难题的工具箱。每一章节都辅以大量的工程案例分析和必要的数学推导，以期培养读者独立思考和创新设计的工程能力。

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