岩土工程有限元分析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:349

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出版时间:2010-5

价格:54.00元

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isbn号码:9787030276711

丛书系列:

图书标签:

• 岩土工程
• 有限元分析
• 土力学
• 数值计算
• 工程地质
• 岩石力学
• 地下工程
• 边坡稳定
• 基础工程
• 软件应用

土木工程前沿：结构动力学与抗震设计 导言： 在现代土木工程领域，结构的安全性和可靠性是至关重要的考量。随着建筑结构向更高、更复杂的方向发展，传统的静力学分析方法已难以全面应对地震、风荷载等动态作用带来的挑战。本书旨在深入探讨结构动力学理论，并将其与先进的抗震设计理念相结合，为工程师和研究人员提供一套系统、前沿的知识体系。本书的重点聚焦于如何精确模拟、评估和增强结构在极端荷载下的响应与韧性。 第一部分：结构动力学基础理论 本部分将为读者构建坚实的动力学分析基础。 第一章：单自由度体系的动力响应 本章从最基本的单自由度（SDOF）体系出发，阐述质量、刚度和阻尼对系统自由振动和受迫振动的关键影响。内容涵盖： 振动方程的建立与求解： 详细推导并求解无阻尼和有阻尼系统的运动微分方程，包括瞬态响应和稳态响应的解析方法。 系统参数识别： 介绍实验模态分析的基本概念，如何从实测数据中提取系统的固有频率、阻尼比和振型。 瞬态响应分析： 重点研究瞬态冲击载荷（如冲击、碰撞）作用下SDOF系统的响应特性，包括峰值响应的预测。 响应谱理论初步： 引入响应谱的概念，作为连接理论分析与实际工程应用的桥梁，解释如何利用反应谱评估结构的最大位移、速度和加速度响应。 第二章：多自由度体系的振动分析 本章将理论扩展到更接近实际工程的离散化多自由度（MDOF）系统。 质量矩阵、刚度矩阵与阻尼矩阵的形成： 讨论有限元方法中这些系统矩阵的构建过程，强调基于能量法的矩阵导出。 自由振动分析： 深入讲解特征值问题（广义特征值问题），求解系统的固有频率和振型。详细阐述振型正交性的物理意义及其在后续分析中的应用。 模态叠加法： 这是MDOF动力分析的核心方法。系统介绍如何利用模态分解将复杂耦合系统解耦为一组独立的SDOF系统，并讨论模态参与系数和模态有效质量的概念。 数值求解方法： 对比分析中心差分法、Newmark-$eta$法和Hilber-Hughes-Taylor (HHT)法等数值积分方案的精度、稳定性和计算效率。 第三章：连续体的动力学与一维波传播 本章将分析具有无限自由度（连续体）的结构，尤其关注杆件和梁的轴向和弯曲振动。 偏微分方程的建立： 推导一维弹性体（如均匀杆、梁）的运动方程，并进行边界条件的应用。 常微分方程的解析解： 通过分离变量法求解梁的固有频率和振型函数，这为后续的有限元离散化打下理论基础。 杆件中的动力波传播： 分析冲击波在弹性杆件中传播、反射和透射的现象，这对于理解构件局部损伤或冲击荷载传播至关重要。 有限元离散化： 探讨如何将连续梁单元或一维体单元引入有限元模型，并讨论高阶插值函数对动力计算结果的影响。 第二部分：地震工程与高级分析技术 本部分将理论知识应用于最关键的动力荷载——地震作用下结构的响应分析和抗震设计。 第四章：地震动输入与场地效应 地震工程分析的准确性高度依赖于对地震动输入的合理描述。 地震波的特性与记录： 介绍地震学的基本概念，包括地震源、传播路径和场地效应，以及加速度、速度和位移记录的物理含义。 地震动输入的数值表示： 详细讨论如何在有限元模型中施加地震动，包括基底激励（Base Excitation）和运动学激励。 地震动的人工合成： 介绍如何根据设计目标（如反应谱）合成具有特定特征的人工地震波记录，包括功率谱密度函数的应用。 场地效应分析： 讨论软弱土层对地震波放大和持时的影响，介绍一维剪切波传播模型对场地响应的模拟。 第五章：反应谱分析与等效静力法 反应谱分析是工程实践中最常用、最有效的抗震分析工具之一。 反应谱的构建与应用： 深入分析多阻尼比反应谱的绘制原理，以及如何利用该谱确定结构在不同振型下的最大响应。 模态反应谱分析（Modal Response Spectrum Analysis）： 详细阐述如何通过模态叠加法计算结构的整体最大响应，包括平方和平方根（SRSS）法和绝对值叠加法（CQC）的适用性比较。 动力刚度与有效质量： 在反应谱分析中，正确计算各振型的参与因子和有效质量的重要性。 等效静力法（Equivalent Lateral Force Method）的理论基础： 解释如何将复杂的动力响应转化为等效的水平静力荷载，并讨论其适用范围和校核要点。 第六章：结构非线性动力分析 为了更准确地评估结构在强震下的极限承载力和破坏模式，必须引入非线性分析。 材料非线性本构模型： 重点讨论钢筋混凝土、钢材在循环荷载下的滞回特性，包括塑性铰模型的建立和损伤模型（如Drucker-Prager模型在岩土界面中的应用启发）。 几何非线性效应： 探讨二阶P-Delta效应（P-Delta Effect）对结构稳定性和刚度的影响，并介绍如何将其纳入时间步积分。 非线性时程分析（Nonlinear Time History Analysis, NLTHA）： 详细介绍在非线性状态下，如何使用显式或隐式积分方法求解非线性运动方程，并讨论时间步长的选择对结果精度的控制。 性能化抗震设计理念： 介绍基于性能点的分析方法，如“性能化设计”（Performance-Based Design, PBD）的基本流程和评估指标（如可操作性、损伤控制、生命安全）。 第七章：阻尼与隔震减震技术 结构阻尼是耗散地震能量、减小结构振动幅度的重要手段。 粘滞阻尼模型： 详细介绍线性粘滞阻尼、非线性粘滞阻尼器的本构关系及其在动力方程中的体现。 粘弹性阻尼材料： 探讨高分子粘弹性材料的力学特性，以及如何将其应用于结构阻尼耗能。 隔震技术原理： 深入分析基础隔震层的基本功能（延长自振周期、减小传至上部结构的加速度），介绍铅芯橡胶支座（LRB）和摩擦摆支座（FPS）的力学模型和设计参数选择。 减震技术： 介绍粘滞阻尼器、屈服型金属阻尼器等装置在结构内部的应用，以及如何通过模态叠加法或直接时程分析评估其减震效率。 结论与展望： 本书内容全面覆盖了从经典动力学理论到现代结构抗震分析的各个层面。未来的研究方向将集中于更高保真度的材料模型、多灾害耦合作用（如地震与火灾、地震与风耦合）、以及人工智能在结构健康监测和快速损伤评估中的应用。掌握这些知识，将使工程师能够设计出更具韧性、更能抵御极端环境挑战的现代基础设施。

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