结构优化及其在振动和声学设计中的应用/清华大学动力学与控制丛书 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杜建镔 编

图书标签:

• 结构优化
• 振动控制
• 声学设计
• 动力学
• 控制工程
• 有限元
• 优化算法
• 结构力学
• 工程应用
• 清华大学出版社

店铺： 博库网旗舰店

出版社： 清华大学

ISBN：9787302385912

商品编码：10361467256

开本：16

出版时间：2015-04-01

基本信息

• 商品名称：结构优化及其在振动和声学设计中的应用/清华大学动力学与控制丛书
• 作者：杜建镔
• 定价：33
• 出版社：清华大学
• ISBN号：9787302385912

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2015-04-01
• 印刷时间：2015-04-01
• 版次：1
• 印次：1
• 开本：16开
• 包装：平装
• 页数：198
• 字数：259千字

编辑推荐语

杜建镔编著的《结构优化及其在振动和声学设计中的应用》由两篇构成，**篇包括**～8章，为基础部分，主要介绍结构优化问题的基本概念和理论、建模方法以及有代表性的求解方法。第2篇包括第9～13章，为专题部分，主要介绍结构拓扑优化方法及其在振动和声学设计中的应用。

内容提要

《结构优化及其在振动和声学设计中的应用》是 作者杜建镔在清华大学航天航空学院所讲授的研究生 课程“结构优化设计”讲义的基础上，对有关内容做 进一步整理和补充编写而成的。全书分为两篇。** 篇为基础部分，前5章大致涵盖了结构优化的基本概 念、一般性理论和较为常见的求解方法；第6～8章介 绍了一些在大规模结构优化问题的求解中十分有效的 模型处理技术和灵敏度分析方法。考虑到结构拓扑优 化是近20年来结构优化领域*为活跃的方向，而振动 和声学设计又是近年来该方向的研究热点之一。本书 第2篇围绕此领域进行专题介绍。第9章对结构拓扑优 化的基本思想和实现方法进行介绍，**0～13章分别 针对振动和声学拓扑优化领域的四个专题进行介绍， 即特征频率优化、动态柔度优化、声振耦合系统优化 及声学微结构优化，其内容除了包括基本理论和方法 ，也汇集了作者及其合作者在近年的一些相关研究成 果。
     本书可作为高等院校力学、航空航天、机械、土 木建筑、水利、车辆工程等专业的本科生和研究生的 教材，也可作为上述专业的教师和工程技术人员的参 考用书。
    

目录

**篇 结构优化基本理论和方法
**章 结构优化相关概念和基本表达
1.1 优化模型及其数学表达
1.2 结构优化问题及其分类
第2章 离散参数优化问题及其解特性
2.1 无约束优化问题
2.2 等式约束优化问题
2.3 不等式约束优化问题及KKT条件
2.4 凸优化问题与全局*优解
2.5 优化模型的对偶问题及其解特性
2.6 多目标优化问题与Pareto*优解
第3章 结构优化设计的*优准则法
3.1 满应力设计
3.2 均匀应变能设计
第4章 分布参数优化问题
第5章 通用数值优化方法
5.1 显式优化问题和隐式优化问题
5.2 基于局部搜索的优化算法的基本流程
5.3 单变量无约束优化问题
5.4 多变量无约束优化问题
5.5 约束优化问题的等效无约束模型
5.6 约束优化问题的一般解法
5.7 线性优化问题的数学规划解法
小结
第6章 大规模结构优化问题的模型近似技术
6.1 基于局部近似的序列规划法
6.2 基于全局近似的响应面法
第7章 基于离散系统的设计灵敏度分析
7.1 有限差分法
7.2 解析/半解析方法
第8章 大规模复杂优化模型的处理方法
8.1 模型分解
8.2 多层优化
8.3 同时分析和设计
**篇小结
关键概念
**篇思考与练习
第2篇 结构拓扑优化及其在振动和声学设计中的应用
第9章 结构拓扑优化问题
9.1 拓扑优化问题的数学表达及正则化
9.2 带罚因子的固体各向同性微结构/材料插值模型SIMP
9.3 拓扑优化问题的灵敏度分析和求解
9.4 棋盘格问题和网格依赖问题
9.5 数值算例
**0章 基于拓扑优化的结构特征频率设计
10.1 问题表达
10.2 单/多重特征频率的灵敏度分析
10.3 基于增量格式的多重特征频率优化模型及求解
10.4 局部化模态问题及其解决方案
10.5 数值算例
**1章 基于拓扑优化的线弹性结构动态柔度设计
11.1 动态柔度*小化拓扑优化模型
11.2 灵敏度分析和*优性条件
11.3 基于频率渐变的连续性设计方法
**2章 声振耦合系统拓扑优化问题
12.1 引言
12.2 声场方程和Helmholtz边界积分
12.3 声场（边界元）-结构（有限元）耦合方程
12.4 结构-声学耦合系统拓扑优化模型及其灵敏度分析
12.5 边界元-结构声学混合过渡有限元模型
12.6 基于高频近似的声压优化模型及其灵敏度分析
12.7 基于高频近似的声功率优化模型及其灵敏度分析
**3章 振动-声学微结构拓扑优化问题
13.1 引言
13.2 周期性微结构的宏观等效性能
13.3 基于宏观结构总体声功率*小化的微结构双材料拓扑优化模型
13.4 振动-声学微结构拓扑优化的灵敏度分析
13.5 多频（频带）响应优化模型
13.6 数值算例
第2篇小结
关键概念
第2篇思考与练习
名词索引
参考文献

好的，以下是一份关于《结构优化及其在振动和声学设计中的应用/清华大学动力学与控制丛书》这本书的详细图书简介，内容旨在涵盖该领域的核心议题，但不包含原书的具体内容。 --- 结构动力学与系统控制的进阶研究：面向复杂工程挑战的理论与方法 图书名称： 结构动力学与系统控制的进阶研究：面向复杂工程挑战的理论与方法（暂定） 丛书系列： 先进工程力学与控制系列 一、 引言：现代工程的复杂性与控制需求 在当代高端制造业、土木工程、航空航天以及生物医学工程领域，对系统性能的要求正以前所未有的速度提升。这些系统，无论是大型跨度桥梁、高精度机床、高速列车，还是微纳机电系统（MEMS），都必须在严苛的服役条件下表现出卓越的可靠性、耐久性和功能性。这种复杂性集中体现在结构对外部激励（如风载、地震、冲击、运行载荷）的动态响应，以及如何通过有效的控制策略来抑制有害振动、提升工作精度和确保系统稳定性。 本书聚焦于一个核心挑战：如何将先进的数学建模、系统理论与实际的工程需求紧密结合，构建一套面向复杂动力学系统的分析、预测与主动调控的综合性方法论。它不再仅仅停留在对简单、线性系统的稳态分析上，而是深入探究多物理场耦合、非线性和时变系统的动态行为，并提出切实可行的控制与设计范式。 二、 核心内容模块划分 本书的结构设计旨在为研究人员、高级工程师和研究生提供一个从理论基础到前沿应用的完整知识图谱，主要划分为以下几个相互关联的模块： 模块一：高级结构动力学建模与识别 本部分首先回顾了经典梁、板、壳单元的动力学理论，并迅速过渡到更具挑战性的建模场景。重点讨论了基于连续体和离散化的多尺度建模，特别是如何有效地将宏观结构与微观材料特性（如复合材料、功能梯度材料）的动力学行为耦合。 非线性动力学基础： 深入探讨了几何非线性（大变形、屈曲）和材料非线性（粘弹性、塑性）对系统动态响应的影响，包括分岔理论和混沌现象在工程结构中的潜在危害。 系统辨识与模型修正： 鉴于实际工程结构往往存在参数不确定性，本章详细阐述了基于模态试验数据和运行数据（Operational Modal Analysis, OMA）的先进系统辨识技术，如子空间辨识法、随机子空间辨识法（SSI）的改进，以及如何利用这些数据来校准和修正有限元模型，提高预测精度。 随机振动分析的深化： 面对环境载荷（如湍流、海浪、地震）的随机特性，本书介绍了超越经典高斯平稳随机过程的分析方法，包括谱密度函数的精确估计、高阶矩分析以及蒙特卡洛模拟在复杂动力学系统中的高效应用。 模块二：先进控制理论在动力学系统中的应用 本模块是本书的控制核心，旨在弥合经典控制（PID）与复杂结构控制之间的鸿沟。重点在于主动与半主动控制策略的集成。 最优控制与LQR/LQG理论的扩展： 探讨了在有限功率或执行器饱和约束下，如何应用非线性模型预测控制（NMPC）来优化结构在长期运行中的动态性能指标。 鲁棒控制设计： 鉴于实际系统模型的不确定性和外部扰动的不可预测性，本书详细介绍了$H_{infty}$控制和$mu$-综合理论在保证结构稳定性和性能下界方面的应用，尤其针对参数不确定性较大的柔性结构。 智能与自适应控制： 引入了基于神经网络或模糊逻辑的自适应控制器，用于在线估计系统未知参数（如损伤导致的刚度退化），并实时调整控制律，实现对系统性能的持续优化。 半主动控制策略： 重点分析了基于变刚度元件（如磁流变阻尼器MR/ER）的控制系统。这包括如何针对非平稳激励设计最优的阻尼力分配算法，以最小化能量消耗的同时达到最佳的振动抑制效果。 模块三：面向多场耦合与功能集成的设计方法 现代工程挑战往往涉及结构、热、电、磁等多个物理场的相互作用。本部分强调系统级的设计集成。 声学-结构耦合动力学： 探讨了结构振动如何作为声源激发周围介质（空气或水）产生噪声（结构噪声），以及反向耦合效应。分析了如何利用有限元/边界元方法（FEM/BEM）耦合求解声场和结构场的耦合方程组，并提出主动噪声控制（ANC）在结构表面或辐射场中的应用范式。 疲劳与损伤的动态评估： 将疲劳损伤演化模型（如Miner准则）与系统的实时振动响应相结合，构建基于状态的寿命预测框架。讨论了如何利用传感器网络和状态估计技术，对结构在服役中的损伤累积进行实时监控和评估。 可靠性与寿命周期管理（LTM）： 引入了先进的可靠性分析方法，如概率有限元法（PFEM）和可靠性指标设计（RBD），以确保在复杂的随机载荷和环境变化下，系统的寿命和安全性满足高标准要求。 三、 目标读者与本书特色 目标读者： 本书主要面向从事结构工程、机械工程、航空航天、土木工程、控制科学等领域的科研人员、高校研究生（硕士及博士）以及从事复杂系统设计与分析的高级工程师。 本书特色： 1. 理论深度与工程实践的结合： 本书不仅提供了严谨的数学推导，更辅以大量实际工程案例的分析思路和参数设置的讨论，强调从工程问题反推理论模型的必要性。 2. 跨学科视野： 成功地将动力学、控制理论、信号处理和材料科学的先进成果融为一体，为解决复杂工程难题提供了多维度的工具箱。 3. 面向前沿挑战： 内容覆盖了当前研究热点，如智能材料驱动的控制、大尺度柔性结构的在线健康监测与自适应控制，为读者指明了未来的研究方向。 通过深入研读本书，读者将能够掌握分析和设计高性能、高可靠性复杂动力学系统的核心能力，为应对未来工程领域对轻量化、高精度和高适应性系统的需求奠定坚实的理论和技术基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构组织逻辑性非常强，作者似乎很擅长将复杂的工程问题分解成易于理解的小模块进行阐述。我注意到它在不同章节之间的过渡非常自然，前面对基础理论的铺垫，为后续复杂问题的求解打下了坚实的基础。例如，它对模态分析的介绍，不仅给出了数学基础，还非常细致地讨论了有限元模型的建立和网格划分对结果准确性的影响，这一点在很多教材中是容易被一带而过的。我个人认为，作者在权衡理论深度和工程实用性方面做得相当平衡，既没有陷入纯理论的泥潭，也没有流于表面化的介绍。我正在尝试将书中的某个算法应用到我目前正在做的项目优化中，虽然过程曲折，但书中的每一个步骤都提供了清晰的指引，这极大地提高了我的研发效率。这本书更像是经验丰富的老工程师写给同行和后学的“工具书+心法秘籍”。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的震撼在于其对“优化”过程的系统性描述，它不仅仅是罗列了几种优化算法，而是深入探讨了如何定义目标函数、约束条件以及如何处理多目标冲突。这部分内容对我后续的工作思路产生了颠覆性的影响。我以前总觉得优化是一个“试错”的过程，但读完这部分，我才意识到，一个优秀的优化设计，其核心在于对物理问题的深刻理解和恰当的数学建模。书中的案例分析虽然篇幅有限，但都选得极具代表性，比如某个关键部件的刚度-重量比的提升策略，展现了理论与工程实践的完美结合。我感觉作者在选择这些案例时，是带着强烈的工程责任感和深厚的设计经验在挑选的，而不是简单地罗列教科书上的标准范例。这使得书中的内容既有深度，又具有很高的可操作性。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书的阅读体验是挑战与收获并存的。它要求你投入大量时间去消化那些密集的公式和图表，这并非是那种可以轻松翻阅的小说式读物。它的价值在于其知识的密度和前瞻性。我注意到书中对前沿研究方向也有所涉及，比如如何将智能算法与传统的基于梯度的优化方法相结合，这表明作者对该领域的最新动态有着持续的关注。这本书更像是一次密集的知识训练营，它不是给你鱼，而是教你一套极其高效的捕鱼系统。对我个人而言，最大的收获在于建立了一个更清晰的系统思维框架，明白了振动和声学性能的设计并非孤立的环节，而是需要贯穿于整个结构设计周期的全局性考量。这是一本需要反复精读、时常翻阅的工具书，其价值会随着我专业经验的积累而不断提升。

评分☆☆☆☆☆

阅读过程中，我发现这本书的语言风格非常学术化，用词精准，几乎没有模糊不清的表述。这种严谨性是高阶技术书籍的必备素质，它要求读者必须保持高度的专注力，否则很容易在复杂的数学推导中迷失方向。对于那些需要引用书中结论进行报告撰写的专业人士而言，这种精确性是极具价值的。然而，对于非本专业背景的读者来说，可能需要先恶补一些高等数学和机械动力学的基础知识。我花了不少时间去查阅一些在书中一笔带过的背景概念，这无疑延长了我的学习曲线。我希望未来如果能有配套的在线资源，比如针对书中例题的交互式仿真演示，那就更完美了，那将极大地降低跨领域学习的难度，让更广大的工程师群体能高效吸收其中的精华。目前的版本更像是面向资深研究人员的权威参考手册。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和纸张质量确实让人眼前一亮，拿到手里就感觉沉甸甸的，很扎实。封面设计简洁大气，虽然内容偏向专业性，但整体视觉效果非常专业和严谨。我特别喜欢它在细节上的处理，比如目录的排版和字体选择，都透露出出版方对学术质量的重视。不过，作为一名初学者，初次翻阅时确实感觉门槛有点高。书中引用的公式和理论推导非常详尽，这对于深入研究的人来说无疑是宝藏，但对于我这种希望先建立宏观概念的读者来说，可能需要更耐心的阅读和反复琢磨。我特别期待后续章节中能看到更多实际案例的深度剖析，比如某个具体结构在特定激励下的响应模拟过程，这样能更好地将抽象的理论与实际工程问题联系起来，提升学习的直观感受。总体来说，从出版制作的角度看，这是一本非常值得收藏的专业书籍，体现了出版机构的专业水准。