結構動力學講義（第2版） [Lectures on Dynamics of Structures] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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周智輝，文穎，曾慶元 著

圖書標籤:

• 結構動力學
• 動力學
• 結構工程
• 結構分析
• 振動
• 地震工程
• 有限元
• 模態分析
• 結構設計
• 土木工程

齣版社： 人民交通齣版社股份有限公司

ISBN：9787114139901

版次：2

商品編碼：12182953

包裝：平裝

外文名稱：Lectures on Dynamics of Structures

開本：16開

齣版時間：2017-08-01

用紙：膠版紙

頁數：187

字數：290000

正文語種：中文

內容簡介

　　《結構動力學講義（第2版）》係統地論述瞭結構動力學的基本原理，除瞭傳統的結構動力學理論，還包括曾慶元院士在結構動力學領域的兩項原創性成果，即彈性係統動力學總勢能不變值原理與形成係統矩陣的“對號入座”法則。
　　《結構動力學講義（第2版）》可作為大學工程學科（包括土木工程、機械工程、載運工具等）高年級學生以及研究生的教材或教學參考書，也可供有關教師、研究人員及工程技術人員參考。

內頁插圖

目錄

第1章 結構振動引論
1．1 結構振動問題的重要性
1．2 結構動力學的主要內容
1．3 振動分類
1．4 振動問題的幾種提法

第2章 運動方程的建立
2．1 係統的約束、廣義坐標及自由度
2．2 係統的實位移、可能位移與虛位移
2．3 廣義力
2．4 有勢力與勢能
2．5 拉格朗日方程
2．6 哈密爾頓原理
2．7 彈性係統動力學總勢能不變值原理
2．8 靜力係統形成係統矩陣的“對號入座”法則
2．9 動力係統形成係統矩陣的“對號入座”法則

第3章 綫性微振動的正則化方程
3．1 體係在穩定平衡位置附近的自由微振動
3．2 保守體係微振動的動能和勢能
3．3 保守體係在穩定平衡位置附近的自由微振動方程
3．4 正則坐標與主振動
3．5 固有頻率及振型
3．6 多自由度體係綫性微振動的正則化方程
3．7 連續（分布參數）體係綫性微振動方程
3．8 連續（分布參數）體係綫性微振動的振型展開及振型正交性
3．9 連續（分布參數）體係綫性微振動的正則化方程

第4章 單自由度體係的振動
4．1 不考慮阻尼的自由振動
4．2 阻尼自由振動
4．3 單自由度體係對簡諧荷載的反應
4．4 基礎運動引起的振動
4．5 振動的隔離
4．6 測振儀錶（位移計與加速度計）的設計原理
4．7 阻尼理論簡介
4．8 用試驗方法確定體係的黏滯阻尼比
4．9 單自由度體係對周期性荷載的反應
4．10 單自由度體係對衝擊荷載的反應
4．11 單自由度體係對任意動力荷載的反應

第5章 多自由度體係反應計算的振型疊加法
5．1 不計阻尼時體係對初始條件的自由振動反應
5．2 不計阻尼時體係對任意動力荷載的反應
5．3 考慮阻尼時體係對任意動力荷載的反應
5．4 體係自由度縮減

第6章 頻率和振型的近似計算
6．1 瑞利能量法
6．2 瑞利-裏茲法
6．3 矩陣迭代法
6．4 子空間迭代法

第7章 逐步積分法
7．1 逐步積分法的基本思想
7．2 綫性加速度法
7．3 威爾遜（Wilson）-θ法
7．4 紐馬剋（Newmark）法
7．5 逐步積分法解的穩定性與精度分析

參考文獻

前言/序言

　　我在長沙鐵道學院（現為中南大學）讀碩士研究生時，學習結構動力學，采用的教材就是本書油印稿。當時，學到曾老師提齣的彈性係統動力學總勢能不變值原理與形成係統矩陣的“對號入座”法則，敬仰之情油然而生。因為在結構動力學這一傳統經典力學領域，能夠有創新、有發展，談何容易。此後有幸追隨曾老師攻讀博士學位，從事車橋係統振動研究十餘年，研究過程中，用到動力學的方法與概念時，總不忘溫習油印稿中的相關章節，從中汲取養分，該書稿一直是我手邊最重要的工具書。直到2012年，曾老師提議將此書稿整理齣版，盡管他當時年近九旬，仍然提齣修改補充意見，安排我和文穎對原書稿進行完善。曆經3年，書稿終於在2015年10月齣版麵世。當我把新齣版的書呈送到曾老師麵前時，雖未見激動之情，但那滿意的笑容至今記憶猶新。我知道，他每齣一本書，就像一個小孩齣生一樣，看得很重。然而，萬萬沒有想到，兩個月後他住進瞭醫院，並且再也沒有迴到他熟悉的校園，就這樣永遠地離開瞭他身邊的人。現在想起，書稿得以及時麵世，他能看一眼自己的作品，是何等慶幸，否則，我們將留下永遠的遺憾。
　　對老師最好的紀念是繼承他的事業並將其發揚光大。《結構動力學講義》書稿雖已齣版，並不錶示它已經完美無缺。我們在教學與科研的過程中，還在不斷地思考如何讓書稿做得更好一些。同時，很多同行朋友還有學生在閱讀本書後，也給我們提齣瞭許多中肯的建議，我們將這些一一記在筆記本上。恰逢此時齣版社提議將原稿修改再版。我們也藉此機會將近兩年的思考反映到新的書稿之中，對原稿部分章節做瞭適當調整，具體如下：（1）除第1章外，其他各章開頭增加瞭一段簡短的導言，簡述本章與其他章節的銜接關係。（2）第一版2.4、2.5與2.6節講述瞭非駐定勢場與第一類拉格朗日方程等內容，這部分難度較大，同時在工程中應用很少，故將相關內容刪除。（3）將第一版5.1與5.2節形成係統矩陣的“對號入座”法則提到第2章，使其置於運動方程建立的體係之中，這樣可以更好地體現聯閤運用彈性係統動力學總勢能不變值原理與此法則建立係統運動方程的優勢。（4）將第一版第5章標題改為“多自由度體係反應計算的振型疊加法”，並添加瞭“體係自由度縮減”一節，著重闡述結構動力學自由度的概念，方便讀者理解結構靜力與動力自由度之間的區彆和聯係。如此一來，第3、4、5章依次講述多自由度體係（也包括連續體係）運動方程解耦為單自由度運動方程的方法，單自由度運動方程求解以及多自由度體係反應分析等內容，編排更趨一體，連貫性更強。（5）對結構振動分類、廣義力以及哈密爾頓原理等細節性內容作瞭適當補充。
　　盡管追求完美一直是我們整理書稿的初衷，但是限於作者水平，錯漏之處仍然難免，敬請各位同行朋友繼續批評指正，我們的聯係郵箱為：zzhyy@csu.edu.cn。
　　最後，嚮為本書稿完善工作獻齣勞動與智慧的朋友錶示由衷的謝意。在此特彆感謝人民交通齣版社領導、李喆與周宇編輯長期以來對我們的鼓勵與支持。

結構動力學概論 結構動力學是一門研究結構在承受動態載荷時響應行為的工程學科。與靜態分析不同，動態分析需要考慮時間因素，因為載荷的變化速率和結構的慣性力對結構的響應具有顯著影響。動態載荷的來源多種多樣，包括地震、風、機械振動、爆炸以及橋梁上車輛的行駛等。理解結構在這些動態作用下的行為，對於確保結構的安全、可靠和經濟性至關重要。 一、 結構動力學研究的核心問題 結構動力學研究的核心在於解答以下幾個關鍵問題： 1. 結構的動力特性： 任何結構都具有固有的動力特性，最主要的是其質量、剛度和阻尼。這些特性決定瞭結構在受到擾動時會如何振動。 質量 (Mass): 結構的質量分布決定瞭其慣性。質量越大，抵抗運動狀態改變的能力越強。在動力分析中，質量通常被離散化為集中質量或分布質量。 剛度 (Stiffness): 結構的剛度描述瞭其抵抗變形的能力。剛度越大，在相同載荷作用下産生的變形越小。剛度通常通過材料的彈性模量、結構的幾何形狀和截麵尺寸來體現。 阻尼 (Damping): 阻尼是結構耗散能量的機製，它能減小振動的幅度和延長振動衰減的時間。阻尼的來源很多，包括材料內部摩擦、空氣阻力、構件連接處的滑動以及其他耗能裝置。 2. 動力載荷的特性： 動力載荷是指隨時間變化的載荷。對其特性的理解是進行動力分析的前提。 載荷的幅度 (Magnitude): 載荷的大小。 載荷的頻率 (Frequency): 載荷變化的快慢。 載荷的持續時間 (Duration): 載荷作用的時間長度。 載荷的分布 (Distribution): 載荷在結構上的作用位置和方式。 載荷的隨機性 (Randomness): 許多動力載荷（如地震波）具有高度的隨機性，這需要采用概率性的方法進行分析。 3. 結構的動力響應： 當動力載荷作用於結構時，結構會産生動力響應，主要錶現為位移、速度、加速度和內力（應力、彎矩、剪力等）隨時間的變化。 位移 (Displacement): 結構各點的空間位置變化。 速度 (Velocity): 位移隨時間的變化率。 加速度 (Acceleration): 速度隨時間的變化率。 內力 (Internal Forces): 結構內部抵抗外載荷的力，如軸力、剪力、彎矩和扭矩。 二、 結構動力學分析的基本原理 結構動力學分析的核心是建立和求解結構的動力學方程。最基本、也是最廣泛應用的方程是牛頓第二運動定律，其在結構動力學中的應用可以簡化為以下形式： 質量 × 加速度 + 阻尼 × 速度 + 剛度 × 位移 = 外載荷 這個方程通常用矩陣形式錶示，稱為結構動力學方程： [M] {ü(t)} + [C] {ů(t)} + [K] {u(t)} = {f(t)} 其中： [M] 是結構質量矩陣 (Mass Matrix)。 [C] 是結構阻尼矩陣 (Damping Matrix)。 [K] 是結構剛度矩陣 (Stiffness Matrix)。 {u(t)} 是結構位移嚮量 (Displacement Vector)，包含結構上各自由點的位移。 {ů(t)} 是結構速度嚮量 (Velocity Vector)，是位移嚮量對時間的導數。 {ü(t)} 是結構加速度嚮量 (Acceleration Vector)，是速度嚮量對時間的導數。 {f(t)} 是作用在結構上的外載荷嚮量 (Force Vector)。 這個方程是一個二階常微分方程組，其求解是結構動力學分析的關鍵。 三、 結構動力學分析的基本方法 根據結構的離散化程度和求解方法的不同，結構動力學分析主要分為以下幾種： 1. 單自由度體係 (Single-Degree-of-Freedom System, SDOF): 這是最簡單的動力學模型，將復雜的結構簡化為一個集中質量、一根彈簧和一阻尼器組成的體係。這對於理解動力學基本概念非常有幫助，並常用於分析簡單構件或作為更復雜模型的基礎。 自由振動 (Free Vibration): 在沒有外載荷和阻尼作用下，結構由於初始位移或速度而産生的振動。其響應由結構的固有頻率和固有振型決定。 強迫振動 (Forced Vibration): 在持續的外載荷作用下，結構産生的振動。 共振 (Resonance): 當外載荷的頻率接近結構的固有頻率時，結構的響應幅值會急劇增大，可能導緻結構破壞。 2. 多自由度體係 (Multi-Degree-of-Freedom System, MDOF): 實際結構通常具有多個自由度，需要使用多自由度模型進行分析。這可以通過有限元方法 (Finite Element Method, FEM) 等數值技術將結構離散化為多個節點和單元，從而建立起多自由度的動力學方程。 模態分析 (Modal Analysis): 這是多自由度體係動力學分析的基礎。通過求解廣義特徵值問題，可以獲得結構的固有頻率 (Natural Frequencies) 和固有振型 (Mode Shapes)。固有頻率決定瞭結構傾嚮於以何種頻率振動，而固有振型則描述瞭在特定固有頻率下結構的變形形態。 響應譜分析 (Response Spectrum Analysis): 主要用於地震工程。通過地震波的響應譜，可以快速評估結構在一次地震事件中的最大響應，而無需進行復雜的時程分析。 動力時程分析 (Dynamic Time History Analysis): 這是最精確的動力分析方法，通過直接求解動力學方程，計算結構在隨時間變化載荷作用下的位移、速度、加速度和內力。可以是確定性的（使用特定的載荷記錄）或隨機性的（使用統計模型）。 3. 連續體係 (Continuous Systems): 對於一些梁、闆、殼等連續體結構，在不進行大量離散化的情況下，也可以采用連續方法進行動力分析，例如使用微分方程的解析解或半解析解。 四、 結構動力學在工程中的應用 結構動力學的原理和方法在現代工程設計中有著廣泛而重要的應用： 抗震設計 (Seismic Design): 建築、橋梁、大壩等結構在地震活躍區的設計中，必須考慮地震載荷對結構動力響應的影響，以確保其在地震發生時能夠保持穩定。 風工程 (Wind Engineering): 高層建築、橋梁、體育場等結構在強風作用下會産生振動，需要進行風動力學分析，以防止過度的振動影響使用功能和結構安全。 機械振動控製 (Machine Vibration Control): 工業設備、發動機、渦輪機等産生的振動會影響設備的精度和壽命，甚至對周圍環境産生噪聲汙染，需要進行動力學分析並采取減振措施。 爆炸效應分析 (Blast Effect Analysis): 建築物或構件在爆炸載荷下的響應分析，對於軍事工程、民用防護工程具有重要意義。 車輛-橋梁相互作用 (Vehicle-Bridge Interaction): 車輛在橋梁上行駛時會産生動荷載，引起橋梁的振動，需要考慮這種動態耦閤效應。 碰撞分析 (Impact Analysis): 車輛碰撞、物體撞擊等瞬態動力學問題，需要進行相應的分析。 五、 結構動力學的發展趨勢 隨著計算能力的提升和理論研究的深入，結構動力學正朝著更加精細化、智能化和集成化的方嚮發展： 非綫性動力學分析 (Nonlinear Dynamic Analysis): 考慮材料非綫性、幾何非綫性和接觸非綫性的分析，能夠更真實地模擬結構在極端載荷下的行為。 隨機動力學分析 (Stochastic Dynamic Analysis): 針對具有不確定性或隨機性的載荷（如地震、風）和結構參數，采用概率方法進行分析，以量化結構失效的風險。 損傷容限分析 (Damage Tolerance Analysis): 評估結構在存在損傷（如裂紋）時承受動態載荷的能力。 主動和被動減隔震技術 (Active and Passive Control Techniques): 設計和應用各種減震器、隔震裝置、調諧質量阻尼器等，主動或被動地降低結構的動力響應。 多物理場耦閤分析 (Multiphysics Coupling Analysis): 將結構動力學與其他物理場（如流體動力學、熱力學）耦閤起來，進行更全麵的分析。 人工智能與機器學習在結構動力學中的應用: 利用AI和ML技術進行動力學參數辨識、響應預測、故障診斷和智能控製。 總而言之，結構動力學是一門至關重要的學科，它為工程師提供瞭理解和應對動態環境中結構行為的工具。通過精確的動力學分析，我們能夠設計齣更安全、更經濟、更具韌性的工程結構，為人類社會的發展提供堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在工程領域摸爬滾打多年的工程師，我對理論書籍的要求非常高，不僅僅要知識紮實，更要能夠指導實踐。這本書的書名《結構動力學講義（第2版）》本身就傳遞齣一種嚴謹和權威的意味，翻開後，果然沒有讓我失望。我重點看瞭關於“非綫性結構動力學”和“有限元法在動力分析中的應用”這兩部分的內容，感覺作者對這兩個前沿課題的把握非常到位。尤其是在非綫性動力學部分，我注意到作者似乎引入瞭一些最新的研究成果和分析方法，這對於我這種需要不斷更新知識儲備的工程師來說，無疑是一筆寶貴的財富。書中對有限元方法的介紹，我認為不僅僅是停留在理論層麵，更重要的是如何將其應用於實際的結構動力學問題，比如如何建立閤適的模型，如何選擇閤適的單元，以及如何解讀分析結果等，這些都是我在實際工作中經常遇到的挑戰。這本書的齣現，恰好能夠填補我在這方麵的知識空白。

評分☆☆☆☆☆

這本書封麵設計簡潔大氣，一看就知道是學術著作，但又不像很多教科書那樣枯燥乏味。我拿到書的時候，迫不及待地翻看瞭目錄，結構動力學這個課題本身就充滿瞭挑戰性和趣味性，而這本書的目錄標題也顯得非常清晰，循序漸進，從最基礎的概念講起，逐步深入到更復雜的動力學分析方法。我特彆注意到其中有一些章節標題，比如“模態分析在地震工程中的應用”和“隨機振動理論在橋梁動力特性評估中的作用”，這些都讓我對接下來的內容充滿瞭期待。作為一名初次接觸結構動力學領域的學生，我非常看重教材的條理性，這本書似乎在這方麵做得相當不錯，能夠引導我一步步建立起對該學科的係統認知。而且，從章節的排布來看，作者顯然是經過深思熟慮的，將一些抽象的理論與實際工程問題巧妙地結閤起來，這對於我們這些希望將理論知識應用於實踐的學習者來說，無疑是一大福音。封麵的字體和排版也很舒服，翻閱起來沒有那種壓迫感，讓人願意靜下心來仔細品味書中的內容。

評分☆☆☆☆☆

我是一名結構工程的研究生，對於前沿理論和最新技術有著強烈的渴求。拿到《結構動力學講義（第2版）》後，我立刻被其深厚的學術底蘊所吸引。我仔細閱讀瞭關於“高層建築動力響應分析”和“隔震減震技術在結構動力學中的應用”章節，發現書中不僅涵蓋瞭經典理論，還深入探討瞭許多現代工程實踐中的關鍵問題。例如，在分析高層建築的動力響應時，作者可能引用瞭大量實際工程案例，並結閤瞭最新的數值模擬技術，這對於我撰寫論文和進行課題研究非常有啓發。而關於隔震減震技術的部分，我希望書中能夠詳細闡述其背後的物理原理、設計原則以及在不同類型結構中的應用實例，這對於我理解和掌握這些前沿技術至關重要。總的來說，這本書給我的第一印象是內容翔實、體係完整，並且緊跟學術前沿，是進行深入研究的理想讀物。

評分☆☆☆☆☆

對於結構動力學這樣一門抽象且充滿數學語言的學科，選擇一本好的教材至關重要。《結構動力學講義（第2版）》給我最直觀的感受是其內容的係統性和完整性。我隨意翻閱瞭其中的幾個章節，比如關於“自由振動與強迫振動”、“阻尼分析”以及“多自由度係統動力學”的介紹，發現其邏輯層次非常清晰，從最簡單的單自由度係統，逐步過渡到更為復雜的係統。我個人尤其看重書中對物理概念的講解，希望作者能夠用通俗易懂的語言，結閤實際的工程背景，來解釋這些抽象的力學概念。例如，在講解阻尼時，我希望能夠瞭解到不同阻尼形式的物理意義，以及它們在實際結構動力學問題中的具體錶現。這本書的排版也顯得非常規整，章節標題和內容結構都顯得很有條理，這對於初學者建立起對結構動力學的整體認知非常有幫助，讓人感覺作者在內容組織上花費瞭大量的心思。

評分☆☆☆☆☆

我之前讀過一些關於結構動力學的入門書籍，但總覺得少瞭些什麼，要麼理論過於晦澀難懂，要麼例子不夠貼近實際。拿到《結構動力學講義（第2版）》後，我首先留意到的是它的語言風格，雖然是學術著作，但讀起來並沒有那麼令人望而卻步。作者在闡述概念時，似乎很注重邏輯的清晰和錶達的準確，即便是一些復雜的數學推導，也能通過詳細的步驟和恰當的解釋，讓讀者更容易理解其背後的物理意義。我尤其喜歡書中的圖示，很多抽象的概念都配有生動的圖解，這對於我這樣視覺學習者來說，簡直是福音。我猜想，在學習過程中，這些圖示能夠幫助我更直觀地把握問題的本質，而不是僅僅停留在公式的層麵。而且，從書中的一些細節，比如公式推導的起始點和最終結論的引申，我能感受到作者在教學上的用心。這本書的定價也比較閤理，對於學生而言，能夠獲得如此高質量的學習資料，絕對是物超所值。