现代物理基础丛书·典藏版：高等结构动力学（第二版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李东旭 著

图书标签:

• 结构动力学
• 高等教育
• 物理学
• 工程力学
• 振动理论
• 有限元
• 数值方法
• 经典教材
• 第二版
• 丛书

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030289551

版次：2

商品编码：12147398

包装：平装

丛书名： 现代物理基础丛书·典藏版

开本：16开

出版时间：2010-09-01

用纸：胶版纸

页数：500

字数：630000

正文语种：中文

内容简介

　　《现代物理基础丛书·典藏版：高等结构动力学（第二版）》立足于研究引起结构系统振动的深层内因，以及外因与内因相互作用的机理；侧重于结构动力学的基本原理和基本理论；涉及工程实际中的复杂结构系统和复杂结构动力学问题。《现代物理基础丛书·典藏版：高等结构动力学（第二版）》由15章组成。第1章，绪论，主要介绍结构动力学基本思想、主要研究内容及研究方法。第2章，单自由度系统的动力学特性，介绍结构振动的基本概念、基本理论和基本分析方法。第3～8章，主要介绍多自由度结构系统的动力学特性、动力学建模、数值分析、系统辨识、敏感度分析、部件模态综合等的基本理论与分析方法。第9章和第10章，介绍求解多自由度系统动力学响应的各种方法，包括数值积分方法和模态叠加法。第11章和第12章，介绍典型结构单元的建模与分析方法，以及它们各自所特有的动力学特性。第13～15章，介绍复杂结构系统的动力学建模与分析的基本理论与方法，包括固液耦合系统的动力学建模与分析、航天器空间桁架结构动力学建模与分析、航天器太阳能电池翼结构动力学建模与分析。
　　《现代物理基础丛书·典藏版：高等结构动力学（第二版）》较系统和全面地阐述了结构动力学的基础理论和基本方法，不仅为认识结构振动的物理本质、分析结构动力学特性、设计动力学环境下的承载结构提供了理论依据和实用方法，也为解决结构的振动控制问题奠定了分析的理论基础，提供了设计的技术途径。
　　《现代物理基础丛书·典藏版：高等结构动力学（第二版）》可作为研究生教材，也可供相关工程技术人员的参考。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 结构动力学研究的基础内容
1．2 结构动力学研究的基本方法
思考题与习题

第2章 单自由度系统的动力学特性
2．1 概述
2．2 无阻尼系统的自由振动
2．3 有阻尼系统的自由振动
2．4 周期载荷作用下的强迫振动
2．5 任意载荷作用下的强迫振动
思考题与习题

第3章 多自由度系统的动力学特性
3．1 概述
3．2 无阻尼系统的自由振动
3．3 固有频率与固有模态的特性
3．4 有阻尼系统的自由振动
3．5 确定基频的近似方法
思考题与习题

第4章 多自由度系统的动力学模型
4．1 概述
4．2 拉格朗日方程
4．3 拉格朗日方程在振动系统中的应用
4．4 约束坐标与拉格朗日乘子
4．5 受约束结构的振动
思考题与习题

第5章 求解特征问题的数值方法
5．1 概述
5．2 分解法
5．3 迭代法
5．4 变换法
5．5 三对角矩阵的特征值与特征向量
思考题与习题

第6章 模态参数辨识的基本原理
6．1 概述
6．2 黏性阻尼系统
6．3 结构阻尼系统
6．4 单自由度系统频响函数分析（曲线分析）
6．5 多自由度系统频响函数分析
6．6 模态参数辨识的基本方法
思考题与习题

第7章 部件模态综合法
7．1 概述
7．2 基本概念
7．3 无阻尼自由振动系统的综合
7．4 自由部件模态
7．5 残余柔度及残余部件模态
思考题与习题

第8章 结构动力学系统固有特性理论
8．1 概述
8．2 特征值的变分式
8．3 强迫振动
8．4 Collatz包含定理
8．5 改进的Collatz定理及包含定理之间的关系
8．6 实对称矩阵的非正特征值数
8．7 基于动刚度的特征值计数法
8．8 基于凝聚动刚度的特征值计数法
8．9 约束定理证明
思考题与习题

第9章 多自由度系统的强迫振动
9．1 概述
9．2 求解强迫振动的直接积分法
9．3 方程的解耦与模态响应
思考题与习题

第10章 模态叠加法
10．1 概述
10．2 模态位移法
10．3 模态加速度法
10．4 含有刚体模态的模态叠加法
思考题与习题

第11章 一维连续系统的动力学建模与分析
11．1 概述
11．2 弦的振动
11．3 杆的纵向振动
11．4 杆的扭转振动
11．5 轴系的扭转振动
11．6 梁横向振动的一般情况
11．7 梁横向振动的特殊情况
11．8 圆环的振动
思考题与习题

第12章 二维连续系统的动力学建模与分析
12．1 概述
12．2 薄膜的振动
12．3 板的横向振动
12．4 壳的振动
思考题与习题

第13章 固液耦合系统的动力学建模与分析
13．1 概述
13．2 液体储箱壳体的固有特性
13．3 盛液储箱固液耦合下的纵向振动
13．4 考虑固液耦合时箭体的纵向振动
13．5 箭体的横向振动与液体晃动问题
思考题与习题

第14章 航天器空间桁架结构动力学建模与分析
14．1 概述
14．2 简化模型
14．3 直梁式架设桁架动力学分析
14．4 直梁式可展桁架动力学仿真
14．5 结构桁架的模态分析
14．6 结构桁架的谐激励响应
14．7 结构桁架的瞬态响应
14．8 小结
思考题与习题

第15章 航天器太阳能电池翼结构动力学建模与分析
15．1 概述
15．2 太阳能电池翼基板连接刚度的参数识别
15．3 刚性组合基板的动力学建模与分析
15．4 柔性组合基板的动力学建模与分析
15．5 一类卫星太阳能电池翼的结构动力学特性分析
思考题与习题

附录A 课程设计题目
附录B 部分习题答案
主要参考文献

前言/序言

　　任何事情的发生与发展都是既有其内在的甚至是深层次的原因，又有其外在的多方面的激扰和诱导因素的作用。结构动力学问题是典型的由外界干扰与结构本身固有特性相互作用而产生的特殊物理问题。在日常生活和工程实践中常见的一些振动现象（如树枝在风中的摇动、汽车在行驶中的颠簸、打夯机打夯等）以及不常见的一些现象（如飞机或直升机机翼的颤振、地震、航天器太阳能电池翼的振动等），都属于结构动力学研究的范畴。当然，结构动力学研究的问题绝不仅限于这些。高等结构动力学立足于研究引起结构动力学问题的深层内因，以及外因与内因相互作用的机理；侧重于结构动力学的基本原理和基本理论；涉及工程实际中的复杂结构系统和复杂结构动力学问题。
　　本书较系统和全面地阐述了结构动力学的基础理论和基本方法，包括结构的本征值问题和动力响应问题，不仅为认识结构振动的物理本质、分析结构动力学特性、设计动力学环境下的复杂结构提供了理论依据和实用方法，也为解决结构的振动控制问题奠定了分析的理论基础，提供了设计的技术途径。
　　基于我们在长期教学实践中的认识与发现，以及我们在解决多类工程实际问题时的体会与经验，本书第二版相对于第一版，在保留原有内容的基础上增加了一些新的内容，也作了一些局部的修改。主要是：
　　（1）在论述多自由度系统特性之前，增加了新的一章，即第2章“单自由度系统的动力学特性”。单自由度振动理论是多自由度振动分析的基础。在出版第一版时，考虑读者为已经具有一定基础的本专业研究生，所以略去这部分。但在这些年的教学中发现许多选这门课的学生并没有这个基础，使得后面的教学变得很吃力。另外，在解决一些工程实际问题中还发现有些工程技术人员因为没有了解这方面的基本概念而难以理解工程中出现的一些现象，也不能有效地给出解决问题的措施和方法。因此决定在第二版中增加这部分内容，并将第一版中的第10章合并于此，以期较系统地给出单自由度系统的动力学特性以及建模与分析的方法。
　　（2）第一版中的第11章在第二版中被拆分为两章，即现在的第11章和第12章。这两章较系统地介绍了常见的基本结构或结构单元的动力学模型和动力学特性。由于这些结构在几何构型上所具有的共性和个性，以及由此带来的不同的动力学特性，又可以分类地去研究它们的动力学特性。因此，将一维结构（即在某一维度上的几何尺寸远大于其他维度上尺寸的结构1，如弦、杆、梁等的结构动力学问题归于一类，这些在第ll章中讨论。而将二维结构，如膜、板、壳等的结构动力学问题归于另一类，这些在第12章中讨论。
　　（3）在第一版的最后增加了两章内容，即第14章“航天器空间桁架结构动力学建模与分析”、第15章“航天器太阳能电池翼结构动力学建模与分析”。一般，有关机械振动或结构动力学的专著或教材中，只讲到简单结构或单元部件的结构动力学建模与分析，而不涉及复杂结构系统的建模与分析的理论与方法。然而，在我们长期的科学研究和工程实践中认识到，许多真正的实际结构往往具有复杂的结构外形、多样化的连接关系、不同类型单元部件的组合与构造等，分析和解决这些复杂结构的结构动力学问题的能力是未来的科学工作者和工程技术人员应该具备的。因此，增加了这两章的内容。本书第二版以两类典型的航天结构为例，介绍了复杂结构系统的动力学建模与分析的基本方法，由此可推广应用到分析和解决其他复杂结构的动力学问题中，包含了复杂结构系统的动力学建模与分析，也是高等结构动力学与一般结构动力学的区别之一。
　　（4）与第一版的另一个重要区别是在每一章的后面适当增加了一些思考题与习题。这对于帮助研究生课后复习或工程技术人员的自学无疑带来极大的好处。这些题目的选取基本上来源于多部国外优秀教材和我们在教学中的一些经验积累。
　　（5）这一版还增加了课程设计的题目。参考我在国外研究和学习的经历，研究生不仅应完成书本上基本理论和基本方法的学习，还应有针对性地安排一些实践环节，运用书中的知识尝试性地提出和解决一些相关的问题。这些问题可能是具体的，也可能是抽象的。设计这个环节的目的是既帮助学生提高解决实际问题的能力，又期望能激发学生的想象力、启动发明创造的潜能。
　　本书以线性系统为对象，从基本理论到分析方法，从简单结构到复杂结构，较系统、全面地研究了结构的本征值问题和动力响应问题，分析了结构动力学系统的固有特性以及结构动力学特性对各种影响因素的敏感度等。在第一版的基础上经过修改和增加后，第二版主要由15章组成。章节安排特点为：
　　第l章，绪论。主要介绍结构动力学基本思想、主要研究内容及研究方法。
　　第2章，单自由度系统的动力学特性。介绍结构振动的基本概念、基本理论和基本分析方法。本章是今后分析多自由度结构系统动力学特性的基础。
　　第3～8章，主要介绍多自由度结构系统的基本特性、动力学建模、数值分析、系统辨识、敏感度分析、部件模态综合等的基本理论与分析方法。

现代物理基础丛书·典藏版：非线性偏微分方程引论 著者： 钱学森，李政道，杨振宁 （注：此处为虚构作者，仅为行文需要，与原书无关） 出版社： 科学出版社 丛书系列： 现代物理基础丛书·典藏版 --- 内容简介：跨越经典与前沿的数学物理桥梁 本书是“现代物理基础丛书·典藏版”中的重要一卷，旨在深入探讨非线性偏微分方程（Nonlinear Partial Differential Equations, NPDEs）的理论基础、求解方法及其在现代科学与工程中的前沿应用。不同于侧重经典力学或量子场论的传统教材，本书聚焦于那些难以通过线性叠加原理描述的复杂系统，这些系统是理解湍流、相变、波传播、凝聚态物理乃至宇宙学中许多关键现象的数学骨架。 全书共分七大部分，结构严谨，逻辑清晰，力求在保持数学严密性的同时，兼顾物理图像的直观性。 第一部分：基础与背景——从线性到非线性 本部分首先回顾了经典偏微分方程（如拉普拉斯方程、波动方程、扩散方程）的理论框架，为理解非线性系统的复杂性做铺垫。重点阐述了线性理论的局限性，并引入了非线性系统的核心特征：依赖于初始条件和边界条件的敏感性、多重解的存在性，以及解的奇性或自组织行为。 详细讨论了守恒定律在非线性背景下的体现，特别是拟线性与全非线性方程的区分，并介绍了泛函分析在处理无穷维系统时的初步工具，如索伯列夫空间的基础概念。 第二部分：守恒律与激波理论——欧拉方程组的深入剖析 这是本书的理论核心之一。针对流体力学中的核心方程——欧拉方程组（Euler Equations），本书进行了细致的分析。重点放在了守恒型非线性双曲方程的理论。 1. 黎曼问题（Riemann Problem）的解析： 详细讨论了在不考虑粘性（即零粘性极限）下，如何通过熵条件筛选出物理上合理的弱解。这部分深入介绍了詹科夫（Glimm）积分和麦克斯韦原理（Rankine-Hugoniot Conditions），解释了激波（Shock Waves）的形成机制及其稳定性。 2. 不相容解（Inviscid Solutions）： 阐述了如何使用熵函数来区分物理上可接受的弱解和数学上不唯一的弱解。 3. 粘性项的引入： 简要介绍了Navier-Stokes方程的简化形式，并探讨了粘性项如何“平滑”激波，从而导出粘性解的概念，为理解湍流的数学结构埋下伏笔。 第三部分：孤立波现象与可积系统 本部分转向了非线性色散现象，这是理解光纤通信、等离子体波动及水波动力学的关键。 1. KdV 方程（Korteweg-de Vries Equation）： 作为非线性色散问题的经典模型，本书详细推导了KdV方程，并侧重介绍了逆散射变换（Inverse Scattering Transform, IST）方法。详细展示了如何利用劳斯矩阵（Lax Pair）将一个复杂的非线性演化方程转化为一组易于求解的线性方程组。 2. 非线性薛定谔方程（NLS Equation）： 深入分析了NLS方程在描述自聚焦现象中的作用。重点讲解了包络孤波（Envelope Solitons）的稳定性，并对比了其实质与KdV孤波的不同。 3. Sine-Gordon 方程： 探讨了扭结（Kink）解的性质及其在磁畴壁运动中的应用。 通过对这些可积系统的分析，读者可以领悟到，即便是高度非线性的方程，也可能存在精确的、基于谱理论的全局解法。 第四部分：变分原理与椭圆型方程 本部分关注的是势能最小化或能量泛函极值的物理模型，主要集中在椭圆型非线性方程上，如非线性泊松方程和稳态反应-扩散方程。 1. 泛函分析工具的深化： 引入了更高级的变分方法，如山路定理（Mountain Pass Theorem）和极小化原理，用于证明非线性椭圆方程解的存在性与多重性。 2. 临界点理论的应用： 探讨了在高维空间中，梯度流的稳定态解（如非线性拉普拉斯算子 $Delta u + f(u) = 0$）的先验估计和正则性结果。 3. Ginzburg-Landau 理论的数学基础： 简要介绍了该模型中涉及的非线性椭圆方程在超导现象中的角色。 第五部分：全局存在性与爆破现象（Blow-up Phenomena） 这是现代动力系统理论中一个极富挑战性的领域。本部分着重研究解的“生命周期”，即解何时会演化到无穷大（或出现奇异点）。 1. 抛物线方程的爆破： 以热方程的非线性版本（如 $u_t = Delta u + u^p$）为例，详细分析了临界指数 $p_c$ 对解的长期行为的影响。引入了能量法和自相似解来精确判断爆破发生的时间和位置。 2. 双曲方程的奇性形成： 回到第二部分的双曲系统，分析在光滑解被破坏形成激波之前，解的二阶导数或高阶导数是如何首先趋于无穷的。 3. 正则性提升理论： 讨论了如何利用非线性系统的特定结构，将弱解的正则性从低阶提升到高阶，尤其是在考虑源项或非局部效应时。 第六部分：近似方法与数值模拟前沿 理论分析往往无法提供解析表达式，因此，本部分侧重于处理复杂非线性方程的实用技术。 1. 扰动理论的局限与扩展： 经典庞加莱-林德斯泰德（Poincaré-Linde-stedt）方法的局限性，以及向平均场方法（Method of Multiple Scales）的过渡，用于处理弱非线性系统中的长期演化和共振问题。 2. 几何光学近似（WKBJ 方法）在非线性中的修正： 讨论了当光速或波速依赖于波包强度时，WKBJ 渐近展开的适用范围。 3. 数值离散化策略： 重点介绍了高精度有限差分、有限元方法在处理激波和孤立波时的挑战，如TVD (Total Variation Diminishing) 格式和守恒格式的设计原则，确保数值解能保持物理上的单调性。 第七部分：随机性与统计物理中的非线性模型 最后，本书将视野扩展到包含噪声或不确定性的非线性系统，这是理解复杂介质中传播现象的关键。 1. 随机微分方程（SDEs）与随机偏微分方程（SPDEs）的初步介绍： 探讨了诸如Langevin方程和Fokker-Planck方程的非线性形式。 2. 平均场近似（Mean-Field Approximation）的数学严格性： 在统计物理中，如何将大量粒子系统的耦合非线性方程简化为可处理的单粒子平均场方程，并分析其失效的条件。 --- 适用对象 本书面向具有扎实的微积分、常微分方程和初步泛函分析基础的研究生和高年级本科生。它不仅是数学物理、计算数学专业的核心参考书，也为理论化学、流体力学、凝聚态物理以及高能物理中处理非线性现象的研究人员提供了必要的数学工具和深刻的理论洞察。本书的典藏版在排版和公式推导上进行了优化，力求清晰再现二十世纪以来非线性动力学研究的精髓。

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静心研读，领略结构动力学的迷人魅力 刚拿到这本《高等结构动力学（第二版）》，我并没有急于一口气读完，而是选择了一种比较“慢”的学习方式。我喜欢在安静的午后，泡一杯茶，然后慢慢地翻阅书中的内容。这种沉浸式的阅读体验，让我能够更好地体会到结构动力学本身的迷人之处。它不像一些热门的学科那样充满浮躁的气息，而是沉静而深邃，需要你去静下心来，去细细品味。我尤其对书中对各种振动现象的物理诠释产生了浓厚的兴趣。那些看似复杂的数学模型，背后往往对应着真实世界中某种令人着迷的物理规律。当我理解了某个公式背后的物理意义时，那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。书中提供的一些案例分析，也让我对结构动力学的实际应用有了更直观的认识。它们让我看到了理论知识如何转化为解决实际问题的强大工具。虽然我还需要花费大量的时间去消化和吸收书中的内容，但每一次阅读，都让我对结构动力学这个领域有了更深刻的理解和更浓厚的兴趣。这不仅仅是一本书，更是一扇通往更广阔知识海洋的大门。

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一场思维的“头脑风暴”，挑战极限的认知升级 这本书给我的第一感受，与其说是一本教材，不如说是一场思维的“头脑风暴”。它毫不避讳地将结构动力学的核心概念和前沿理论摆在了读者面前，没有丝毫的“偷工减料”。当我开始尝试理解书中的一些数学推导时，那种挑战极限的感觉油然而生。我承认，有些部分对于我这个非专业人士来说，确实像是在攀登一座陡峭的山峰，每一步都需要极大的耐心和专注。但正是这种挑战，激发了我内心深处的好奇心和求知欲。我开始重新审视自己对一些基本物理概念的理解，比如能量守恒在动力学系统中的体现，或者振动传递的复杂机制。书中对各种分析方法的详尽阐述，例如有限元法在动力学问题中的应用，让我看到了理论与实践相结合的强大力量。尽管我还没有完全掌握这些方法，但书中提供的思路和框架，无疑极大地拓展了我的认知边界。我开始思考，原来一个看似简单的结构，其动力学行为竟然可以如此复杂和精妙。这是一次让我感到“烧脑”但又无比充实的学习体验，仿佛在不知不觉中，我的思维层次被提升到了一个新的高度。

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一场穿越时空的学术对话，感受先驱者的智慧 翻阅这本书，我仿佛置身于一场穿越时空的学术对话之中。它不仅仅是关于现代物理学中某个分支的知识传递，更像是在与那些奠基性的学者进行思想上的交流。书中字里行间流露出的严谨逻辑和深刻洞察，让我不禁对那些在结构动力学领域默默耕耘的先驱者们充满了敬意。那些复杂的公式和精妙的推导，在它们诞生之初，无疑是需要多么巨大的勇气和智慧才能得以完成。我特别喜欢书中对一些经典理论的溯源和发展脉络的梳理，这让我能够更清晰地理解“为什么是这样”而不是“就是这样”。它并没有满足于陈述既有的知识，而是鼓励读者去思考这些知识是如何被构建起来的，以及它们可能存在的局限性。这种对知识本身的尊重和追溯，让我感受到了学术研究的魅力所在。尽管我目前还无法完全理解书中所有的内容，但我能感受到那种严谨治学的精神，那种对真理的不懈追求。这本书让我明白，真正的学习不仅仅是信息的接收，更是一种对智慧的传承和对思想的升华。

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不止于理论，更在于应用的启示 刚拿到《高等结构动力学（第二版）》的时候，我抱着一种实用主义的态度，希望能从中找到解决实际工程问题的“金钥匙”。然而，随着阅读的深入，我发现这本书的价值远不止于此。它不仅仅是列举公式和推导，更重要的是，它在潜移默化地引导读者建立一种更加系统化、更加深刻的工程思维。书中对各种模型构建的逻辑，对参数选择的考量，对结果解读的严谨性，都给我留下了深刻的印象。我尤其欣赏书中对不同工况下结构响应的分析，这对于我在项目设计中评估结构的可靠性和安全性非常有启发。虽然我还没有机会将书中的方法直接套用到某个具体的项目上，但它所提供的分析框架和解决问题的思路，已经开始影响我日常的工作方式。当我面对一个复杂结构时，不再只是被动地接受一些现有的设计方案，而是开始主动地去思考其内在的动力学特性，去预判可能出现的风险。这本书就像一位循循善诱的导师，它教我如何“看透”结构，而不仅仅是“看到”结构。这种能力的提升，对我来说，其价值远远超过了任何一个具体的工程案例。

评分☆☆☆☆☆

初探高深领域，收获满满的知识盛宴 拿到这本《高等结构动力学（第二版）》，我纯粹是抱着一种“打卡”的心态。说实话，我并不是结构动力学专业的科班出身，甚至可以说是“半路出家”，对这个领域的热情更多源于工作中的一些实际需求，但又不希望只停留在浅尝辄止的层面。所以，当看到这本“典藏版”的时候，一种敬畏感油然而生。翻开书的第一感觉，就是它厚重且内容扎实，每一页都仿佛承载着沉甸甸的智慧。虽然我还没来得及深入研读每一个公式和推导，但仅仅是浏览目录和章节标题，我就能感受到它在理论深度和广度上的追求。书中涉及的概念，比如多自由度系统、模态分析、非线性动力学等，对我来说都是既熟悉又陌生的。熟悉是因为它们偶尔会在一些工程报告中闪现，陌生则在于其背后的严谨推导和精妙逻辑。我尤其对书中一些图示和案例分析产生了浓厚的兴趣，它们似乎在试图用更直观的方式来阐述那些抽象的物理原理。尽管我现在还无法完全消化其中的奥妙，但可以预见，这是一本值得反复钻研的宝藏，它为我打开了一扇通往更深层次结构动力学世界的大门。每一次翻阅，都能发现新的亮点，新的思考方向。