結(jié)構(gòu)動力學(xué)

前言

眾所周知，在土木工程、橋梁工程、機械工程、航空工程等領(lǐng)域存在著大量的振動問題，因而，在高等工科院校的土木、機械和航空類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課中，結(jié)構(gòu)動力學(xué)是一門非常重要的課程。特別是對于地震多發(fā)區(qū)和自然災(zāi)害頻發(fā)的我國，工程抗振（震）是一個突出的問題，而現(xiàn)代抗振（震）設(shè)計的理論基礎(chǔ)正是結(jié)構(gòu)動力學(xué)。系統(tǒng)地掌握結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本概念、計算原理和計算方法對上述專業(yè)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。本書作者長期從事土木專業(yè)的本科與研究生教學(xué)工作，深深理解學(xué)生在專業(yè)課學(xué)習(xí)中往往由于結(jié)構(gòu)動力學(xué)的知識欠缺導(dǎo)致對專業(yè)課的困惑或研究工作的停滯不前。因此，本書在選材上注重基礎(chǔ)理論和基本概念，同時著重于理論與概念的工程應(yīng)用和背景。作者力求避免教材內(nèi)容、論述和思路跳躍過大，在語言表述上盡量與高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等本科基礎(chǔ)課程相銜接。由于結(jié)構(gòu)動力學(xué)的應(yīng)用范圍很廣，為了避免泛泛而談，本書將以土木工程的動力問題為依托講述結(jié)構(gòu)動力學(xué)。當(dāng)然，由于動力學(xué)的基本原理和方法仍是針對各種工程領(lǐng)域的動力問題，所以本書也適用于其他專業(yè)的本科生與研究生的學(xué)習(xí)。為了增加學(xué)生對結(jié)構(gòu)動力學(xué)的興趣，了解結(jié)構(gòu)方面的動力學(xué)最新發(fā)展，本書還講述了結(jié)構(gòu)動力學(xué)領(lǐng)域的若干前沿研究專題，并加入了作者最新的研究成果，從而增加了本書的新穎性與實用性。本書的主要內(nèi)容包括：結(jié)構(gòu)動力學(xué)研究體系的分類與研究方法的概述、結(jié)構(gòu)動力學(xué)基礎(chǔ)與運動方程的建立、單自由度體系動力問題、多自由度體系動力問題、無限自由度體系動力問題、隨機振動與結(jié)構(gòu)動力學(xué)的若干前沿研究課題。

內(nèi)容概要

《結(jié)構(gòu)動力學(xué)》是在作者多年從事結(jié)構(gòu)動力學(xué)的教學(xué)及研究工作的基礎(chǔ)上撰寫而成。書中在介紹基本概念和基礎(chǔ)理論的同時，也介紹了結(jié)構(gòu)動力學(xué)領(lǐng)域的若干前沿研究課題?！督Y(jié)構(gòu)動力學(xué)》既注重讀者對基本知識的掌握，也注重讀者對結(jié)構(gòu)振動領(lǐng)域研究發(fā)展方向的掌握?！督Y(jié)構(gòu)動力學(xué)》的主要內(nèi)容包括運動方程的建立、單自由度體系、多自由度體系、無限自由度體系的動力學(xué)問題、隨機振動、結(jié)構(gòu)動力學(xué)的前沿研究課題。書中側(cè)重介紹單自由度體系和多自由度體系，重點突出?！督Y(jié)構(gòu)動力學(xué)》可作為土木工程、機械工程、力學(xué)、航空等相關(guān)學(xué)科的本科生和研究生的教學(xué)用書，也可以作為從事結(jié)構(gòu)振動、模態(tài)分析與測試等方面工作的研究人員和工程技術(shù)人員的參考用書。

書籍目錄

前言主要符號表第1章 緒論1．1 結(jié)構(gòu)動力學(xué)概述1．2 動力荷載121簡諧荷載122非簡諧周期荷載123沖擊荷載124任意動荷載1．3 結(jié)構(gòu)動力問題的特點1．4 結(jié)構(gòu)離散化方法141集中質(zhì)量法142廣義坐標法143有限單元法習(xí)題第2章 動力學(xué)基礎(chǔ)及運動方程的建立2．1 動力學(xué)基礎(chǔ)2．1．1 動力自由度2．1．2 基本動力系統(tǒng)元件2．1．3 動力系統(tǒng)類型2．2 運動微分方程的建立2．2．1 動力平衡法2．2．2 虛位移原理2．2．3 Hamilton原理2．2．4 Lagrange方程2．3 重力的影響?yīng)?．4 地基運動的影響?yīng)?xí)題第3章 單自由度體系3．1 自由振動反應(yīng)3．1．1 無阻尼自由振動3．1．2 有阻尼自由振動3．1．3 阻尼及其測量3．2 簡諧荷載反應(yīng)3．2．1 無阻尼體系的簡諧荷載反應(yīng)3．2．2 有阻尼體系的簡諧荷載反應(yīng)3．2．3 動力放大系數(shù)3．2．4 共振反應(yīng)3．2．5 阻尼比的求解3．3 周期荷載反應(yīng)3．4 沖擊荷載反應(yīng)3．4．1 正弦波脈沖3．4．2 矩形脈沖3．4．3 三角形脈沖3．5 任意荷載的反應(yīng)3．5．1 Duhamel積分（時域分析）3．5．2 Fourier變換（頻域分析）3．6 振動的能量3．6．1 自由振動過程中的能量3．6．2 粘性阻尼體系的能量耗散3．6．3 等效粘性阻尼3．6．4 復(fù)阻尼3．6．5 摩擦阻尼3．7 結(jié)構(gòu)振動試驗3．7．1 振動試驗簡介3．7．2 激振設(shè)備3．7．3 測振儀器3．7．4 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)3．8 隔振原理3．8．1 積極隔振3．8．2 消極隔振習(xí)題第4章 多自由度體系4．1 兩個自由度體系4．1．1 運動方程的建立4．1．2 無阻尼自由振動4．1．3 振型4．1．4 運動方程的一般解4．2 無阻尼自由振動4．2．1 運動方程的建立4．2．2 振型4．2．3 振型的正交性4．2．4 廣義質(zhì)量和廣義剛度4．3 有阻尼體系的受迫振動4．3．1 坐標的耦聯(lián)與正則坐標4．3．2 阻尼假設(shè)4．3．3 振型疊加法4．4 動力特性的實用計算方法4．4．1 Dunkerley公式4．4．2 Reyleigh能量法4．4．3 Ritz法4．4．4 矩陣迭代法4．4．5 子空間迭代法4．5 動力反應(yīng)數(shù)值分析方法4．5．1 中心差分法4．5．2 平均常加速度法4．5．3 線性加速度法4．5．4 Newmarkβ法4．5．5 Wilsonθ法4．6 動力分析中的有限元法4．6．1 有限單元法的一般過程4．6．2 動力分析中的有限元法4．6．3 梁的位移模式和形函數(shù)4．6．4 單元剛度矩陣4．6．5 質(zhì)量矩陣4．6．6 阻尼矩陣4．6．7 等效結(jié)點荷載習(xí)題第5章 無限自由度體系5．1 無阻尼直梁的軸向振動5．2 無阻尼梁的橫向自由振動5．3 有阻尼梁在一般荷載作用下的偏微分運動方程5．4 振型的正交性5．5 振型疊加法5．5．1 廣義質(zhì)量5．5．2 廣義荷載5．6 軸向力、剪切變形和轉(zhuǎn)動慣量對振動方程的影響?yīng)?．6．1 考慮軸向力影響的梁的振動方程5．6．2 轉(zhuǎn)動慣量對振動方程的影響?yīng)?．6．3 考慮轉(zhuǎn)動慣量與剪切變形的梁振動方程5．7 簡支梁在移動荷載作用下的振動5．8 板的橫向自由振動習(xí)題第6章 結(jié)構(gòu)隨機振動6．1 概述6．2 隨機過程6．2．1 隨機過程的概念6．2．2 隨機過程的概率描述6．2．3 隨機過程的數(shù)字特征6．2．4 平穩(wěn)隨機過程6．2．5 幾種重要的隨機過程6．2．6 地震地面運動的隨機模型6．3 線性單自由度體系隨機反應(yīng)6．3．1 時域分析方法6．3．2 頻域分析方法6．3．3 激勵和反應(yīng)的互相關(guān)函數(shù)和互譜密度6．4 線性多自由度體系隨機反應(yīng)6．4．1 直接方法6．4．2 振型疊加法6．5 非線性結(jié)構(gòu)隨機反應(yīng)分析6．5．1 攝動法6．5．2 等效線性化方法6．6 結(jié)構(gòu)隨機反應(yīng)分析的狀態(tài)空間法6．6．1 狀態(tài)空間的基本概念6．6．2 單自由度體系6．6．3 多自由度體系習(xí)題第7章 結(jié)構(gòu)動力學(xué)若干研究課題7．1 結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析7．1．1 建筑結(jié)構(gòu)地震作用計算方法簡介7．1．2 單自由度彈性體系的水平地震作用7．1．3 地震反應(yīng)譜7．1．4 振型分解反應(yīng)譜法7．1．5 底部剪力法7．2 結(jié)構(gòu)振動控制7．2．1 概念及分類7．2．2 粘彈性阻尼器減振技術(shù)7．2．3 橡膠基礎(chǔ)隔震技術(shù)7．2．4 磁流變阻尼器減振技術(shù)7．3 模態(tài)分析與理論7．3．1 模態(tài)參數(shù)7．3．2 實模態(tài)分析7．3．3 復(fù)模態(tài)分析7．4 結(jié)構(gòu)動力損傷識別7．4．1 頻率基損傷識別方法7．4．2 模態(tài)基損傷識別方法7．4．3 基于剛度變化的損傷識別方法7．4．4 基于柔度變化的損傷識別方法7．4．5 基于能量的損傷識別方法7．4．6 動力損傷識別研究展望7．5 動力分析非線性問題7．5．1 動力分析中的物理非線性問題7．5．2 動力分析中的幾何非線性問題7．6 子結(jié)構(gòu)法7．6．1 子結(jié)構(gòu)法有限元分析7．6．2 子結(jié)構(gòu)法損傷識別習(xí)題參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：根據(jù)荷載是否具有預(yù)先確定性，即是否知道下一時刻的荷載大小、方向和作用點，動荷載可以分為兩類：確定性（非隨機）荷載和非確定性（隨機）荷載。確定性荷載是荷載隨時間的變化規(guī)律已預(yù)先確定，是完全已知的時間過程；非確定性荷載是荷載隨時間的變化規(guī)律預(yù)先不可以確定，是一種隨機過程。根據(jù)這兩類動荷載的不同，結(jié)構(gòu)動力分析方法可劃分為兩類：確定性分析和隨機振動分析。當(dāng)不考慮結(jié)構(gòu)體系的不確定性時，選用哪種分析方法將依據(jù)荷載的類型而定。根據(jù)荷載隨時間的變化規(guī)律，動力確定性荷載一般可以劃分為兩類，即周期荷載和非周期荷載。對于周期性荷載可分為簡諧周期荷載和非簡諧周期荷載，非周期性荷載又分為沖擊荷載和其他規(guī)律性荷載。對土木結(jié)構(gòu)而言，不確定性荷載可分為風(fēng)荷載、地震作用和其他非確定變化規(guī)律的荷載。為清晰起見，將上述荷載分類繪成圖1．1所示。

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《結(jié)構(gòu)動力學(xué)》由科學(xué)出版社出版。

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