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计算结构动力学(“十一五”国家重点图书)

计算结构动力学
计算结构动力学(“十一五”国家重点图书)
作者:邱吉宝 向树红 张正平(编著)

图书详细信息:
ISBN:978-7-312-02273-9
定价:99.00元
版本:1
装帧:软精装
出版年月:200906
丛书名称:当代科学技术基础理论与前沿问题研究丛书:中国科学技术大学校友文库

图书简介:

  本书系统介绍了计算结构动力学基本原理与计算方法,包括:复杂结构多自由度系统方程的建立方法;多自由度系统特别是自由度数很大系统的振动分析方法;复杂结构动力学问题的工程解决方法。同时,结合作者研究成果和实践经验,以航天器为研究对象,介绍结构动力学分析计算与试验测试相结合的结构动态试验仿真技术,以增进解决工程问题的能力。
  本书可供航空、航天、海洋、交通、机械、建筑、化工、能源等工程设计人员、研究人员、大学生、研究生、大学教师参考。

前言:

  各种大型结构如航天器、海洋平台、舰艇、桥梁、高层建筑、大型机构设备等等,不断向着复杂、高速与高性能方向发展,为保证其良好的性能、精度、安全性与可靠性,结构动力学问题已成为必须解决的极为重要的问题.同时,由于大型高速计算机和先进测试技术的发展,使解决复杂结构动力学问题成为可能.从事这方面工作的工程设计技术人员和相关专业的教师与学生都希望提高自己在振动理论及其工程应用方面的技术水平.为此作者将自己长期从事航天器结构动力学理论分析与试验实践方面的工作经验和研究成果,包括作者在完成国家自然科学基金重点项目“复杂结构动力学研究”所取得的成果,进行系统的总结,写成这本书.
  全书以工程应用为目的,以应用理论为主要内容,从理论、方法到工程应用,取材较为精练时新,理论与应用相结合.论述既深入理论深度,又尽可能减少数学理论的高深术语,在追求振动理论的完整性的同时,注重便于工程技术人员理解的叙述;并以实例说明所介绍的理论与方法在航天工程中的应用,以增进解决工程问题的能力.同时,由于这本书的理论深度,与“振动理论”一般教材有所区别,是一本为解决复杂结构动力学计算问题的“高等振动理论”讲义,取名为“计算结构动力学”.因而,本书可供航空、航天、海洋、交通、机械、建筑、化工、能源等工程的设计人员、有关专业的学生参考;又可供有关专业的研究生、大学教师和研究人员进行研究工作的参考.
  本书提供解决复杂工程结构动力学问题的方法,这就是首先要建立复杂结构很大自由度系统的数学模型,然后应用结构动力学大型程序在计算机上完成复杂结构的动力学分析,并且进行模态试验和各种振动试验加以验证.本书的主要内容是介绍复杂结构的多自由度系统运动方程的建立方法,多自由度系统,特别是自由度数很大系统的振动分析方法,并以航天器为研究对象,介绍结构动力学分析计算与试验测试相结合的结构动态试验仿真技术.
  第1章以航天器结构动态设计方法为例说明结构动力学分析在工程设计中的重要位置,进而概述“复杂结构动力学”的基本概念.
  第2章系统地论述了多自由度运动方程的建立方法: 对于离散系统,介绍直接用结构动力学基本定理的直接法和用哈密顿原理与拉格朗日方程的分析力学方法;对于连续系统,介绍能量泛函变分原理及其离散化的假设模态里茨法与有限元法,介绍加权残值法等空间域离散化方法,特别详细介绍了广义伽辽金法的理论与方法;通过各种方法的介绍,不管是连续系统还是离散系统,不管采用哪一种方法建立的离散化方程,都归结为一组多自由度运动微分方程组,将各种复杂结构动力学问题归结为一组多自由度系统的运动方程组.
  第3章论述多自由度系统的运动方程组求解方法,即振动分析方法: 首先介绍无阻尼系统模态分析的基本概念、无阻尼系统振动响应分析方法和用于比例阻尼系统振动响应分析的经典模态法;对于非比例阻尼系统,介绍状态空间法;为了克服状态空间法的局限性,介绍物理空间法,引进模态对位移的概念之后,将复系数单自由度一阶微分解耦方程化为实参数二阶微分解耦方程,这样把复杂的复模态响应计算过程化为类似于实模态响应计算过程,把复模态响应计算与实模态响应计算统一起来,形成一般模态求解的方法.
  第4章将经典的模态展开定理的振动分析方法用于解决工程结构动力学问题,给出各种解析解方法、半解析解方法(模态位移法、模态加速度法、凝聚法等)和近似解方法;介绍约束界面模态展开定理和混合模态展开定理,以及基于这些定理的实用方法;介绍基础激励问题的新解法,特别是约束界面模态的模态有效质量,提高基础激励问题的计算收敛速度.
  第5章论述解决自由度很大系统的动态子结构方法.动态子结构法不仅能够大幅度降低动力学方程的阶数,而且能够保证结构动力学分析的精度.首先介绍属于假设模态综合法的各种经典子结构方法,基于经典的模态展开定理、约束界面模态展开定理和混合模态展开定理,详细介绍三种精确子结构方法以及它们的近似所形成的解析、半解析模态综合法,并说明各种经典模态综合法实质上都是精确子结构方法的某种近似与变化形式.基于精确子结构方法及其所形成的模态综合法,和传统的假设模态综合法一起所形成的动态子结构方法的系统理论.
  第6章说明航天器结构动态实验仿真技术研究已成为航天器结构动力学研究当前发展趋势,介绍模态试验仿真技术、适用于航天器复杂结构模型修改的子结构试验建模技术、介绍了CZ-2E运载火箭模态试验仿真技术与CZ-2F运载火箭模态试验仿真技术两个实例、介绍了振动台振动试验系统仿真技术和一个卫星振动台振动试验仿真实例.
  上述这些内容大大充实了计算结构动力学内容,使本书具有鲜明的新特色.为了论述的系统性与完整性,便于读者的阅读,附录A与附录B分别介绍单自由度系统振动和连续系统振动的基本内容,为解决多自由度系统振动问题提供参考.
  本书大量引用许多作者有关的专著、教材和论文,作者在此向他们表示衷心感谢.
  我的老师胡海昌院士和钟万勰院士在学术上始终如一地关心、帮助和指导作者在工程中数值分析方法和计算结构动力学方面的研究,钟万勰院士还为本书作序;黄文虎院士一直关心指导作者的研究工作,并为本书写了序言.在撰写本书过程中,北京大学王大钧教授、大连理工大学林家浩教授、中国科学技术大学朱滨教授、中国科学院力学研究所王克仁研究员和南昌大学扶名福教授都给予大力帮助,仔细地审阅了书稿,提出许多指导性意见和具体修改建议.在此一并致以最衷心的感谢.
  限于作者水平,错误与不妥之处在所难免,敬请读者批评指教.

                        邱吉宝
                      2008年12月21日
                     于北京强度环境研究所

目录:

总序

序言一

序言二

前言

第1章 复杂结构动力学概述

1.1 结构动力学研究的基本内容

1.2 动态载荷

1.3 数学模型

1.4 结构动力学试验

1.5 航天器动态设计方法

1.6 航天器结构振动与控制系统的耦合

第2章 多自由度系统运动方程

2.1 直接法

2.2 离散系统的拉格朗日方程与哈密顿原理

2.3 连续系统能量泛函变分原理及其近似方法

2.4 有限元素法

2.5 方差泛函变分原理与假设模态加权残值法

2.6 差分法

2.7 迁移矩阵法

第3章 多自由度系统的振动

3.1 无阻尼系统固有频率

3.2 标准特征值与广义特征值问题

3.3 主模态(主振型)的正交性

3.4 无阻尼系统模态坐标解耦方程

3.5 无阻尼系统对初始条件的响应

3.6 无阻尼系统对简谐激振的稳态响应

3.7 无阻尼系统对任意激振的响应

3.8 经典黏性阻尼系统振动

3.9 一般黏性阻尼系统振动——状态空间法

3.10 一般黏性阻尼系统振动——物理空间法

3.11 一般黏性阻尼系统振动拉普拉斯变换法

3.12 具有结构阻尼的多自由度系统振动

3.13 直接积分法

第4章 实用的结构动力学分析方法

4.1 结构动力学问题求解方法

4.2 模态截断法

4.3 基础激励结构动力学问题求解新方法

4.4 凝聚法

4.5 瑞利里茨法

4.6 矩阵迭代法

4.7 子空间迭代法

第5章 动态子结构法

5.1 引言

5.2 约束子结构超单元法

5.3 约束子结构模态综合法

5.4 采用约束界面模态的精确动态子结构方法及其近似

5.5 自由子结构模态综合法

5.6 采用自由界面模态的精确动态子结构方法及其近似

5.7 频响函数矩阵直接综合法

5.8 混合界面子结构模态综合法

5.9 采用子结构混合模态的精确动态子结构方法及其近似

5.10小结

第6章 动态试验仿真技术及其在航天工程中的应用

6.1 动态试验仿真技术研究的必要性

6.2 复杂结构模型修改技术

6.3 模态试验仿真技术

6.4 振动台试验仿真技术

附录A 单自由度系统振动

附录B 连续系统的振动

参考文献

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