结构动力学续篇 在飞行器设计中的应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郑钢铁 著

图书标签:

• 结构动力学
• 飞行器设计
• 振动分析
• 模态分析
• 有限元分析
• 结构优化
• 气动弹性
• 飞行控制
• 损伤容限
• 结构健康监测

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030499912

版次：1

商品编码：11991811

包装：精装

开本：16开

出版时间：2016-09-01

用纸：胶版纸

页数：454

字数：572000

正文语种：中文

内容简介

　　《结构动力学续篇 在飞行器设计中的应用》是作者郑钢铁和指导的研究生对自2001年结合一些重大航天工程项目的结构动力学分析与设计工作的总结，是在经典结构动力学理论与方法基础上的发展。虽然《结构动力学续篇 在飞行器设计中的应用》重在介绍结构动力学研究领域取得的研究和工程应用进展，但是仍以教学和技术参考书的功能为主，在各章首先对相关研究方向进行概述，然后结合具体的理论和方法问题，介绍如何解决问题和发展新的理论与方法。全书由五部分组成，即典型结构建模方法（第2章和第3章）、模态分析方法（第4章和第9章）、计算分析方法（第5章和第6章）、模型聚缩方法（第7章和第10章）和面向设计的方法（第8章和散布在各个章节的实际工程应用实例）。《结构动力学续篇 在飞行器设计中的应用》中提供了三个实际卫星结构的有限元模型，并且包括对一些结构动态设计问题和经验的讨论。
　　《结构动力学续篇 在飞行器设计中的应用》适合于作为空间飞行器和大气层内飞行器设计专业研究生的教学参考书和工程技术人员的技术参考书。

目录

前言

第1章 绪论
1．1 结构动力学在飞行器设计中的任务与问题
1．2 内容安排
参考文献

第2章 典型阻尼部件与结构建模
2．1 引言
2．1．1 阻尼减振的应用发展
2．1．2 局部阻尼减振技术
2．1．3 常用阻尼形式
2．2 金属橡胶阻尼分析与建模
2．2．1 金属橡胶材料的复刚度模型
2．2．2 金属橡胶阻尼材料的等效粘性阻尼
2．3 流体阻尼分析与建模
2．3．1 流体流经环形间隙
2．3．2 流体流经薄壁小孔
2．3．3 流体流经长阻尼孔
2．3．4 机械弹簧
2．3．5 流体阻尼隔振器的数学模型
2．4 约束阻尼结构及其阻尼建模
2．4．1 粘弹性材料基本理论
2．4．2 约束阻尼结构有限元建模
2．4．3 约束阻尼结构的非线性阻尼等效
2．4．4 等效模型的特征值问题
2，4．5 等效模型的奇异处理与模型缩聚
2．4．6 数值算例
2．5 本章小结
参考文献

第3章 典型连接结构建模
3．1 引言
3．1．1 连接结构建模问题研究状况
3．1．2 连接界面模型
3．2 包带连接分析建模
3．2．1 假设和定义
3．2．2 预紧力、S-V面和V-R面接触力分析
3．2．3 R-R面接触力分析
3．2．4 摩擦力分析
3．2．5 有限元列式
3．2．6 计算过程
3．2．7 计算实例
3．2．8 总结
3．3 非参数化模型实验建模
3．3．1 基本方程
3．3．2 未测自由度频响函数估计方法
3．3．3 动力学特性识别统一方程
3．3．4 算例与讨论
3．3．5 小结
参考文献

第4章 复模态计算
4．1 引言
4．1．1 阻尼结构复模态计算方法概述
4．1．2 子结构方法概述
4．1．3 应用于非比例阻尼结构的计算方法
4．2 阻尼结构的特征值问题
4．2．1 比例阻尼结构特征值问题
4．2．2 非比例阻尼结构复特征值问题
4．2．3 特征值算法小结
4．3 求解非比例阻尼特征问题的改进Lailczos-QR算法
4．3．1 特征值问题标准化的分块三角分解方法
4．3．2 改进的复矩阵双正交Lanczos算法
4．3．3 求解矩阵特征问题的QR算法
4．3．4 复特征向量的求解
4．3．5 算法实现
4．3．6 数值算例
4．4 子结构模态综合的理论基础与基本方法
……

第5章 阻尼结构响应分析计算
第6章 局部非线性结构响应计算分析
第7章 物理模型缩聚方法
第8章 结构动态特性修改
第9章 模态导数
第10章 柔性航天器动力学建模与降阶
索引

结构动力学续篇：飞行器设计中的应用 本书面向航空航天领域的工程师、研究人员以及对高级结构动力学在飞行器设计中应用感兴趣的专业人士。 内容提要 本书深入探讨了结构动力学理论在现代飞行器设计中所面临的复杂挑战与前沿解决方案。全书基于坚实的理论基础，聚焦于如何将抽象的动力学模型转化为切实可行的工程设计工具，以确保飞行器在各种工况下的结构完整性、可靠性与性能优化。 第一部分：基础理论的深化与拓展 第1章：振动理论的再审视与高阶模型构建 本章从经典模态分析出发，系统回顾了线性和非线性系统的基本概念，重点引入了多自由度系统在阵阵激励下的响应预测方法。深入讨论了质量、刚度和阻尼矩阵的精确辨识与建模，特别是针对复杂几何结构（如蜂窝夹层、复合材料层合板）的本构关系如何影响整体动力学特性。内容涵盖了基于能量法的离散化技术，如有限元法（FEM）的高级应用，强调了网格划分策略对高频模态计算准确性的关键影响。此外，对系统的非线性和几何刚度效应进行了详细分析，为后续的非线性动力学分析奠定了理论基础。 第2章：阻尼机理与先进阻尼技术的集成 理解和量化飞行器结构中的能量耗散机制是精确预测振动响应的前提。本章详尽剖析了粘滞阻尼、材料阻尼（如层间滑移、分子链运动）以及结构阻尼的微观机理。在此基础上，重点介绍了主动、被动和智能阻尼技术的集成方案。讨论了如何利用压电材料、磁流变阻尼器（MRD）等先进技术，实现对结构振动的实时或预设控制。内容包括阻尼参数的实验辨识方法（如模态试验数据反演）及其在有限元模型更新中的应用。 第3章：随机振动与载荷不确定性分析 现代飞行器面临的载荷环境是高度随机和时变的，包括湍流、发动机脉动以及地面滑行冲击等。本章聚焦于随机振动理论在飞行器疲劳寿命评估中的核心地位。详细阐述了功率谱密度（PSD）的建立、二阶矩分析以及高斯矩的计算。重点探讨了蒙特卡洛模拟（MCS）在评估结构裕度中的效率优化，并引入了随机有限元方法（S-FEM）来处理材料参数或几何尺寸的不确定性对动力学特性的影响。内容还涉及了随机共振现象及其在特定飞行状态下的工程意义。 第二部分：飞行器特殊环境下的动力学响应 第4章：气动弹性力学的耦合分析 本章是连接气动力学与结构动力学的核心章节。深入探讨了三向耦合分析的复杂性，包括静气动弹性、颤振（Flutter）稳定性的预测与抑制。重点分析了非定常气动力对结构模态的影响，特别是对于柔性机翼和高展弦比结构。内容详细介绍了往复积分法（P-K法）在处理气动阻尼矩阵和有效质量矩阵时的实施细节，并探讨了如何通过结构设计（如翼型修改、加载刚度）来提高颤振速度裕度。还涵盖了抖振（Buffeting）现象的非线性动力学建模及其对表面疲劳损伤的评估。 第5章：冲击、爆炸与极端载荷响应 飞行器在遭受意外冲击、弹丸侵彻或近场爆炸时，必须保证关键系统的生存能力。本章侧重于超高速、大应变率下的非线性动力学行为。详细介绍了显式有限元（Explicit FEM）在求解冲击问题中的优势与局限性。重点分析了材料在极端载荷下的本构模型选择（如Johnson-Cook模型），以及蜂窝板、吸能结构在吸能过程中的变形机制。讨论了冲击损伤容限（Damage Tolerance）设计原则以及结构安全性的快速评估流程。 第6章：热结构耦合动力学与环境效应 温度变化对结构刚度和阻尼特性具有显著影响，尤其在超声速飞行和空间任务中。本章探讨了热载荷与机械载荷的耦合动力学问题。分析了热应力对结构固有频率漂移的影响，以及高温下材料性能退化对结构动力学响应的长期影响。内容包括了先进复合材料的热膨胀系数与模量的温度依赖性建模，以及在轨道飞行器中面临的周期性热载荷下的结构响应分析。 第三部分：结构健康监测与控制优化 第7章：先进结构健康监测（SHM）的动力学基础 结构健康监测系统依赖于对结构模态参数变化的敏感性。本章深入讲解了如何利用模态数据（如固有频率、阻尼比、振型函数）的变化来识别损伤的类型、位置和严重程度。详细介绍了基于频响函数的损伤定位算法（如模态曲率法）以及基于残差的损伤程度评估方法。探讨了传感器网络的优化布局策略，确保对关键区域的损伤检测覆盖率和精度。 第8章：主动振动控制（AVC）与响应整形 针对特定飞行阶段的共振问题或高频振动抑制，本章专注于主动振动控制技术的设计与实现。详细介绍了基于LQR/LQG理论的控制器设计，用于最优地驱动执行器以抑制结构振动。重点讨论了压电作动器（PZT）与结构梁的集成建模，以及如何利用模态空间解耦技术简化复杂系统的控制算法。内容还包括了反馈控制器的实时性要求和鲁棒性验证方法。 第9章：飞行器结构动力学的优化设计与模型降阶 在满足动力学约束的前提下实现轻量化是飞行器设计的永恒目标。本章介绍了基于动力学指标的拓扑优化和尺寸优化方法。重点分析了如何将模态频率约束（如避免特定工作频率范围）嵌入到优化目标函数中。此外，针对有限元模型庞大、实时仿真困难的问题，详细阐述了基于Craig-Bampton子空间方法和模态叠加法的模型降阶技术，以提高控制系统和气动弹性分析的计算效率。 结语 本书旨在提供一个从理论到工程实践的完整桥梁，通过对高级结构动力学在飞行器复杂工况下应用的系统阐述，帮助读者掌握预测、评估和控制飞行器结构动态行为的关键技术，从而推动新一代飞行器结构设计的智能化与高效化。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版清晰度令人印象深刻，页边距、行间距的设置都非常合理，阅读起来丝毫没有压迫感，这对于动辄上百页的专业书籍来说，简直是福音。我注意到作者在讲解一些关键概念时，配有大量的图示和示意性插图，这对于理解抽象的力学原理至关重要。很多教科书往往只是干巴巴地罗列公式，但这本书似乎更注重“可视化”的讲解，力图让读者能够直观地把握结构在不同激励下的动态行为。这一点对于初学者或者想快速回顾核心概念的读者来说，简直是太友好了。我甚至在想，如果能再多一些具体的案例分析，对比不同建模假设下的结果差异，那就更完美了。不过就目前的呈现来看，它已经远远超出了普通教材的水平，更像是一本精选的“工具箱”。

评分☆☆☆☆☆

从一名资深结构工程师的角度来看，我对这本书的实用性抱有很高的期待。我们日常工作中遇到的很多难题，往往不是因为不懂原理，而是缺乏将原理快速转化为可操作计算模型的经验。我希望这本书不只是停留在理论层面，而是能够提供一套严密且可执行的计算流程指导。例如，在进行大型复杂结构（比如某些特殊设计的航空器部件）的模态测试与理论对比验证时，书中是否能提供一些关于实验数据后处理和误差分析的实用建议？如果它能帮助我弥合理论预测与实际测试结果之间的鸿沟，那么这本书的价值就不仅仅是学术上的，更是对日常工程效率的巨大提升。这种强调“知行合一”的专业书籍，才是真正受工程师欢迎的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格可以说是“克制而精准”。它没有过多花哨的修辞，完全是学术交流中常见的精确表述方式，每一个术语的运用都显得恰到好处，体现了作者扎实的专业功底。我翻阅到其中关于阻尼理论的那一部分时，发现它对不同类型阻尼的物理意义阐述得极其到位，不像有些书只是机械地给出数学模型，而是深入挖掘了背后的物理本质。这种深度剖析，对于想要在结构控制和优化方面有所建树的人来说，是不可多得的财富。我可以预感到，这本书在解决实际工程中的振动抑制、模态分析等问题时，会提供非常坚实的基础支持。读这样的书，需要心静和专注，但收获一定是实实在在的理论提升。

评分☆☆☆☆☆

我比较关注的是这本书在方法论上的前沿性。在当前快速迭代的工程技术领域，一本好的专业书籍必须能够跟上时代的发展。从目录结构来看，作者似乎并没有止步于传统的有限元分析，而是引入了一些更现代的计算方法和优化策略。我希望能在这本书中找到关于非线性动力学响应的系统性处理方案，尤其是在考虑材料疲劳和损伤累积效应时的动态耦合问题。如果作者能提供一些结合了机器学习或者智能算法来辅助动力学参数辨识的探讨，那就更体现了其“续篇”的价值了。坦率地说，这类书籍往往是检验一个领域研究水平的试金石，我期望它能展现出作者在学术前沿的敏锐洞察力和扎实的实践经验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计挺有意思的，封面的色彩搭配和字体选择，给我的第一印象是那种非常严谨、专业的学术著作。虽然我还没来得及深入研读，但光是翻阅目录和前言，就能感受到作者在结构动力学这个领域深厚的积累。尤其是章节的划分，从基础理论的回顾到实际工程问题的剖析，逻辑性非常强，看得出来作者在构建知识体系上下了很大功夫。我个人对其中提到的一些先进的数值模拟方法特别感兴趣，想看看作者是如何将这些高深的理论与实际的工程挑战相结合的。对于我这种需要经常处理复杂结构响应问题的工程师来说，这本书无疑是一本值得放在案头时常翻阅的参考书，希望它能为我提供一些新的解决思路和计算技巧。光是这种厚重感和内容严谨度，就足以让人对它的价值充满期待。