液體晃動動力學基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李遇春 著

圖書標籤:

• 流體力學
• 液體晃動
• 動力學
• 數值模擬
• 實驗研究
• 船舶工程
• 航空航天
• 結構工程
• 海洋工程
• 振動控製

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030516862

版次：1

商品編碼：12059095

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-02-01

用紙：膠版紙

頁數：202

字數：255000

正文語種：中文

內容簡介

　　《液體晃動動力學基礎》主要論述土木與水利工程中的液體晃動動力學問題，係統介紹瞭液體晃動的基本原理、求解問題的基本方法、液體晃動的動力學特徵以及實際的工程應用。全書共9章，內容包括：緒論，理想流體晃動的勢流理論，液體晃動模態分析，液體的強迫晃動，液體晃動阻尼，液體的參數晃動，液體晃動的數值模擬方法，液體晃動的等效力學模型，液體晃動與結構的相互作用。
　　《液體晃動動力學基礎》不僅為液體晃動動力學的初學者提供瞭入門知識，也為液體晃動動力學的研究者提供瞭求解問題的基本方法與思路。
　　《液體晃動動力學基礎》的主要讀者對象為從事液體晃動分析的研究者與工程師，以及高等學校土木工程（包括地震工程）、水利工程、力學等相關專業的高年級大學生、研究生和教師。

作者簡介

　　李遇春，男，1962年2月齣生。1999年3月於武漢水利電力大學（武漢大學）獲博士學位，1999年7月～2001年6月於同濟大學做博士後研究，2008年3～9月於美國加州大學伯剋利分校土木與環境工程係作訪問學者，目前為同濟大學土木工程學院教授（研究員）、博士生導師。主要研究興趣為（水工）結構動力學、結構抗震與抗風、液體晃動動力學、液體與結構的相互作用。

內頁插圖

目錄

前言

第1章 緒論

第2章 理想流體晃動的勢流理論
2．1 慣性（固定）坐標下的理想流體運動基本方程
2．1．1 運動平衡方程
2．1．2 連續性方程
2．1．3 晃動的速度勢描述
2．1．4 Bernoulli方程
2．1．5 液體晃動的幾類邊界條件
2．2 非慣性坐標係（加速坐標係）下的理想流體運動方程
2．2．1 采用相對速度勢描述動坐標下的流體運動
2．2．2 采用絕對速度勢描述動坐標下的流體運動
2．2．3 兩種描述方法的等價性

第3章 液體晃動模態分析
3．1 二維矩形容器內液體晃動自然頻率與振型
3．2 二維任意形狀容器內液體晃動自然頻率的近似解
3．2．1 自然頻率的Rayleigh商錶達式
3．2．2 自然頻率的近似解答
3．2．3 近似自然頻率算例
3．3 二維晃動模態的統一Ritz計算方法
3．3．1 Ritz求解方法
3．3．2 Ritz基函數的構造
3．3．3 數值算例
3．4 二維晃動模態的試驗識彆
3．4．1 實驗裝置與模型
3．4．2 自由液麵波高、頻率與阻尼的測量
3．4．3 晃動模態的試驗結果
3．5 三維直立圓柱容器內液體晃動模態

第4章 液體的強迫晃動
4．1 二維矩形容器內液體的地震強迫綫性晃動
4．2 三維直立圓柱容器內液體的地震強迫綫性晃動
4．3 強迫有限幅非綫性晃動的多維模態分析方法
4．3．1 二維有限幅非綫性強迫晃動的運動方程
4．3．2 基於壓力積分的Bateman-Luke變分原理
4．3．3 基於變分原理的有限幅晃動非綫性微分方程組（模態係統）
4．4 二維矩形容器內液體的非綫性（有限幅）強迫晃動
4．4．1 矩形容器內有限幅晃動的漸近解法（漸近模態係統）
4．4．2 非綫性強迫晃動算例

第5章 液體晃動阻尼
5．1 邊界層阻尼
5．1．1 黏性液體運動的Navier-Stokes方程
5．1．2 Stokes邊界層方程
5．1．3 振動平闆上的周期邊界層
5．2 如何在綫性勢流模型中體現液體阻尼效應
5．3 液體晃動阻尼比估計
5．3．1 Stokes邊界層阻尼
5．3．2 容器的內部黏性阻尼（體阻尼）
5．3．3 矩形容器內二維晃動阻尼比係數算例
5．3．4 幾種容器內液體晃動阻尼比經驗公式
5．4 增加晃動阻尼的措施（防晃裝置）

第6章 液體的參數晃動
6．1 二維綫性參數晃動方程
6．2 參數晃動穩定性分析
6．3 參數晃動不穩定邊界的試驗結果
6．4 參數晃動失穩的能量分析
6．4．1 液體參數晃動的能量增長指數（EGE）與能量增長係數（EGC）
6．4．2 基於Floquet理論的EGE與EGC分析
6．4．3 基於EGE的穩定性判彆準則
6．4．4 近似EGC與EGE的解析公式
6．4．5 基於EGE與EGC的參數失穩討論
6．4．6 EGE與EGC的應用實例
6．5 非綫性穩態參數晃動（極限環運動）

第7章 液體晃動的數值模擬方法
7．1 晃動的邊界元模擬方法
7．2 晃動的有限元模擬方法
7．2．1 無黏性液體運動的位移控製方程
7．2．2 流體與結構運動的相似性
7．2．3 流體位移有限元模式
7．2．4 液體一結構耦閤係統運動方程
7．2．5 數值算例
7．3 有限體積法
7．3．1 有限體積法的基本原理
7．3．2 自由液麵的VOF方法
7．3．3 數值算例
7．4 SPH無網格方法
7．4．1 液體晃動方程的Lagrange描述
7．4．2 SPH計算格式
7．4．3 時間積分格式
7．4．4 狀態方程
7．4．5 邊界條件
7．4．6 數值算例

第8章 液體晃動的等效力學模型
8．1 二維矩形容器內液體晃動等效力學模型
8．1．1 液體與等效模型的運動方程
8．1．2 液體等效力學模型公式
8．1．3 推薦的等效力學模型計算公式
8．2 半解析/半數值方法求解等效力學模型（以矩形容器為例）
8．2．1 一階模態頻率的擬閤公式
8．2．2 M1與h1的擬閤公式
8．2．3 M0與h0的擬閤公式
8．3 二維非矩形容器內液體晃動等效力學模型
8．3．1 二維圓形截麵容器內液體晃動等效力學模型
8．3．2 二維u形截麵容器內液體晃動等效力學模型
8．3．3 二維梯形容器內液體晃動等效力學模型
8．3．4 數值算例
8．4 三維直立圓柱容器內液體晃動等效力學模型

第9章 液體晃動與結構的相互作用
9．1 梁壩-無限水體的動力相互作用
9．1．1 梁壩-無限水體體係的動力學基本方程
9．1．2 梁壩的濕模態及其正交性
9．1．3 梁壩的地震反應分析
9．1．4 剛性壩上的動水壓力
9．2 貯液箱-支撐結構的動力相互作用
9．2．1 貯液箱-支撐結構體係的模態特徵
9．2．2 液-固耦閤作用對動力特性的影響
9．2．3 液體的晃動對結構振動的影響分析

主要參考文獻

前言/序言

　　本書作者對於液體晃動動力學的研究源於大型渡槽的抗震問題研究，由於大型渡槽內含有大量流體，在地震作用下，槽內流體會發生晃動，對渡槽結構進行地震響應分析時，必須考慮槽內流體晃動的影響，流體晃動對於渡槽的抗震計算是一個不可迴避的問題。作者從1995年開始研究渡槽抗震問題時並不熟悉液體晃動動力學，在20餘年的時間裏，一直學習並從事流體晃動動力學的相關研究，本書包括瞭作者多年的學習與研究心得，集中反映瞭近幾年的最新研究成果。
　　當你端起一杯紅酒搖晃時，紅色的液體在杯中齣現瞭變幻莫測的運動，看似一杯普通的紅酒，當你去研究它的晃動時，卻發現這是一個異常睏難的問題，杯內液體所展現的各種復雜而奇妙的運動包含瞭深奧的數學與力學原理。液體晃動動力學是流體動力學的一個重要分支，擁有完整的理論體係，其應用的範圍非常廣泛，液體晃動問題涉及數學、物理學、力學以及諸多的工程學領域，其中工程領域包括航空航天、船舶、土木、水利、化工以及核工程等。各個不同的學科關於液體晃動的研究論文己多達數韆篇，例如：IbrahimRA在2005年齣版的液體晃動動力學專著中，引用的論文多達3000餘篇，該書948頁，包含的內容極為豐富。
　　國內被廣泛引用的相關專著有：
　　1）居榮初，曾心傳.1983.彈性結構與液體的耦聯振動理論.北京：地震齣版社.（土木與水利工程領域，包含部分液體晃動動力學內容）
　　2）王照林，劉延柱.2002.充液係統動力學.北京：科學齣版社.（航天航空領域）

好的，這是一本關於高等數學在工程中的應用的圖書簡介，旨在為工科學生和工程師提供堅實的數學基礎和解決實際問題的能力，完全不涉及液體晃動動力學的內容。 --- 《高等數學在工程中的應用：從理論到實踐的橋梁》 圖書簡介 麵嚮讀者： 本書主要麵嚮高等院校工科專業的本科生、研究生，以及需要運用高級數學工具解決實際工程問題的工程師和科研人員。它特彆適閤那些在學習瞭基礎微積分、綫性代數和概率論後，渴望將這些抽象概念轉化為解決復雜工程挑戰的讀者。 核心內容概述： 本書旨在係統地梳理並深入探討高等數學中多個關鍵分支——微分方程、復變函數、傅裏葉分析和數值方法——在現代工程技術領域中的核心應用。我們摒棄純粹的數學理論推導，轉而聚焦於如何將這些數學工具模型化（Modeling）、求解（Solving）和解釋（Interpreting）真實的工程現象。 本書的結構設計遵循“理論基礎—模型構建—案例分析—實踐驗證”的邏輯鏈條，確保讀者不僅理解“如何計算”，更深刻理解“為何如此計算”以及“計算結果意味著什麼”。 第一部分：常微分方程與動力係統分析 本部分著重於描述時間依賴性係統的數學工具。工程中，從電路振蕩、機械臂運動到化學反應速率，無不可以用常微分方程（ODE）來描述。 1. 綫性常微分方程與係統分析： 我們將深入探討二階及高階綫性ODE的解法，特彆是參數激勵下的穩態響應和瞬態響應。重點放在拉普拉斯變換的應用，它極大地簡化瞭具有初始條件的常係數綫性係統的求解過程，是控製係統分析的基石。 2. 非綫性動力學基礎： 麵對真實世界的復雜性，非綫性模型是不可避免的。本章將介紹相平麵分析（Phase Plane Analysis）的基本方法，如平衡點、極限環的判定。我們不會深入復雜的混沌理論，而是聚焦於李雅普諾夫穩定性理論（Lyapunov Stability Theory）的初級應用，為控製工程中係統穩定性的論證提供數學依據。 3. 邊值問題與結構力學關聯： 結閤歐拉-伯努利梁理論或簡單杆件的屈麯分析，引入Sturm-Liouville理論的初步概念，為理解梁的振型和臨界載荷提供數學模型基礎。 第二部分：偏微分方程（PDE）的工程視角 偏微分方程是描述空間和時間上連續變化的物理場的關鍵。本書側重於三大經典PDE在工程中的建模與解析方法。 1. 熱傳導方程（擴散方程）： 詳細講解分離變量法在求解一維和二維穩態/非穩態熱傳導問題中的應用。特彆關注傅裏葉級數在處理非均勻邊界條件時的重要性，以及物理意義上的熱擴散係數的解讀。 2. 波動方程（振動與波的傳播）： 講解弦、杆件或聲波的運動描述。通過二維波動方程的求解，展示特徵函數的正交性在構建任意初始條件下的解中的核心作用。 3. 拉普拉斯方程與泊鬆方程（靜力學場）： 聚焦於穩態電勢分布、不可壓縮流體的靜力學分析或靜電場強度計算。介紹格林函數法的物理直觀理解，而非嚴格的數學證明，強調其在求解特定幾何區域內勢場問題上的效率。 第三部分：復變函數與信號處理基礎 復變函數不僅是數學的優美分支，更是現代電子工程、控製理論和傅裏葉分析的語言。 1. 復變函數基礎與解析性： 介紹柯西-黎曼方程、解析函數的性質。重點在於理解共形映射（Conformal Mapping）在解決二維靜電場或流場問題中的幾何意義和應用潛力。 2. 柯西積分定理與留數法： 這是本書中最重要的計算工具之一。我們將展示如何利用留數定理高效地計算工程中常見的振蕩積分和反常積分，這些積分直接關聯到係統的瞬態響應和頻譜分析。 3. 傅裏葉變換與Z變換： 將傅裏葉級數和傅裏葉變換推廣到周期信號和非周期信號的頻率域錶示。隨後引入Z變換，作為離散時間係統（數字信號處理和數字控製）的對等工具，解析離散係統的穩定性和傳遞函數。 第四部分：數值逼近與計算方法 在許多復雜的工程問題中，解析解難以求得或完全不存在。本部分提供解決這些問題的計算工具箱。 1. 綫性係統的數值求解： 重點關注矩陣的條件數、迭代法（如雅可比法和高斯-賽德爾法）在求解大型稀疏綫性方程組中的效率考量，這些方法是有限元分析（FEA）和計算流體力學（CFD）的底層支撐。 2. 常微分方程的數值積分： 介紹歐拉法、龍格-庫塔法（RK4）等顯式和隱式方法。強調選擇閤適的步長、方法的穩定性和收斂性對仿真結果可靠性的影響。 3. 函數插值與擬閤： 探討拉格朗日插值、樣條插值在數據處理中的應用，以及最小二乘法在傳感器數據校準和模型參數估計中的核心地位。 學習目標： 完成本書的學習後，讀者將能夠： 1. 熟練運用拉普拉斯變換和傅裏葉變換分析綫性時不變（LTI）係統的頻率特性和時域響應。 2. 為一維或二維的傳熱、振動和勢場問題建立閤適的偏微分方程模型。 3. 利用留數定理有效求解復雜的振蕩積分錶達式。 4. 理解並應用基本的數值方法來處理解析方法失效的工程難題。 5. 將抽象的數學概念轉化為可計算、可解釋的工程解決方案，搭建起理論與實際工程軟件（如MATLAB/Simulink, COMSOL等）之間的堅實橋梁。 本書特色： 高度的工程導嚮性： 每一個數學概念的引入都緊密圍繞一個具體的工程背景或問題實例。 案例驅動學習： 全書穿插瞭數十個詳細的、源自機械、電子、土木和材料領域的案例研究。 強調物理意義： 避免純粹的數學技巧展示，著重闡釋數學符號背後所代錶的物理量和係統行為。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺，就像是在一次精心策劃的科學探險。作者並沒有一開始就拋齣大量的專業術語和晦澀難懂的公式，而是循序漸進地引導讀者進入液體動力學的世界。開頭部分的鋪墊非常到位，從最基本的液體性質入手，逐層深入，讓讀者能夠建立起紮實的理解基礎。我特彆喜歡其中對一些經典實驗的介紹，比如著名的瑞利-貝納德對流，作者將其原理和過程描述得繪聲繪色，甚至通過圖示和簡化的數學模型，讓原本復雜的現象變得一目瞭然。我嘗試著根據書中的描述，在腦海中模擬這些實驗，仿佛身臨其境，感受著流體運動的奇妙。此外，書中還穿插瞭一些曆史故事和科學傢的軼事，這為原本嚴肅的學術內容增添瞭不少人文色彩，也讓我看到瞭科學發展背後的人性光輝。這種敘事方式，讓我在學習知識的同時，也收獲瞭閱讀的樂趣，仿佛不是在讀一本教科書，而是在聽一位博學的智者娓娓道來。

評分☆☆☆☆☆

我對於這本書的論證方式和邏輯嚴謹性給予高度評價。在探討液體晃動動力學這一復雜課題時，作者展現齣瞭非凡的學術功底。每一個理論的提齣，都輔以充分的數學推導和物理學原理的支撐，絕非空穴來風。我尤其欣賞書中對於一些關鍵方程的推導過程，作者並沒有簡單地給齣結果，而是詳細展示瞭每一步的邏輯關節，使得即使是初學者，也能夠理解其內在的聯係。對於一些可能引起誤解的地方，作者更是煞費苦心地進行解釋和辨析，避免瞭歧義。書中引用的參考文獻也十分廣泛，涵蓋瞭該領域的經典著作和最新研究成果，這錶明作者在寫作過程中做瞭大量的案頭工作，確保瞭內容的權威性和前沿性。讀這本書，我感受到的是一種嚴謹治學的態度，以及作者對科學真理的不懈追求。這種深厚的學術底蘊，讓我對書中講解的內容深信不疑，也讓我對液體晃動動力學這一領域有瞭更加深刻和係統的認識。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計給我留下瞭深刻的第一印象。那是一種深邃的、帶有神秘感的藍色，仿佛映照著液體的錶麵，又像是宇宙深處的星雲。封麵上“液體晃動動力學基礎”這幾個字，排版恰到好處，既有學術的嚴謹，又不失藝術的品味。當我拿到這本書的時候，它的紙質也讓我感到驚喜，是一種溫潤而厚實的觸感，翻閱時沒有刺耳的沙沙聲，而是帶著一種紙張特有的、令人安心的摩擦聲。我尤其喜歡它內頁的印刷質量，文字清晰銳利，圖錶也色彩鮮明，細節處理得非常到位，這對於一本講解復雜科學概念的書籍來說，至關重要。我總覺得，一本好書，光是拿在手裏，就能感受到它所蘊含的知識分量和作者的用心。這本書就是這樣，它不僅僅是一本信息載體，更像是一件精美的工藝品，讓人從拿到它那一刻起，就充滿瞭探索其中的渴望。我迫不及待地想知道，這沉靜藍色封麵下，究竟隱藏著怎樣精彩絕倫的液體世界，以及那些關於晃動與動力的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對物理學領域涉獵不深的愛好者，我一直以來對許多抽象的概念都感到望而卻步。然而，當我翻開這本《液體晃動動力學基礎》時，我的顧慮很快煙消雲散瞭。作者似乎擁有一種神奇的魔力，能夠將那些原本枯燥乏味的公式和理論，轉化成生動形象的畫麵，甚至引發我內心深處的共鳴。我驚奇地發現，書中那些關於錶麵張力、粘滯阻力以及各種復雜的流體運動模式的描述，並非遙不可及的理論，而是與我們日常生活息息相關的現象。例如，一杯水灑在桌麵上是如何擴散的？雨滴在玻璃窗上是如何滑落的？這些看似簡單的場景，在這本書的闡釋下，都變得充滿趣味和科學的深度。我特彆欣賞作者在解釋一些關鍵概念時所采用的比喻和類比，它們準確而巧妙，能夠瞬間點亮我的思維，讓我茅塞頓開。這本書讓我體會到，科學並非是少數精英的專屬，而是隱藏在我們周圍，等待我們去發現和理解的美麗智慧。

評分☆☆☆☆☆

在閱讀這本書的過程中，我最大的收獲之一就是對“應用”有瞭全新的認識。我原以為液體動力學僅僅是一些高深莫測的理論，隻存在於實驗室或者科研機構中。然而，這本書徹底顛覆瞭我的這種看法。書中列舉瞭大量液體晃動動力學在現實世界中的應用案例，從航空航天的推進係統，到海洋工程中的波浪傳播，再到生物醫學中的血液流動，甚至是我們日常生活中遇到的洗衣機、噴頭等，都與液體動力學息息相關。作者並沒有簡單地羅列這些應用，而是深入剖析瞭其中的科學原理，讓我們能夠理解這些技術是如何工作的，以及液體動力學在其中扮演的關鍵角色。這讓我意識到，科學研究並非是脫離實際的象牙塔，而是能夠實實在在地解決問題、改善生活的強大力量。這本書讓我對未來的科學發展充滿瞭期待，也激發瞭我對將科學知識應用於實際的興趣。