周期结构理论及其在隔震减振中的应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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石志飞，程志宝，向宏军 著

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• 周期结构
• 隔震
• 减振
• 结构动力学
• 振动控制
• 工程结构
• 土木工程
• 结构设计
• 有限元分析
• 抗震

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030529879

版次：01

商品编码：12131985

包装：精装

开本：32开

出版时间：2017-06-01

页数：380

正文语种：中文

内容简介

本书涵盖周期结构分析的基本理论、数值方法和部分实验，共11章，各章内容如下：第1章主要概述周期结构在结构隔震和交通环境减振方面的应用、研究现状和周期结构的动力特性；第2章以固体物理学中的基本理论为基础，介绍了相关概念、方法和基本理论，并就弹性波在周期介质中的传播特性以及工程结构的波动问题进行阐述；第3章主要研究了周期结构能量耗散以及振动衰减的规律与机制；第4章给出了研究周期结构频散特性的主要方法；第5-7章为周期结构在基础隔震中的应用，包括层状周期基础、二维周期基础、三维周期基础的设计与理论；第8-10章为周期结构在交通环境减振中的应用；第11章，主要介绍了几种改进的周期结构，使其更加接近于工程应用。

目录

前言

第1章 绪论
1.1 工程结构隔震
1.1.1 隔震基本原理
1.1.2 隔震技术研究现状
1.2 交通环境振动
1.2.1 交通环境振动的危害
1.2.2 交通环境振动的控制措施
1.3 周期结构概述
1.3.1 周期结构的概念及其特性
1.3.2 周期结构的研究历史与现状
1.3.3 周期结构隔震减振应用
参考文献

第2章 周期结构的基本理论
2.1 固体物理基本概念
2.1.1 平移周期性
2.1.2 原胞与单胞
2.1.3 空间对称性
2.1.4 倒格子
2.1.5 布里渊区
2.2 周期介质中的弹性波
2.2.1 弹性动力学基本方程
2.2.2 弹性波动问题基本概念
2.2.3 Bloch定理
2.2.4 周期结构频散曲线及衰减域
2.2.5 黏弹性人工边界
2.2.6 波动输入问题
参考文献

第3章 周期结构的频散特性和能量流动特性
3.1 引言
3.2 周期结构的频散特性
3.2.1 散射型周期结构——多质点弹簧振子模型
3.2.2 局域共振型周期结构——主子结构模型
3.3 周期结构的衰减域
3.3.1 频散曲线的一致性关系
3.3.2 衰减域边界频率
3.4 有限周期结构的动力特性
3.4.1 频率响应函数
3.4.2 理想周期结构和有限周期结构
3.5 周期结构的能量流动特性
3.5.1 散射型周期结构的能量流动特性
3.5.2 局域共振型周期结构的能量流动特性
参考文献

第4章 周期结构频散特性分析方法
4.1 传递矩阵法
4.1.1 特征方程的建立
4.1.2 频散特性分析与计算
4.1.3 有限层状周期结构的传输特性
4.2 乎面波展开法
4.2.1 平面波展开法的基本原理
4.2.2 傅里叶系数与结构函数
4.2.3 平面波展开法的收敛性及改进
4.3 多重散射理论
4.3.1 基本思路
4.3.2 三维多重散射理论
4.3.3 二维多重散射理论
4.3.4 有限结构层间多重散射理论
4.4 时域有限差分法
4.4.1 基本原理
4.4.2 波动方程离散化
4.4.3 初始条件
4.4.4 边界条件
4.4.5 频散曲线
4.4.6 算法稳定性与实用离散方法
4.5 有限单元法
4.5.1 基于复数运算的有限元法
4.5.2 基于通用有限元软件的频散曲线分析
4.6 微分求积法
4.6.1 微分求积法基本原理
4.6.2 强形式微分求积元法
4.6.3 弱形式微分求积元法
4.6.4 复杂周期结构的处理
4.6.5 有限周期结构的传输特性
参考文献

第5章 层状周期结构的动力特性及层状周期性隔震基础
5.1 引言
5.2 理想层状周期结构及衰减域
5.2.1 理想层状周期结构
5.2.2 衰减域特性分析
5.3 参数分析
5.3.1 衰减域边界频率
5.3.2 zui大衰减因子
5.4 衰减域的近似确定方法
5.5 有限周期结构的动力特性
5.5.1 惜响应分析
5.5.2 时程响应分析
5.6 层状周期隔震基础隔震效果的数值模拟
5.6.1 层状周期隔震基础模型
5.6.2 数值模拟结果
5.7 层状周期隔震基础试验研究
5.7.1 试验模型
5.7.2 测试内容
5.7.3 测试结果
参考文献

第6章 二维周期结构的动力特性及其隔震应用
6.1 引言
6.2 二维周期结构及其衰减域
6.3 完全衰减域
6.3.1 高对称周期结构
6.3.2 散射型周期结构的完全衰减域
6.3.3 局域共振型周期结构的完全衰减域
6.4 方向性衰减域
6.4.1 非高对称周期结构
6.4.2 散射型周期结构的方向性衰减域
6.4.3 局域共振型周期结构方向性衰减域
6.5 混凝土配筋对衰减域的影响
6.5.1 材料等效
6.5.2 配筋影响分析
6.6 有限周期结构的动力特性
6.6.1 分析模型
6.6.2 数值计算结果
6.7 二维周期隔震基础的数值模拟
6.7.1 二维高对称周期隔震基础
6.7.2 二维非高对称周期隔震基础
6.8 二维周期隔震基础的试验研究
6.8.1 试验模型及仪器
6.8.2 水平向隔震性能测试
6.8.3 竖向隔震性能测试
参考文献

第7章 三维周期结构的动力特性及其隔震应用
7.1 引言
7.2 三维周期结构及其衰减域
7.2.1 平面波展开法
7.2.2 正确性验证
7.2.3 计算方法对比
7.3 参数分析
7.3.1 几何参数
7.3.2 物理参数
7.4 黏弹性边界条件及波动输入方法
7.5 三维周期结构隔震性能数值模拟
7.5.1 单频简谐荷载输入
7.5.2 地震波输入
7.6 三维周期隔震基础的试验研究
7.6.1 试验模型及仪器
7.6.2 水平向隔震性能测试
7.6.3 竖向隔震性能测试
参考文献

第8章 周期性连续墙在交通环境减振中的应用
8.1 引言
8.2 连续墙衰减域参数分析
8.2.1 材料参数的影响
8.2.2 几何参数的影响
8.3 连续墙的单频谐响应分析
8.4 连续墙减振效果数值模拟
8.4.1 地铁激励
8.4.2 受位置A处激励作用
8.4.3 受位置B处激励作用
参考文献

第9章 周期性实心排桩在交通环境减振中的应用
9.1 引言
9.2 控制方程
9.3 对平面内耦合波（P-SV波）的隔离
9.3.1 衰减域存在性验证
9.3.2 衰减域影响因素分析
9.3.3 减振效果数值模拟
9.4 对出平面波（SH波）的隔离
9.4.1 衰减域存在性验证
9.4.2 衰减域影响因素分析
9.4.3 减振效果数值模拟
参考文献

第10章 周期性填充排桩在环境减振中的应用
10.1 引言
10.2 填充排桩对P波和SV波的隔离
10.2.1 正确性验证
10.2.2 衰减域影响因素分析
10.2.3 减振效果数值模拟
10.3 填充排桩的振动机制
10.4 空心排桩对SH波的隔离
10.4.1 存在性验证
10.4.2 单元类型和内半径对衰减域的影响
10.4.3 频率响应
参考文献

第11章 改进的周期结构在隔震减振中的应用
11.1 引言
11.2 组合层状周期隔震基础
11.2.1 组合层状周期隔震基础模型
11.2.2 谐响应分析
11.2.3 地震动时程分析
11.3 等效层状周期隔震基础
11.3.1 等效层状周期隔震基础模型
11.3.2 等效模型衰减域计算方法
11.3.3 隔震性能模拟
11.4 复合排桩减振
11.4.1 复合排桩有限元模型
11.4.2 单频平面波入射响应分析
11.4.3 多频平面波入射响应分析
11.5 波在分层土中的传播
11.5.1 分层土的动力特性
11.5.2 分层土位置对衰减的影响
参考文献
索引
彩图

结构动力学与抗震工程前沿探索：非线性振动理论及其工程实践 本书导读： 在现代土木工程与机械工程领域，结构安全与可靠性是永恒的主题。随着基础设施的日益复杂化和对极端荷载（如强震、大风、爆炸冲击）抵御能力的更高要求，传统的线性动力学分析方法已逐渐显露出其局限性。结构系统，尤其是在高应力状态或受到新型隔减振措施影响时，往往表现出显著的非线性特性。理解和精确模拟这些非线性行为，是确保结构在服役期内保持稳定与功能性的关键。 本书聚焦于非线性振动理论在复杂工程结构动力学分析中的应用，旨在为结构工程师、研究人员以及高阶土木工程学生提供一套系统、深入且具有实践指导意义的知识体系。全书内容基于严谨的数学推导和大量的工程案例分析，力求在理论深度与工程实用性之间达到完美的平衡。 --- 第一部分：非线性振动理论基础与数学模型构建 本部分是理解后续复杂应用的理论基石。我们从经典线性系统出发，系统地引入导致非线性的物理机制和数学表述。 第一章：结构动力学系统的再审视 本章回顾了结构离散化模型的基本假设，并深入探讨了哪些因素打破了这些线性假设。我们将详细分析结构材料（如混凝土、钢材在屈服前后的本构关系）、接触非线性（如支座的间隙、摩擦效应）以及几何非线性（如大位移下的刚度变化）的物理根源。 1.1 线性系统的局限性分析： 探讨基于叠加原理的局限，以及在地震工程中引入塑性铰和损伤概念的必然性。 1.2 核心非线性机制的分类与建模： 区分黏滞阻尼、库仑阻尼与速率相关阻尼，并引入更精细的结构阻尼模型。 1.3 变刚度系统（Bifurcation）： 探讨结构刚度矩阵随状态变量变化的数学描述，为研究软化和硬化现象打下基础。 第二章：非线性微分方程的求解方法 非线性常微分方程（ODE）通常无法得到解析解，因此数值方法成为核心。本章侧重于高精度、高稳定性的时间积分算法。 2.1 隐式与显式时间积分方案的比较： 重点分析Newmark-$eta$法、HHT（Hilber-Hughes-Taylor）法的稳定域和色散特性，并针对非线性系统引入修正的迭代策略（如修正牛顿法、线化迭代法）。 2.2 步长选择与误差控制： 讨论如何根据系统的局部截断误差和全局能量误差动态调整时间步长，以确保计算效率和精度。 2.3 强非线性系统的多尺度分析： 对于具有不同时间尺度的非线性现象（如高频振动与低频屈服过程的耦合），介绍平均法和多尺度法在时域和频域的应用。 --- 第二部分：系统识别、参数估计与随机振动分析 在工程实践中，结构的真实参数往往是未知的，且外部激励具有随机性。本部分将非线性动力学与系统辨识和随机过程理论相结合。 第三章：非线性系统参数的实验识别 如何从实际监测数据中提取准确的非线性恢复力模型参数是结构健康监测（SHM）的关键挑战。 3.1 基于时域数据的参数估计： 介绍卡尔曼滤波（Kalman Filtering）及其扩展形式（EKF, UKF）在状态估计和参数跟踪中的应用，尤其针对阻尼和刚度参数的时变性。 3.2 基于频域数据的辨识技术： 探讨在存在高次谐波和失真下的模态分析方法，以及非线性模态参数的定义与提取。 3.3 恢复力模型与数据的拟合： 评估不同经验模型（如多项式模型、滞后弹性模型）对实际非线性响应的拟合优度。 第四章：随机激励下的非线性系统响应 本章处理地震动、风荷载等具有不确定性的激励作用下的结构响应分析。 4.1 随机过程理论的拓展： 将平稳随机过程的概念扩展到非线性系统中，引入高阶矩的计算。 4.2 概率密度演化方法（PDEM）： 详细介绍该方法如何有效地处理复杂非线性系统在随机激励下的概率密度函数演化，避免了高维蒙特卡洛模拟的计算瓶颈。 4.3 极限状态概率评估： 基于非线性系统的可靠性指标，计算结构在特定时间窗内达到极限状态（如屈服、失稳）的概率。 --- 第三部分：先进非线性分析与工程应用案例 理论最终要回归实践。本部分将前述理论应用于解决工程中的复杂问题，特别关注先进控制和抗震设计中的非线性效应。 第五章：基于能量耗散的非线性分析 能量是理解非线性系统耗能机制的本质。本章侧重于能量平衡方程的构建与应用。 5.1 能量平衡方程的推导与分解： 精确分离系统输入的能量、储存的应变能、耗散的振动能（粘滞与塑性）以及残余的动能。 5.2 结构损伤指标的能量学定义： 利用累积耗散能作为衡量结构疲劳损伤和寿命的量化指标，并与传统基于应变或位移的损伤指标进行对比。 5.3 耗能元件的非线性性能评估： 针对粘滞阻尼器、金属屈服型消能器等，利用能量方法评估其在不同地震工况下的实际耗能效率。 第六章：多自由度非线性系统的耦合效应与稳定性分析 大型复杂结构（如高层建筑、桥梁、轨道交通系统）的非线性往往表现为多个自由度之间的复杂耦合，以及结构失稳的风险。 6.1 模态分析在非线性系统中的局限与修正： 讨论模态叠加法在强非线性系统中的失效原因，并介绍模态空间分析（MSA）的近似技术。 6.2 颤振与动态失稳理论： 将非线性动力学方法应用于薄壁结构和柔性高层建筑的空气动力学稳定性分析中，探讨小阻尼非线性系统可能出现的参数共振现象。 6.3 接触动力学与冲击响应： 分析结构构件之间碰撞（如地震中楼盖或隔震支座的碰撞）的非光滑接触动力学问题，及其对结构残余位移的影响。 第七章：复杂结构系统与新型抗震装置的非线性评估 本章将理论成果应用于前沿的结构抗震技术评估中，重点关注非线性对控制系统性能的影响。 7.1 粘滞阻尼器与非线性系统的最优布局： 结合非线性系统辨识结果，优化阻尼器在结构中的布置，以最大化整体结构的非线性能量耗散能力。 7.2 基础隔震系统的性能退化分析： 针对高阻尼橡胶支座、滑动支座等隔震元件，分析其在极端荷载下阻尼性能和刚度的非线性退化规律，并评估其对上部结构的二次影响。 7.3 主动与半主动控制中的非线性反馈： 探讨在反馈控制律设计中，如何准确建模结构本身的非线性，以确保半主动控制系统（如变阻尼器或变刚度系统）的有效性和稳定性。 本书的深度和广度，旨在推动结构动力学研究从传统的线性范式向更贴近真实世界物理规律的非线性领域迈进，为设计应对未来挑战的更安全、更具韧性的工程结构提供坚实的理论和方法支撑。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，真正的科学著作，应该能够激发读者的思考，而不是仅仅陈述事实。这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅是讲解“是什么”，更深入地探讨了“为什么”和“如何”。在阅读关于周期结构如何实现能量吸收和耗散的章节时，我仿佛能看到无数微观粒子在相互作用，将地震带来的能量转化为热能或其他形式消散掉，从而保护主体结构的安全。作者在阐述这些复杂原理时，大量运用了清晰的图表和数学推导，虽然需要一定的基础知识才能完全理解，但这种严谨的学术态度正是其价值所在。更让我惊喜的是，书中还涉及了一些前沿的研究动态和未来的发展趋势，这对于保持知识的更新和拓展研究视野非常有帮助。我尤其喜欢书中关于“负泊松比材料”在周期结构设计中的应用，这种反直觉的材料特性，在隔震减振领域却能发挥出意想不到的效果，充分展现了科学研究的奇妙之处。这本书的深度和广度，让我受益匪浅，也让我对隔震减振技术有了更深层次的认识。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在工程一线工作的工程师，日常工作中最关注的就是如何将理论知识转化为实际可行的解决方案。这本书给了我很多启发。它不仅仅停留在概念的介绍，而是非常注重实际应用中的细节和考量。书中关于不同类型周期结构在不同工程环境下的隔震减振性能分析，以及其在实际建造过程中可能遇到的问题和应对策略，都进行了深入的探讨。例如，作者在讨论某一种周期结构的应用时，详细分析了其在材料选择、加工工艺、安装精度等方面的要求，以及这些因素对最终隔震减振效果的影响。这种贴近实际的分析，对于我们这些需要将设计图纸变为现实的工程师来说，是极其宝贵的。书中提供的计算方法和设计流程，既有严谨的理论依据，又考虑了工程上的可行性，可以直接应用于项目的设计和评估。读完这本书，我感觉自己对周期结构在工程实践中的应用有了更清晰的认识，也更有信心去应对未来可能遇到的挑战。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对创新技术充满好奇心的普通读者，我通常会避免阅读过于专业的书籍。但这本书的题目和简介让我产生了极大的兴趣，尤其是“隔震减振”这个词，让我联想到我们日常生活中可能遇到的各种安全问题。怀着忐忑的心情翻开，我惊讶地发现，这本书的语言风格虽然严谨，但并不晦涩难懂。作者似乎很有意识地为不同背景的读者考虑，在引入复杂概念的同时，也提供了必要的背景知识和类比。例如，在讲解周期结构如何“陷阱”振动能量时，作者用了一个生动的生活场景来比喻，让我一下子就理解了其核心思想。书中大量的图示和模型，即使不完全理解其中的数学公式，也能直观地感受到周期结构的设计原理和工作方式。这本书让我不再觉得隔震减振技术是遥不可及的，而是充满了智慧和创新的工程实践。它让我认识到，科学的力量可以如此具体地体现在保护我们的生活安全上。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当吸引人，一种深邃而富有科技感的蓝色，配上几何线条勾勒出的周期结构，立刻就让人联想到复杂的物理模型和精密的工程设计。我是一名结构工程专业的学生，一直对隔震减振技术很感兴趣，尤其是在面对地震等突发灾害时，如何通过创新的结构设计来保护生命财产安全，更是我关注的焦点。翻开这本书，我首先被它严谨的学术风格所吸引，开篇就深入浅出地介绍了周期结构的基本概念和理论基础，从其独特的波传播特性到对能量的耗散机制，都进行了详尽的阐述。让我印象深刻的是，作者并非仅仅停留在理论层面，而是通过大量具体的工程案例，生动地展示了周期结构在建筑、桥梁甚至更广泛工程领域的实际应用。书中对于如何设计和优化具有特定隔震减振功能的周期结构，给出了非常实用的指导和参考，这对于我们这些初学者来说，无疑是宝贵的财富。它不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的工程师，在细致地分享他的知识和见解，让人在阅读过程中，不仅能理解理论，更能感受到工程实践的魅力。

评分☆☆☆☆☆

对于那些对材料科学和力学有浓厚兴趣的读者来说，这本书无疑是一场思想盛宴。我一直着迷于材料的微观结构如何影响其宏观性能，而周期结构恰恰是这种关联的绝佳体现。书中深入探讨了周期结构如何通过其特定的几何排列和相互作用，来实现对弹性波传播的控制，进而达到隔震和减振的目的。作者在讲解的过程中，不仅运用了经典的力学理论，还引入了数值模拟和实验验证的方法，多角度地呈现了周期结构的工作机理。让我印象深刻的是，书中对不同尺度下的周期结构（从微观的材料层面到宏观的工程结构层面）都进行了分析，展示了这一概念的普适性和强大之处。它让我认识到，即使是看似简单的几何形状的重复排列，也能够蕴含着如此丰富而深刻的物理原理。这本书不仅拓宽了我的知识面，更激发了我对材料设计和力学分析的深厚兴趣。