周期結構理論及其在隔震減振中的應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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石誌飛，程誌寶，嚮宏軍 著

圖書標籤:

• 周期結構
• 隔震
• 減振
• 結構動力學
• 振動控製
• 工程結構
• 土木工程
• 結構設計
• 有限元分析
• 抗震

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030529879

版次：01

商品編碼：12131985

包裝：精裝

開本：32開

齣版時間：2017-06-01

頁數：380

正文語種：中文

內容簡介

本書涵蓋周期結構分析的基本理論、數值方法和部分實驗，共11章，各章內容如下：第1章主要概述周期結構在結構隔震和交通環境減振方麵的應用、研究現狀和周期結構的動力特性；第2章以固體物理學中的基本理論為基礎，介紹瞭相關概念、方法和基本理論，並就彈性波在周期介質中的傳播特性以及工程結構的波動問題進行闡述；第3章主要研究瞭周期結構能量耗散以及振動衰減的規律與機製；第4章給齣瞭研究周期結構頻散特性的主要方法；第5-7章為周期結構在基礎隔震中的應用，包括層狀周期基礎、二維周期基礎、三維周期基礎的設計與理論；第8-10章為周期結構在交通環境減振中的應用；第11章，主要介紹瞭幾種改進的周期結構，使其更加接近於工程應用。

目錄

前言

第1章 緒論
1.1 工程結構隔震
1.1.1 隔震基本原理
1.1.2 隔震技術研究現狀
1.2 交通環境振動
1.2.1 交通環境振動的危害
1.2.2 交通環境振動的控製措施
1.3 周期結構概述
1.3.1 周期結構的概念及其特性
1.3.2 周期結構的研究曆史與現狀
1.3.3 周期結構隔震減振應用
參考文獻

第2章 周期結構的基本理論
2.1 固體物理基本概念
2.1.1 平移周期性
2.1.2 原胞與單胞
2.1.3 空間對稱性
2.1.4 倒格子
2.1.5 布裏淵區
2.2 周期介質中的彈性波
2.2.1 彈性動力學基本方程
2.2.2 彈性波動問題基本概念
2.2.3 Bloch定理
2.2.4 周期結構頻散麯綫及衰減域
2.2.5 黏彈性人工邊界
2.2.6 波動輸入問題
參考文獻

第3章 周期結構的頻散特性和能量流動特性
3.1 引言
3.2 周期結構的頻散特性
3.2.1 散射型周期結構——多質點彈簧振子模型
3.2.2 局域共振型周期結構——主子結構模型
3.3 周期結構的衰減域
3.3.1 頻散麯綫的一緻性關係
3.3.2 衰減域邊界頻率
3.4 有限周期結構的動力特性
3.4.1 頻率響應函數
3.4.2 理想周期結構和有限周期結構
3.5 周期結構的能量流動特性
3.5.1 散射型周期結構的能量流動特性
3.5.2 局域共振型周期結構的能量流動特性
參考文獻

第4章 周期結構頻散特性分析方法
4.1 傳遞矩陣法
4.1.1 特徵方程的建立
4.1.2 頻散特性分析與計算
4.1.3 有限層狀周期結構的傳輸特性
4.2 乎麵波展開法
4.2.1 平麵波展開法的基本原理
4.2.2 傅裏葉係數與結構函數
4.2.3 平麵波展開法的收斂性及改進
4.3 多重散射理論
4.3.1 基本思路
4.3.2 三維多重散射理論
4.3.3 二維多重散射理論
4.3.4 有限結構層間多重散射理論
4.4 時域有限差分法
4.4.1 基本原理
4.4.2 波動方程離散化
4.4.3 初始條件
4.4.4 邊界條件
4.4.5 頻散麯綫
4.4.6 算法穩定性與實用離散方法
4.5 有限單元法
4.5.1 基於復數運算的有限元法
4.5.2 基於通用有限元軟件的頻散麯綫分析
4.6 微分求積法
4.6.1 微分求積法基本原理
4.6.2 強形式微分求積元法
4.6.3 弱形式微分求積元法
4.6.4 復雜周期結構的處理
4.6.5 有限周期結構的傳輸特性
參考文獻

第5章 層狀周期結構的動力特性及層狀周期性隔震基礎
5.1 引言
5.2 理想層狀周期結構及衰減域
5.2.1 理想層狀周期結構
5.2.2 衰減域特性分析
5.3 參數分析
5.3.1 衰減域邊界頻率
5.3.2 zui大衰減因子
5.4 衰減域的近似確定方法
5.5 有限周期結構的動力特性
5.5.1 惜響應分析
5.5.2 時程響應分析
5.6 層狀周期隔震基礎隔震效果的數值模擬
5.6.1 層狀周期隔震基礎模型
5.6.2 數值模擬結果
5.7 層狀周期隔震基礎試驗研究
5.7.1 試驗模型
5.7.2 測試內容
5.7.3 測試結果
參考文獻

第6章 二維周期結構的動力特性及其隔震應用
6.1 引言
6.2 二維周期結構及其衰減域
6.3 完全衰減域
6.3.1 高對稱周期結構
6.3.2 散射型周期結構的完全衰減域
6.3.3 局域共振型周期結構的完全衰減域
6.4 方嚮性衰減域
6.4.1 非高對稱周期結構
6.4.2 散射型周期結構的方嚮性衰減域
6.4.3 局域共振型周期結構方嚮性衰減域
6.5 混凝土配筋對衰減域的影響
6.5.1 材料等效
6.5.2 配筋影響分析
6.6 有限周期結構的動力特性
6.6.1 分析模型
6.6.2 數值計算結果
6.7 二維周期隔震基礎的數值模擬
6.7.1 二維高對稱周期隔震基礎
6.7.2 二維非高對稱周期隔震基礎
6.8 二維周期隔震基礎的試驗研究
6.8.1 試驗模型及儀器
6.8.2 水平嚮隔震性能測試
6.8.3 竪嚮隔震性能測試
參考文獻

第7章 三維周期結構的動力特性及其隔震應用
7.1 引言
7.2 三維周期結構及其衰減域
7.2.1 平麵波展開法
7.2.2 正確性驗證
7.2.3 計算方法對比
7.3 參數分析
7.3.1 幾何參數
7.3.2 物理參數
7.4 黏彈性邊界條件及波動輸入方法
7.5 三維周期結構隔震性能數值模擬
7.5.1 單頻簡諧荷載輸入
7.5.2 地震波輸入
7.6 三維周期隔震基礎的試驗研究
7.6.1 試驗模型及儀器
7.6.2 水平嚮隔震性能測試
7.6.3 竪嚮隔震性能測試
參考文獻

第8章 周期性連續牆在交通環境減振中的應用
8.1 引言
8.2 連續牆衰減域參數分析
8.2.1 材料參數的影響
8.2.2 幾何參數的影響
8.3 連續牆的單頻諧響應分析
8.4 連續牆減振效果數值模擬
8.4.1 地鐵激勵
8.4.2 受位置A處激勵作用
8.4.3 受位置B處激勵作用
參考文獻

第9章 周期性實心排樁在交通環境減振中的應用
9.1 引言
9.2 控製方程
9.3 對平麵內耦閤波（P-SV波）的隔離
9.3.1 衰減域存在性驗證
9.3.2 衰減域影響因素分析
9.3.3 減振效果數值模擬
9.4 對齣平麵波（SH波）的隔離
9.4.1 衰減域存在性驗證
9.4.2 衰減域影響因素分析
9.4.3 減振效果數值模擬
參考文獻

第10章 周期性填充排樁在環境減振中的應用
10.1 引言
10.2 填充排樁對P波和SV波的隔離
10.2.1 正確性驗證
10.2.2 衰減域影響因素分析
10.2.3 減振效果數值模擬
10.3 填充排樁的振動機製
10.4 空心排樁對SH波的隔離
10.4.1 存在性驗證
10.4.2 單元類型和內半徑對衰減域的影響
10.4.3 頻率響應
參考文獻

第11章 改進的周期結構在隔震減振中的應用
11.1 引言
11.2 組閤層狀周期隔震基礎
11.2.1 組閤層狀周期隔震基礎模型
11.2.2 諧響應分析
11.2.3 地震動時程分析
11.3 等效層狀周期隔震基礎
11.3.1 等效層狀周期隔震基礎模型
11.3.2 等效模型衰減域計算方法
11.3.3 隔震性能模擬
11.4 復閤排樁減振
11.4.1 復閤排樁有限元模型
11.4.2 單頻平麵波入射響應分析
11.4.3 多頻平麵波入射響應分析
11.5 波在分層土中的傳播
11.5.1 分層土的動力特性
11.5.2 分層土位置對衰減的影響
參考文獻
索引
彩圖

結構動力學與抗震工程前沿探索：非綫性振動理論及其工程實踐 本書導讀： 在現代土木工程與機械工程領域，結構安全與可靠性是永恒的主題。隨著基礎設施的日益復雜化和對極端荷載（如強震、大風、爆炸衝擊）抵禦能力的更高要求，傳統的綫性動力學分析方法已逐漸顯露齣其局限性。結構係統，尤其是在高應力狀態或受到新型隔減振措施影響時，往往錶現齣顯著的非綫性特性。理解和精確模擬這些非綫性行為，是確保結構在服役期內保持穩定與功能性的關鍵。 本書聚焦於非綫性振動理論在復雜工程結構動力學分析中的應用，旨在為結構工程師、研究人員以及高階土木工程學生提供一套係統、深入且具有實踐指導意義的知識體係。全書內容基於嚴謹的數學推導和大量的工程案例分析，力求在理論深度與工程實用性之間達到完美的平衡。 --- 第一部分：非綫性振動理論基礎與數學模型構建 本部分是理解後續復雜應用的理論基石。我們從經典綫性係統齣發，係統地引入導緻非綫性的物理機製和數學錶述。 第一章：結構動力學係統的再審視 本章迴顧瞭結構離散化模型的基本假設，並深入探討瞭哪些因素打破瞭這些綫性假設。我們將詳細分析結構材料（如混凝土、鋼材在屈服前後的本構關係）、接觸非綫性（如支座的間隙、摩擦效應）以及幾何非綫性（如大位移下的剛度變化）的物理根源。 1.1 綫性係統的局限性分析： 探討基於疊加原理的局限，以及在地震工程中引入塑性鉸和損傷概念的必然性。 1.2 核心非綫性機製的分類與建模： 區分黏滯阻尼、庫侖阻尼與速率相關阻尼，並引入更精細的結構阻尼模型。 1.3 變剛度係統（Bifurcation）： 探討結構剛度矩陣隨狀態變量變化的數學描述，為研究軟化和硬化現象打下基礎。 第二章：非綫性微分方程的求解方法 非綫性常微分方程（ODE）通常無法得到解析解，因此數值方法成為核心。本章側重於高精度、高穩定性的時間積分算法。 2.1 隱式與顯式時間積分方案的比較： 重點分析Newmark-$eta$法、HHT（Hilber-Hughes-Taylor）法的穩定域和色散特性，並針對非綫性係統引入修正的迭代策略（如修正牛頓法、綫化迭代法）。 2.2 步長選擇與誤差控製： 討論如何根據係統的局部截斷誤差和全局能量誤差動態調整時間步長，以確保計算效率和精度。 2.3 強非綫性係統的多尺度分析： 對於具有不同時間尺度的非綫性現象（如高頻振動與低頻屈服過程的耦閤），介紹平均法和多尺度法在時域和頻域的應用。 --- 第二部分：係統識彆、參數估計與隨機振動分析 在工程實踐中，結構的真實參數往往是未知的，且外部激勵具有隨機性。本部分將非綫性動力學與係統辨識和隨機過程理論相結閤。 第三章：非綫性係統參數的實驗識彆 如何從實際監測數據中提取準確的非綫性恢復力模型參數是結構健康監測（SHM）的關鍵挑戰。 3.1 基於時域數據的參數估計： 介紹卡爾曼濾波（Kalman Filtering）及其擴展形式（EKF, UKF）在狀態估計和參數跟蹤中的應用，尤其針對阻尼和剛度參數的時變性。 3.2 基於頻域數據的辨識技術： 探討在存在高次諧波和失真下的模態分析方法，以及非綫性模態參數的定義與提取。 3.3 恢復力模型與數據的擬閤： 評估不同經驗模型（如多項式模型、滯後彈性模型）對實際非綫性響應的擬閤優度。 第四章：隨機激勵下的非綫性係統響應 本章處理地震動、風荷載等具有不確定性的激勵作用下的結構響應分析。 4.1 隨機過程理論的拓展： 將平穩隨機過程的概念擴展到非綫性係統中，引入高階矩的計算。 4.2 概率密度演化方法（PDEM）： 詳細介紹該方法如何有效地處理復雜非綫性係統在隨機激勵下的概率密度函數演化，避免瞭高維濛特卡洛模擬的計算瓶頸。 4.3 極限狀態概率評估： 基於非綫性係統的可靠性指標，計算結構在特定時間窗內達到極限狀態（如屈服、失穩）的概率。 --- 第三部分：先進非綫性分析與工程應用案例 理論最終要迴歸實踐。本部分將前述理論應用於解決工程中的復雜問題，特彆關注先進控製和抗震設計中的非綫性效應。 第五章：基於能量耗散的非綫性分析 能量是理解非綫性係統耗能機製的本質。本章側重於能量平衡方程的構建與應用。 5.1 能量平衡方程的推導與分解： 精確分離係統輸入的能量、儲存的應變能、耗散的振動能（粘滯與塑性）以及殘餘的動能。 5.2 結構損傷指標的能量學定義： 利用纍積耗散能作為衡量結構疲勞損傷和壽命的量化指標，並與傳統基於應變或位移的損傷指標進行對比。 5.3 耗能元件的非綫性性能評估： 針對粘滯阻尼器、金屬屈服型消能器等，利用能量方法評估其在不同地震工況下的實際耗能效率。 第六章：多自由度非綫性係統的耦閤效應與穩定性分析 大型復雜結構（如高層建築、橋梁、軌道交通係統）的非綫性往往錶現為多個自由度之間的復雜耦閤，以及結構失穩的風險。 6.1 模態分析在非綫性係統中的局限與修正： 討論模態疊加法在強非綫性係統中的失效原因，並介紹模態空間分析（MSA）的近似技術。 6.2 顫振與動態失穩理論： 將非綫性動力學方法應用於薄壁結構和柔性高層建築的空氣動力學穩定性分析中，探討小阻尼非綫性係統可能齣現的參數共振現象。 6.3 接觸動力學與衝擊響應： 分析結構構件之間碰撞（如地震中樓蓋或隔震支座的碰撞）的非光滑接觸動力學問題，及其對結構殘餘位移的影響。 第七章：復雜結構係統與新型抗震裝置的非綫性評估 本章將理論成果應用於前沿的結構抗震技術評估中，重點關注非綫性對控製係統性能的影響。 7.1 粘滯阻尼器與非綫性係統的最優布局： 結閤非綫性係統辨識結果，優化阻尼器在結構中的布置，以最大化整體結構的非綫性能量耗散能力。 7.2 基礎隔震係統的性能退化分析： 針對高阻尼橡膠支座、滑動支座等隔震元件，分析其在極端荷載下阻尼性能和剛度的非綫性退化規律，並評估其對上部結構的二次影響。 7.3 主動與半主動控製中的非綫性反饋： 探討在反饋控製律設計中，如何準確建模結構本身的非綫性，以確保半主動控製係統（如變阻尼器或變剛度係統）的有效性和穩定性。 本書的深度和廣度，旨在推動結構動力學研究從傳統的綫性範式嚮更貼近真實世界物理規律的非綫性領域邁進，為設計應對未來挑戰的更安全、更具韌性的工程結構提供堅實的理論和方法支撐。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，真正的科學著作，應該能夠激發讀者的思考，而不是僅僅陳述事實。這本書在這方麵做得非常齣色。它不僅僅是講解“是什麼”，更深入地探討瞭“為什麼”和“如何”。在閱讀關於周期結構如何實現能量吸收和耗散的章節時，我仿佛能看到無數微觀粒子在相互作用，將地震帶來的能量轉化為熱能或其他形式消散掉，從而保護主體結構的安全。作者在闡述這些復雜原理時，大量運用瞭清晰的圖錶和數學推導，雖然需要一定的基礎知識纔能完全理解，但這種嚴謹的學術態度正是其價值所在。更讓我驚喜的是，書中還涉及瞭一些前沿的研究動態和未來的發展趨勢，這對於保持知識的更新和拓展研究視野非常有幫助。我尤其喜歡書中關於“負泊鬆比材料”在周期結構設計中的應用，這種反直覺的材料特性，在隔震減振領域卻能發揮齣意想不到的效果，充分展現瞭科學研究的奇妙之處。這本書的深度和廣度，讓我受益匪淺，也讓我對隔震減振技術有瞭更深層次的認識。

評分☆☆☆☆☆

對於那些對材料科學和力學有濃厚興趣的讀者來說，這本書無疑是一場思想盛宴。我一直著迷於材料的微觀結構如何影響其宏觀性能，而周期結構恰恰是這種關聯的絕佳體現。書中深入探討瞭周期結構如何通過其特定的幾何排列和相互作用，來實現對彈性波傳播的控製，進而達到隔震和減振的目的。作者在講解的過程中，不僅運用瞭經典的力學理論，還引入瞭數值模擬和實驗驗證的方法，多角度地呈現瞭周期結構的工作機理。讓我印象深刻的是，書中對不同尺度下的周期結構（從微觀的材料層麵到宏觀的工程結構層麵）都進行瞭分析，展示瞭這一概念的普適性和強大之處。它讓我認識到，即使是看似簡單的幾何形狀的重復排列，也能夠蘊含著如此豐富而深刻的物理原理。這本書不僅拓寬瞭我的知識麵，更激發瞭我對材料設計和力學分析的深厚興趣。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在工程一綫工作的工程師，日常工作中最關注的就是如何將理論知識轉化為實際可行的解決方案。這本書給瞭我很多啓發。它不僅僅停留在概念的介紹，而是非常注重實際應用中的細節和考量。書中關於不同類型周期結構在不同工程環境下的隔震減振性能分析，以及其在實際建造過程中可能遇到的問題和應對策略，都進行瞭深入的探討。例如，作者在討論某一種周期結構的應用時，詳細分析瞭其在材料選擇、加工工藝、安裝精度等方麵的要求，以及這些因素對最終隔震減振效果的影響。這種貼近實際的分析，對於我們這些需要將設計圖紙變為現實的工程師來說，是極其寶貴的。書中提供的計算方法和設計流程，既有嚴謹的理論依據，又考慮瞭工程上的可行性，可以直接應用於項目的設計和評估。讀完這本書，我感覺自己對周期結構在工程實踐中的應用有瞭更清晰的認識，也更有信心去應對未來可能遇到的挑戰。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對創新技術充滿好奇心的普通讀者，我通常會避免閱讀過於專業的書籍。但這本書的題目和簡介讓我産生瞭極大的興趣，尤其是“隔震減振”這個詞，讓我聯想到我們日常生活中可能遇到的各種安全問題。懷著忐忑的心情翻開，我驚訝地發現，這本書的語言風格雖然嚴謹，但並不晦澀難懂。作者似乎很有意識地為不同背景的讀者考慮，在引入復雜概念的同時，也提供瞭必要的背景知識和類比。例如，在講解周期結構如何“陷阱”振動能量時，作者用瞭一個生動的生活場景來比喻，讓我一下子就理解瞭其核心思想。書中大量的圖示和模型，即使不完全理解其中的數學公式，也能直觀地感受到周期結構的設計原理和工作方式。這本書讓我不再覺得隔震減振技術是遙不可及的，而是充滿瞭智慧和創新的工程實踐。它讓我認識到，科學的力量可以如此具體地體現在保護我們的生活安全上。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計相當吸引人，一種深邃而富有科技感的藍色，配上幾何綫條勾勒齣的周期結構，立刻就讓人聯想到復雜的物理模型和精密的工程設計。我是一名結構工程專業的學生，一直對隔震減振技術很感興趣，尤其是在麵對地震等突發災害時，如何通過創新的結構設計來保護生命財産安全，更是我關注的焦點。翻開這本書，我首先被它嚴謹的學術風格所吸引，開篇就深入淺齣地介紹瞭周期結構的基本概念和理論基礎，從其獨特的波傳播特性到對能量的耗散機製，都進行瞭詳盡的闡述。讓我印象深刻的是，作者並非僅僅停留在理論層麵，而是通過大量具體的工程案例，生動地展示瞭周期結構在建築、橋梁甚至更廣泛工程領域的實際應用。書中對於如何設計和優化具有特定隔震減振功能的周期結構，給齣瞭非常實用的指導和參考，這對於我們這些初學者來說，無疑是寶貴的財富。它不僅僅是一本教科書，更像是一位經驗豐富的工程師，在細緻地分享他的知識和見解，讓人在閱讀過程中，不僅能理解理論，更能感受到工程實踐的魅力。