岩土塑性理论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[英] 余海岁（Hai-Sui Yu） 著，周国庆 等 译

图书标签:

• 岩土工程
• 塑性力学
• 土力学
• 岩石力学
• 数值分析
• 有限元
• 地基处理
• 边坡稳定
• 软基基础
• 土体本构模型

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030570611

版次：01

商品编码：12372652

包装：精装

开本：16开

出版时间：2018-05-01

页数：388

正文语种：中文

内容简介

　　本书对从早期经典到新近发展的岩土介质塑性理论及相应分析方法进行了全面、深入的总结。首先，介绍了连续介质力学与经典弹塑性理论的基础知识；其次，论述了理想塑性、硬化塑性与临界状态塑性、多重屈服面与边界面塑性、非共轴塑性以及无屈服面塑性等系列非线性岩土材料塑性理论模型；最后，呈现了岩土工程边值问题的系列求解方法，包括弹塑性严格解析、滑移线场极限分析和有限元数值分析等方法及实现要点。

好的，这是一份为您构思的图书简介，主题围绕“现代土木工程中的计算力学与材料模拟”，专注于结构分析、有限元方法以及新型材料的力学行为，与“岩土塑性理论”的主题完全区分开来。 --- 现代土木工程中的计算力学与材料模拟 本书导言：超越传统极限，探寻结构安全的未来基石 在二十一世纪的工程实践中，建筑、桥梁、基础设施以及复杂结构的设计与分析正面临前所未有的挑战。传统基于解析解和经验公式的方法已难以精确捕捉现代工程材料的复杂本构关系以及大型、非线性结构在极端载荷下的响应。本书《现代土木工程中的计算力学与材料模拟》旨在为土木、结构工程师和高级工程专业的学生提供一套系统、前沿的理论框架与计算工具，以应对这些复杂性。 本书的核心目标是深入探讨计算力学（Computational Mechanics）在土木工程领域的应用，特别是侧重于先进数值方法（如有限元法、边界元法）的理论基础、实施细节及其在模拟复杂物理现象中的效能。我们摒弃了对单一学科（如岩土力学）的深入探讨，转而聚焦于结构体系的宏观响应、材料模型的通用化以及高性能计算的需求。 --- 第一部分：计算力学基础与数值方法精要 本部分为全书的理论基石，旨在建立起从连续体力学到可编程数值求解的桥梁。 第一章：连续介质力学的复习与扩展 本章首先回顾了经典弹性力学和塑性理论（此处特指宏观金属塑性或一般连续介质的应力应变关系，而非岩土特定塑性），重点阐述了在广义应力状态下，材料本构关系描述的数学形式。我们详细探讨了描述材料中能量耗散和不可逆变形的广义热力学框架，为后续引入黏塑性、粘弹性等时变效应打下基础。强调了材料在多尺度下的行为差异，并引入了描述平均场行为的宏观描述方法。 第二章：有限元方法的理论基石 有限元法（FEM）是本书计算方法的核心。本章将细致讲解变分原理（如虚功原理和伽辽金方法）如何转化为离散化的代数方程组。内容涵盖单元选择（如三角形、四边形、楔形单元的优劣）、形函数（Shape Functions）的构造与选择、以及数值积分技术（如高斯积分）在确保精度和稳定性的重要性。特别地，我们详细分析了在处理大变形问题时，需要采用的更新拉格朗日（Updated Lagrangian）和总拉格朗日（Total Lagrangian）描述的差异与适用场景。 第三章：非线性问题的求解策略 现代结构和材料分析几乎不可避免地涉及几何非线性和材料非线性。本章专注于如何高效、稳定地求解由非线性代数方程组构成的系统。详细介绍了牛顿-拉夫逊法及其在收敛困难情况下的变体（如线搜索法、修正牛顿法）。对于材料非线性，我们深入探讨了内力修正（Incremental Equilibrium Iteration）的实施步骤，并对不同收敛准则（残差范数、位移增量）的适用性进行了比较分析。 --- 第二部分：先进材料模型的数值实现 本部分聚焦于如何将复杂的本构模型转化为计算机可处理的算法，特别是关注结构工程中常见的钢、混凝土及其复合体系的模拟。 第四章：弹塑性本构模型的离散化 本章聚焦于心形模型（如Von Mises屈服准则）在有限元框架下的时间积分。我们采用向后欧拉积分（Backward Euler）和修正牛顿法相结合的隐式方法，详细推导了应力更新算法的每一步，包括如何保证应力始终保持在屈服面上（投影法或拉格朗日乘子法）。重点讨论了在分析过程中，如何准确识别材料状态（弹性、屈服、硬化）并应用恰当的切线刚度矩阵。 第五章：混凝土材料的复杂行为模拟 混凝土结构分析是土木工程的核心。本章系统地介绍了描述混凝土特性的多种模型，包括损伤塑性模型（Damage Plasticity Models），它能有效捕捉混凝土的拉伸开裂和受压破碎。我们详细阐述了如何将损伤变量与应力状态耦合，以及如何处理裂缝的出现和扩展。此外，本章还涵盖了张拉钢筋混凝土的有效截面刚度计算及其在全寿命周期分析中的应用。 第六章：粘滞性与时间依赖性效应 许多工程材料和环境载荷（如高温、长期蠕变）具有时间依赖性。本章将粘弹性（Viscoelasticity）和粘塑性（Viscoplasticity）理论引入计算框架。我们使用时域积分法（如Creeping法）来处理蠕变效应，并对比了显式和隐式时间步进方案在处理这类问题时的效率和稳定性。这对于分析长期荷载下的高层结构或储罐的沉降预测至关重要。 --- 第三部分：高级结构分析与应用案例 本部分将前两部分的理论和算法应用于实际工程问题，展示了高级计算工具解决复杂挑战的能力。 第七章：几何非线性与结构稳定性分析 大变形和结构失稳是结构安全的关键考量。本章深入研究几何非线性（大应变理论）的数学表述，并重点分析屈曲分析。我们比较了线性屈曲分析（特征值问题）和非线性大变形屈曲分析的适用范围，并展示了如何通过追踪载荷-位移路径的“弧长法”（Arc-Length Method）来精确捕获结构从稳定到失稳的临界点。 第八章：动态响应与冲击分析 对于地震、爆炸或碰撞等瞬态载荷，时域分析是必须的。本章详细讲解了显式积分方法（Explicit Integration）在处理冲击问题中的优势，特别是其无条件稳定性（在极小时间步下）。同时，我们也讨论了模态叠加法等在求解线性或弱非线性动力学问题中的效率。 第九章：高性能计算与并行化策略 现代工程分析往往涉及数百万甚至上亿个自由度。本章探讨了如何优化有限元求解器以适应高性能计算环境。内容包括：有限元网格的划分策略、稀疏矩阵的存储与求解技术（如代数多重网格法AMG）、以及如何利用MPI或OpenMP等并行编程接口对矩阵装配和线性系统求解进行并行化处理。 --- 结语：面向未来的工程仿真 本书旨在构建一个坚实的计算力学基础，使用户能够独立开发或理解先进的工程仿真软件。它强调的是结构力学、材料本构关系、以及数值算法的深度融合，为读者在面对日益复杂的工程挑战时，提供强大的理论武器和精确的预测能力。本书对岩土工程的特定塑性变形机制不作深入探讨，而是将焦点完全置于土木结构宏观力学行为的精确数值模拟之上。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和排版给人一种专业、严谨的感觉，目录也显示出其内容的深度和广度。我注意到书中详细列出了关于“应力-应变关系”、“塑性势”和“屈服函数”等关键概念，这表明它致力于提供一个严谨的理论框架来描述岩土材料的行为。我尤其对书中关于“孔隙水压力”、“有效应力”与塑性理论的结合部分感到好奇，这对于理解饱和土体的力学特性至关重要。我期望书中能通过详实的公式推导和理论分析，深入浅出地阐释这些复杂的力学原理。同时，书中提及的“数值模拟方法”在岩土塑性分析中的应用，也让我看到了将理论知识应用于解决实际工程问题的可能性，这对我来说具有很高的参考价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的篇幅和内容深度让我对其学术价值充满了期待。从目录设计来看，它似乎是一本非常全面的岩土塑性理论专著，涵盖了从基础的本构关系，到复杂的非线性分析方法。我特别期待书中关于“应力路径”和“应变增量”的讲解，这对于理解岩土材料在不同加载过程中的行为至关重要。书中对“土体破坏机理”的深入探讨，以及如何通过塑性理论来预测和模拟这些破坏过程，是我非常感兴趣的部分。我希望书中能够提供大量的公式推导和理论证明，同时辅以清晰的图表和实例，以便我能够深入理解这些抽象的力学概念。对于我而言，这本书能否帮助我理解和掌握诸如“应力集中”、“塑性区扩展”等复杂现象，将是衡量其价值的重要标准。

评分☆☆☆☆☆

翻阅这本书，我首先被其丰富的术语和详细的章节划分所震撼。从目录上看，它涵盖了从经典的塑性理论基础，到更具体的岩土材料本构模型，再到应用于实际工程问题的分析方法。我尤其关注书中对于“屈服面”概念的阐述，这是理解岩土材料从弹性变形转变为塑性变形的关键。我推测书中会对不同屈服准则（如莫尔-库仑、Drucker-Prager等）进行详尽的介绍，并解释它们各自的优缺点以及在不同地质条件下的适用性。此外，书中提及的“塑性势函数”和“流动法则”也是塑性理论的核心内容，我希望能从中学习到如何通过这些数学工具来描述岩土材料的塑性流动行为。对于我来说，能够清晰地理解这些理论概念，将有助于我更好地理解岩土工程中的一些复杂现象，例如边坡失稳、地基沉降等，并为解决这些工程问题提供理论指导。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排让我印象深刻，它似乎是从最基础的力学概念讲起，循序渐进地引入岩土塑性理论的核心。我尤其关注书中关于“应变硬化”和“应变软化”的讨论，这两个概念在描述岩土材料的非线性行为时至关重要，而这本书的目录中明确列出了相关章节，这让我对它能准确解释这些现象充满信心。我还注意到书中对各种本构模型的介绍，比如莫尔-库仑模型、德鲁克-普拉格模型等，这些模型是岩土工程分析的基石。我期待书中能对这些模型的数学表达、物理意义以及适用范围进行深入剖析，并给出相关的工程案例来佐证。此外，书中关于“孔隙水压力”和“有效应力原理”与塑性理论相结合的论述，对于理解地下工程、边坡稳定等问题至关重要，这部分内容无疑会是本书的一大亮点，也正是我最想深入了解的部分，希望作者能用严谨的数学推导和生动的实例来阐释。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当朴实，传递出一种严谨、学术的氛围，这让我一开始就对它的内容充满了期待。翻开书页，我首先被其详尽的目录所吸引，涵盖了塑性力学中的基础理论、本构模型、屈服准则，以及在岩石和土壤力学中的具体应用，甚至还触及了数值模拟方法。每一章节的标题都显得十分专业，像是打开了通往岩土工程深层奥秘的钥匙。虽然我并非此领域的专家，但从其标题和章节安排来看，这本书应该能够系统性地介绍岩土塑性理论的来龙去脉，从基本的力学原理出发，逐步深入到如何理解和预测岩土材料在应力作用下的变形和破坏行为。我对书中对各种经典屈服准则的介绍，以及它们如何被用于描述不同岩土材料特性的部分尤为好奇。同时，书中提及的数值模拟技术，如有限元法在岩土塑性分析中的应用，也让我看到了理论知识如何转化为实际工程问题的解决方案，这对于我理解岩土工程的实践性有很大的帮助。我希望这本书能提供清晰的推导过程和丰富的图示，帮助我这个初学者也能逐步掌握这些复杂的概念。