结构动力学及其在航天工程中的应用 [Structural Dynamics and Its Applications in Space Engineering] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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邱吉宝，张正平，向树红，李海波 著

图书标签:

• 结构动力学
• 航天工程
• 振动分析
• 模态分析
• 有限元分析
• 空间结构
• 载荷分析
• 动态响应
• 结构稳定性
• 航空航天

出版社： 中国科学技术大学出版社

ISBN：9787312036255

版次：1

商品编码：11683170

包装：精装

外文名称：Structural Dynamics and Its Applications in Space Engineering

开本：16开

出版时间：2015-01-01

用纸：胶版纸

页数：809

字数：11

内容简介

　　《结构动力学及其在航天工程中的应用》以航天器为研究对象，提供解决复杂工程结构动力学问题的方法，着重介绍结构动力学分析计算、试验测试以及它们相结合的结构动态试验仿真技术。全书以工程应用为目的，以应用理论为主要内容，从理论、方法、试验到工程应用，取材精练时新。理论与应用相结合。论述既深入理论，又尽可能减少数学理论的高深术语，在追求振动理论的完整性同时，注重采用便于工程技术人员理解的叙述方式，并以实例说明所介绍的理论、方法与试验在航天工程中的应用。

内页插图

目录

序1
序2
序3
前言
第1章 复杂结构动力学概述
1.1 结构动力学研究的基本内容
1.2 动态载荷
1.3 数学模型
1.4 结构动力学试验
1.5 航天器动态设计方法
1.5.1 航天器力学环境
1.5.2 器箭耦合载荷分析
1.5.3 器箭载荷分析循环
1.5.4 器箭载荷分析循环实例
1.6 航天器结构振动与控制系统的耦合

第2章 单自由度系统振动
2.1 自由振动
2.1.1 无阻尼系统的自由振动
2.1.2 黏性阻尼系统的自由振动
2.1.3 结构阻尼系统的自由振动
2.2 简谐激励的响应分析
2.2.1 无阻尼系统响应
2.2.2 黏性阻尼系统对简谐激励的响应
2.2.3 黏性阻尼系统复频响应
2.2.4 结构阻尼系统复频响应
2.3 周期激励的响应
2.4 任意激励的响应时域分析
2.4.1 单位脉冲响应
2.4.2 杜阿梅尔(Duhamel)积分
2.4.3 传递函数
2.5 任意激励的响应频域分析
2.5.1 任意激励力的傅里叶积分表示法
2.5.2 频响函数

第3章 连续系统的振动
3.1 连续系统与离散系统的关系
3.2 杆的纵向振动
3.2.1 振动方程
3.2.2 固有频率和主振型
3.2.3 主振型的正交性
3.2.4 强迫振动
3.3 梁的横向振动
3.3.1 横向振动微分方程
3.3.2 固有频率和主振型
3.3.3 主振型的正交性
3.3.4 梁横向振动的强迫响应
3.3.5 固有频率的变分式
3.3.6 复杂边界的梁的固有振动
3.3.7 轴向力的影响
3.3.8 转动惯量与剪切变形的影响
3.3.9 梁的双横向耦合振动
3.3.10 考虑剪切变形和转动惯性矩影响
3.4 板的横向振动
3.4.1 板的振动方程
3.4.2 矩形板的自由振动
3.4.3 固有频率的变分式
3.4.4 薄板主振型的正交性
3.4.5 薄板的强迫振动
3.4.6 圆板的振动
3.5 弹性动力学
……

第4章 多自由度系统运动方程
第5章 多自由度系统的振动
第6章 实用的结构动力学分析方法
第7章 动态子结构法
第8章 随机振动
第9章 运载火箭结构动力学建模技术
第10章 航天飞行器动态响应分析
第11章 动态试验技术
第12章 动态试验仿真技术
参考文献

前言/序言

结构动力学及其在航天工程中的应用 引言 在浩瀚的宇宙探索征程中，航天器是人类延伸触角的关键载体。它们肩负着科学研究、资源开发、载人航天乃至深空探测的重任。然而，航天器的设计与运行环境极其严苛，面临着前所未有的挑战。从发射升空时剧烈的振动载荷，到太空环境中微重力、温度剧变、以及可能遭遇的微陨石撞击，航天器结构必须承受各种动态载荷的考验，并保持其结构完整性和功能性。因此，深入理解和精准预测结构在动态环境下的行为，成为航天工程领域至关重要的一环。 《结构动力学及其在航天工程中的应用》一书，正是为了系统阐述结构动力学的基本理论，并将其核心原理和方法论深度应用于航天工程的各个环节而编写。本书旨在为从事航天器研发、设计、分析和试验的工程师、研究人员以及相关专业的学生提供一套全面而实用的技术指南，帮助他们掌握分析航天器结构动力学行为的关键技术，从而提高航天器的可靠性、安全性以及任务成功率。 第一部分：结构动力学基础理论 本书的开篇，我们将从结构动力学的基本理论出发，为读者构建坚实的理论基础。这部分内容旨在帮助读者理解结构如何对外部激励作出动态响应，以及影响这种响应的关键因素。 简谐振动理论： 我们将从最基本的单自由度系统（SDOF）出发，详述其自由振动和受迫振动的特性。通过引入质量、阻尼和刚度等核心参数，解释固有频率、阻尼比以及稳态响应等概念。对于航天器结构而言，理解其固有频率至关重要，因为一旦外部激励频率与固有频率接近，就可能引发共振，导致结构损伤甚至失效。我们将深入探讨如何通过数学模型来描述和分析SDOF系统的动力学行为，例如使用微分方程、拉普拉斯变换等方法。 多自由度系统（MDOF）动力学： 现实中的航天器结构远非单自由度系统可比，而是由无数个相互关联的质量、阻尼和刚度单元组成的复杂多自由度系统。本部分将逐步引入MDOF系统的概念，讲解如何建立其运动方程，例如采用牛顿第二定律或虚功原理。重点将放在如何通过模态分析来解耦MDOF系统，将复杂问题转化为一系列独立的SDOF问题。模态分析将揭示航天器结构的主振型和对应的主频率，这对于理解整体结构的振动特性至关重要。我们将详细介绍求解特征值问题的方法，如雅可比法、QR分解法等，以获得系统的模态参数。 连续体结构动力学： 对于实际的航天器构件，如杆、梁、板、壳等，它们具有无限个自由度，需要用连续体动力学的框架来描述。本书将介绍如何利用偏微分方程，如梁的欧拉-伯努利方程、板的冯·卡门方程等，来描述它们的振动行为。在此基础上，我们将讨论如何采用有限元方法（FEM）来离散化连续体模型，将其转化为MDOF系统进行数值求解。FEM作为现代工程分析的核心工具，其在航天工程中的应用无处不在，本书将详细阐述其基本原理，包括单元离散、形函数选择、刚度矩阵和质量矩阵的建立，以及载荷向量的计算。 阻尼理论与模型： 阻尼在结构动力学中扮演着重要的角色，它能够耗散振动能量，减小结构的响应幅值。我们将探讨不同类型的阻尼，如粘性阻尼、干摩擦阻尼、材料阻尼等，并介绍常用的阻尼模型，例如瑞利阻尼、模态阻尼等。理解和准确建模阻尼对于预测航天器在承受冲击、振动以及热循环等过程中的实际响应至关重要。 激励与响应分析： 结构动力学研究的核心在于理解结构对各种外部激励的响应。本部分将详细介绍不同类型的激励，包括瞬态激励（如发射时的火箭发动机推力脉冲、着陆时的冲击）和稳态激励（如发动机工作时的周期性振动、轨道上的气动载荷）。我们将学习如何利用时域分析和频域分析等方法来计算结构的响应，例如傅里叶变换、拉普拉斯变换以及数值积分方法。 第二部分：结构动力学在航天工程中的应用 在掌握了结构动力学的基本理论之后，本书将深入探讨这些理论在航天工程各个关键环节的具体应用。航天器的设计和运行环境带来了许多独特的挑战，结构动力学正是解决这些挑战的有力武器。 火箭发射动力学分析： 火箭发射是航天器生命周期中最严苛的阶段之一。巨大的推力、发动机的振动、气动载荷以及声振耦合等因素，都会对火箭结构产生强大的动力学冲击。本部分将详细介绍如何建立火箭动力学模型，分析发射过程中各个阶段的载荷及其对火箭结构的影响。我们将重点关注如何预测火箭的振动响应，评估结构强度，以及确保有效载荷的安全。例如，发动机启动时的瞬态载荷、跨声速飞行时的气动弹性效应，以及不同级火箭分离时的冲击等，都需要精密的动力学分析来规避风险。 轨道器与卫星动力学： 一旦进入轨道，航天器将面临与发射阶段截然不同的动态环境。微重力、热应力、姿态控制系统的扰动、以及太阳帆板、天线等柔性部件的振动，都可能影响航天器的稳定性和工作性能。本书将讨论如何分析轨道器和卫星的动力学特性，例如太阳帆板展开过程中的动态响应，精密仪器在温度变化下的形变与振动，以及推进器工作时产生的扰动。我们将关注结构的模态分析，以确保航天器的固有频率远离工作频段，避免共振。 载人航天器安全性分析： 对于载人航天器而言，乘员的生命安全是至高无上的。除了常规的结构动力学分析，还需要特别关注减振与隔振设计。本部分将介绍如何在航天器内部设计有效的减振系统，例如座椅减振、设备隔振等，以保护乘员和敏感设备免受过度的振动影响。我们将探讨如何利用阻尼材料、动力吸振器等技术，降低航天器结构的振动水平。同时，对于可能发生的意外情况，如碰撞或解体，动力学分析也将为安全设计提供重要依据。 航天器热动力学耦合分析： 航天器在太空环境中会经历剧烈的温度变化，导致材料的热膨胀和收缩，产生热应力，进而引发结构的变形和振动。本部分将介绍如何进行航天器的热动力学耦合分析，理解热载荷对结构动力学响应的影响。我们将探讨如何建立热模型，计算温度分布，并将热应力作为动力学分析的载荷输入，从而全面评估航天器在复杂热环境中下的结构安全性。 空间碎片与撞击动力学： 空间碎片是航天器面临的日益严峻的威胁。微小碎片的高速撞击也可能对航天器结构造成严重的损害。本书将介绍空间碎片撞击的动力学模型，以及如何评估撞击对航天器结构的影响。我们将探讨不同材料的抗撞击性能，以及如何设计防护结构来减小撞击的风险。 航天器姿态动力学与控制： 航天器的姿态稳定是任务成功的关键。姿态控制系统需要精确地控制航天器的指向，而姿态控制产生的力矩和推力也会对航天器的结构产生动态载荷。本部分将介绍姿态动力学与控制的耦合，以及动力学分析在优化控制策略中的作用。我们将探讨如何考虑结构柔性对姿态控制精度的影响，以及如何设计控制系统来抑制结构振动。 航天器结构健康监测与故障诊断： 随着航天器在轨时间的延长，结构可能出现疲劳、损伤等问题。结构健康监测（SHM）技术能够实时监测航天器的状态，并及时发现潜在的故障。本书将介绍基于动力学特性的结构健康监测方法，例如通过分析振动响应的变化来识别结构损伤。我们将探讨如何利用模态参数的变化、阻尼的变化等来诊断航天器的健康状况。 结论 《结构动力学及其在航天工程中的应用》一书，力求在理论深度与工程实践之间取得平衡。我们希望通过系统性的介绍，帮助读者不仅能够深刻理解结构动力学的基本原理，更能够熟练运用这些原理来分析和解决航天工程中遇到的各种复杂动力学问题。本书的编写，旨在为航天事业的发展贡献一份力量，助力人类更安全、更可靠地探索宇宙的奥秘。每一项航天工程的壮举，都离不开对结构动力学原理的深刻理解与巧妙运用，而本书将成为您实现这一目标的重要伙伴。

评分☆☆☆☆☆

书中关于振动控制在航天器设计中的应用章节，令我印象最为深刻。作者以大量真实的航天器设计案例为引，生动地展现了结构动力学理论如何在实际工程中发挥关键作用。从轨道飞行器的姿态控制，到火箭发射过程中的减震设计，再到空间站内部精密仪器的隔振措施，每一个案例都经过了细致的剖析。作者不仅介绍了常用的主动和被动振动控制技术，如阻尼器、惯性质量阻尼器、自适应控制器等，还深入探讨了这些技术在不同航天器构型和任务需求下的适用性。例如，在论述主动振动控制时，作者详细阐述了传感器、控制器和执行器的协同工作原理，以及如何根据实时监测到的振动信号进行反馈控制，从而有效地抑制结构的有害振动。书中对这些复杂系统的数学模型和控制算法的讲解，既不失严谨，又避免了过于晦涩难懂的语言，使得工程师和研究生都能从中受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书以其翔实的论述和清晰的逻辑，成功地将结构动力学这一相对抽象的学科与航天工程这一高度实践性的领域紧密地联系起来。从一开始，我就被作者对基础理论的严谨铺陈所吸引。他没有急于展示复杂的应用，而是循序渐进地构建起读者理解结构动力学所需的知识框架。例如，在探讨自由振动和受迫振动时，作者不仅给出了详细的数学推导，更辅以易于理解的类比和图示，使得那些初次接触此类概念的读者也能迅速掌握其核心要义。章节之间的过渡自然流畅，仿佛一条蜿蜒的小溪，引领着读者深入知识的海洋。特别是关于模态分析的部分，作者深入浅出地解释了结构的固有频率和模态振型的物理意义，以及它们如何决定了结构在外界激励下的响应特性。这种对理论根基的重视，为后续的应用章节打下了坚实的基础，使得读者在面对复杂的航天器结构动力学问题时，能够有条不紊地进行分析和求解。

评分☆☆☆☆☆

本书在“先进结构动力学方法与技术”章节的论述，让我看到了结构动力学在航天工程领域未来的发展方向。作者对一些前沿性的技术，如计算力学、智能材料在结构动力学中的应用，以及基于大数据的结构健康监测等进行了深入的介绍。例如，在讨论智能材料时，作者详细阐述了压电材料、形状记忆合金等如何被用于开发新型的减振吸能装置，以及如何集成到航天器结构中，实现主动或被动的动力学性能调控。对于结构健康监测，作者介绍了利用传感器网络和先进的信号处理技术，实时监测航天器结构的健康状况，并预测潜在的故障，从而实现更有效的维护和保障。这些内容让我对未来航天器结构的设计和运行充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

我不得不说，本书在“载荷分析与响应预测”这部分内容的详实程度，远远超出了我的预期。作者对于不同类型的载荷，如发射载荷、空间环境载荷（包括热载荷、原子氧侵蚀等）、以及运行载荷（如姿态控制引起的惯性力、推进器推力等）的描述，都显得非常专业和透彻。更难能可贵的是，作者并没有仅仅停留在载荷的描述层面，而是将其与结构动力学分析紧密结合，详细阐述了如何基于这些载荷来预测航天器结构的动力学响应。他对随机振动分析在处理不确定载荷，如火箭发动机工作时产生的随机噪声，以及空间环境中微流星体撞击等问题时的应用，进行了深入的探讨。书中提供的计算方法和流程，对于指导工程师进行航天器结构的安全性评估和性能优化，具有重要的指导意义。

评分☆☆☆☆☆

总的来说，这本书为我打开了一个全新的认知世界。它不仅仅是一本关于结构动力学的教科书，更是一本关于如何将深奥的科学理论转化为解决实际工程问题的智慧指南。作者在写作过程中所展现出的严谨的学术态度和卓越的工程洞察力，令人钦佩。从基础理论的讲解，到复杂应用的剖析，再到对未来发展趋势的展望，本书的每一个部分都设计得恰到好处，既有深度又不失广度。对于任何有志于投身航天工程领域，或者希望深入了解航天器结构动力学奥秘的读者来说，这都是一本不可多得的宝藏。它所传达的知识和思维方式，必将对我的学习和工作产生深远的影响。

评分☆☆☆☆☆

我一直对航天器在太空极端环境下的结构动力学行为感到好奇，而这本书恰恰满足了我的求知欲。作者在“空间环境对结构动力学的影响”章节中，系统地阐述了真空、极端温度变化、辐射以及微重力等因素对航天器结构动力特性的影响。他详细分析了材料在真空和高温环境下的蠕变和松弛现象，以及温度变化引起的结构应力和形变。对于辐射环境，作者也讨论了其可能导致的材料性能退化，进而影响结构的动力学响应。书中对于微重力环境下结构的振动特性分析，也具有很强的启示意义。这些内容不仅拓宽了我的知识视野，也让我对航天器在复杂空间环境下设计所面临的挑战有了更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

对于结构动力学在航天工程中的应用，本书的视角非常独特且具有前瞻性。它不仅仅停留在传统的结构振动分析，而是将眼光投向了更加前沿和复杂的议题，如非线性动力学、随机振动以及多体动力学等在航天器设计中的应用。作者以一种极其耐心和细致的方式，引导读者去理解这些更高级的概念。例如，在讨论非线性动力学时，书中通过一些非常形象的例子，比如航天器展开过程中可能出现的股道的变形以及由此带来的非线性效应，来解释非线性动力学理论的重要性。同时，作者还探讨了如何利用数值仿真技术来求解这些复杂的非线性动力学方程，并对仿真结果的可靠性进行了深入的讨论。对于那些希望在航天领域进行前沿研究的学者和工程师而言，这部分内容无疑具有极高的参考价值。

评分☆☆☆☆☆

对于工程师而言，了解结构的可靠性和耐久性是至关重要的。本书在“航天器结构的可靠性与耐久性设计”部分，将结构动力学理论与可靠性工程紧密结合，为读者提供了宝贵的指导。作者深入探讨了如何基于动力学分析结果，评估航天器结构在各种载荷和环境下的疲劳寿命，以及如何通过优化结构设计来提高其可靠性和耐久性。书中对随机疲劳分析、损伤容限设计等概念的讲解，尤其令我受益。他强调了在设计初期就应该充分考虑结构在整个任务周期内的动力学性能表现，并采取相应的措施来预防潜在的失效模式。这种以终为始的设计理念，是打造安全可靠航天器的基石。

评分☆☆☆☆☆

本书在阐述结构动力学理论时，充分考虑到了读者的工程背景。书中大量引入的工程实例，使得抽象的数学模型与实际工程问题之间形成了紧密的联系。我尤其欣赏作者在处理“动力学建模”这一章节时的精妙之处。他不仅仅列举了各种建模方法，更重要的是，他深入分析了不同建模方法在精度、计算效率和适用范围上的权衡。例如，在对一个复杂的航天器结构进行动力学建模时，是采用有限元方法、集中质量法，还是其他方法，都会直接影响到最终的仿真结果和设计决策。作者通过对多个典型航天器部件的建模过程进行详细介绍，并对比了不同方法下的仿真结果，清晰地揭示了这些选择背后的工程考量。这种贴近实际工程的讲解方式，极大地增强了本书的实用性。

评分☆☆☆☆☆

本书在“结构动力学仿真与测试”方面的论述，堪称是理论与实践相结合的典范。作者不仅详细介绍了各种先进的数值仿真技术，如有限元分析（FEA）在结构动力学领域的应用，还对仿真结果的验证和验证方法进行了深入的探讨。他强调了仿真结果的准确性需要通过实际的结构动力学测试来验证，并列举了包括模态测试、振动测试、冲击测试等多种常用的测试手段。书中对如何设计合理的测试方案，如何选择合适的测试设备，以及如何对测试数据进行分析和解读，都进行了详尽的阐述。我特别喜欢书中关于“仿真与测试的协同”的讨论，作者认为，两者是相辅相成的，仿真能够指导测试，而测试则能够修正仿真模型，从而不断提高对航天器结构动力学特性的认知水平。

评分☆☆☆☆☆

首先书价格有点贵，但是收到后感觉物有所值，装订精美，纸质好，内容丰富，下来慢慢研究。

评分☆☆☆☆☆

很经典的一本书，价格也不贵，赶上搞活动，很超值哈

评分☆☆☆☆☆

好

评分☆☆☆☆☆

好书

评分☆☆☆☆☆

我说这些不是说书不好，而是说这两本书如果读者有了其中一本就不要再买另一本了，两本书真没有什么区别。

评分☆☆☆☆☆

好书

评分☆☆☆☆☆

书不错，很好，活到老学到老

评分☆☆☆☆☆

首先书价格有点贵，但是收到后感觉物有所值，装订精美，纸质好，内容丰富，下来慢慢研究。

评分☆☆☆☆☆

我说这些不是说书不好，而是说这两本书如果读者有了其中一本就不要再买另一本了，两本书真没有什么区别。