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李遇春 著

图书标签:

• 流体力学
• 液体晃动
• 动力学
• 数值模拟
• 实验研究
• 船舶工程
• 航空航天
• 结构工程
• 海洋工程
• 振动控制

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030516862

版次：1

商品编码：12059095

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-02-01

用纸：胶版纸

页数：202

字数：255000

正文语种：中文

内容简介

　　《液体晃动动力学基础》主要论述土木与水利工程中的液体晃动动力学问题，系统介绍了液体晃动的基本原理、求解问题的基本方法、液体晃动的动力学特征以及实际的工程应用。全书共9章，内容包括：绪论，理想流体晃动的势流理论，液体晃动模态分析，液体的强迫晃动，液体晃动阻尼，液体的参数晃动，液体晃动的数值模拟方法，液体晃动的等效力学模型，液体晃动与结构的相互作用。
　　《液体晃动动力学基础》不仅为液体晃动动力学的初学者提供了入门知识，也为液体晃动动力学的研究者提供了求解问题的基本方法与思路。
　　《液体晃动动力学基础》的主要读者对象为从事液体晃动分析的研究者与工程师，以及高等学校土木工程（包括地震工程）、水利工程、力学等相关专业的高年级大学生、研究生和教师。

作者简介

　　李遇春，男，1962年2月出生。1999年3月于武汉水利电力大学（武汉大学）获博士学位，1999年7月～2001年6月于同济大学做博士后研究，2008年3～9月于美国加州大学伯克利分校土木与环境工程系作访问学者，目前为同济大学土木工程学院教授（研究员）、博士生导师。主要研究兴趣为（水工）结构动力学、结构抗震与抗风、液体晃动动力学、液体与结构的相互作用。

内页插图

目录

前言

第1章 绪论

第2章 理想流体晃动的势流理论
2．1 惯性（固定）坐标下的理想流体运动基本方程
2．1．1 运动平衡方程
2．1．2 连续性方程
2．1．3 晃动的速度势描述
2．1．4 Bernoulli方程
2．1．5 液体晃动的几类边界条件
2．2 非惯性坐标系（加速坐标系）下的理想流体运动方程
2．2．1 采用相对速度势描述动坐标下的流体运动
2．2．2 采用绝对速度势描述动坐标下的流体运动
2．2．3 两种描述方法的等价性

第3章 液体晃动模态分析
3．1 二维矩形容器内液体晃动自然频率与振型
3．2 二维任意形状容器内液体晃动自然频率的近似解
3．2．1 自然频率的Rayleigh商表达式
3．2．2 自然频率的近似解答
3．2．3 近似自然频率算例
3．3 二维晃动模态的统一Ritz计算方法
3．3．1 Ritz求解方法
3．3．2 Ritz基函数的构造
3．3．3 数值算例
3．4 二维晃动模态的试验识别
3．4．1 实验装置与模型
3．4．2 自由液面波高、频率与阻尼的测量
3．4．3 晃动模态的试验结果
3．5 三维直立圆柱容器内液体晃动模态

第4章 液体的强迫晃动
4．1 二维矩形容器内液体的地震强迫线性晃动
4．2 三维直立圆柱容器内液体的地震强迫线性晃动
4．3 强迫有限幅非线性晃动的多维模态分析方法
4．3．1 二维有限幅非线性强迫晃动的运动方程
4．3．2 基于压力积分的Bateman-Luke变分原理
4．3．3 基于变分原理的有限幅晃动非线性微分方程组（模态系统）
4．4 二维矩形容器内液体的非线性（有限幅）强迫晃动
4．4．1 矩形容器内有限幅晃动的渐近解法（渐近模态系统）
4．4．2 非线性强迫晃动算例

第5章 液体晃动阻尼
5．1 边界层阻尼
5．1．1 黏性液体运动的Navier-Stokes方程
5．1．2 Stokes边界层方程
5．1．3 振动平板上的周期边界层
5．2 如何在线性势流模型中体现液体阻尼效应
5．3 液体晃动阻尼比估计
5．3．1 Stokes边界层阻尼
5．3．2 容器的内部黏性阻尼（体阻尼）
5．3．3 矩形容器内二维晃动阻尼比系数算例
5．3．4 几种容器内液体晃动阻尼比经验公式
5．4 增加晃动阻尼的措施（防晃装置）

第6章 液体的参数晃动
6．1 二维线性参数晃动方程
6．2 参数晃动稳定性分析
6．3 参数晃动不稳定边界的试验结果
6．4 参数晃动失稳的能量分析
6．4．1 液体参数晃动的能量增长指数（EGE）与能量增长系数（EGC）
6．4．2 基于Floquet理论的EGE与EGC分析
6．4．3 基于EGE的稳定性判别准则
6．4．4 近似EGC与EGE的解析公式
6．4．5 基于EGE与EGC的参数失稳讨论
6．4．6 EGE与EGC的应用实例
6．5 非线性稳态参数晃动（极限环运动）

第7章 液体晃动的数值模拟方法
7．1 晃动的边界元模拟方法
7．2 晃动的有限元模拟方法
7．2．1 无黏性液体运动的位移控制方程
7．2．2 流体与结构运动的相似性
7．2．3 流体位移有限元模式
7．2．4 液体一结构耦合系统运动方程
7．2．5 数值算例
7．3 有限体积法
7．3．1 有限体积法的基本原理
7．3．2 自由液面的VOF方法
7．3．3 数值算例
7．4 SPH无网格方法
7．4．1 液体晃动方程的Lagrange描述
7．4．2 SPH计算格式
7．4．3 时间积分格式
7．4．4 状态方程
7．4．5 边界条件
7．4．6 数值算例

第8章 液体晃动的等效力学模型
8．1 二维矩形容器内液体晃动等效力学模型
8．1．1 液体与等效模型的运动方程
8．1．2 液体等效力学模型公式
8．1．3 推荐的等效力学模型计算公式
8．2 半解析/半数值方法求解等效力学模型（以矩形容器为例）
8．2．1 一阶模态频率的拟合公式
8．2．2 M1与h1的拟合公式
8．2．3 M0与h0的拟合公式
8．3 二维非矩形容器内液体晃动等效力学模型
8．3．1 二维圆形截面容器内液体晃动等效力学模型
8．3．2 二维u形截面容器内液体晃动等效力学模型
8．3．3 二维梯形容器内液体晃动等效力学模型
8．3．4 数值算例
8．4 三维直立圆柱容器内液体晃动等效力学模型

第9章 液体晃动与结构的相互作用
9．1 梁坝-无限水体的动力相互作用
9．1．1 梁坝-无限水体体系的动力学基本方程
9．1．2 梁坝的湿模态及其正交性
9．1．3 梁坝的地震反应分析
9．1．4 刚性坝上的动水压力
9．2 贮液箱-支撑结构的动力相互作用
9．2．1 贮液箱-支撑结构体系的模态特征
9．2．2 液-固耦合作用对动力特性的影响
9．2．3 液体的晃动对结构振动的影响分析

主要参考文献

前言/序言

　　本书作者对于液体晃动动力学的研究源于大型渡槽的抗震问题研究，由于大型渡槽内含有大量流体，在地震作用下，槽内流体会发生晃动，对渡槽结构进行地震响应分析时，必须考虑槽内流体晃动的影响，流体晃动对于渡槽的抗震计算是一个不可回避的问题。作者从1995年开始研究渡槽抗震问题时并不熟悉液体晃动动力学，在20余年的时间里，一直学习并从事流体晃动动力学的相关研究，本书包括了作者多年的学习与研究心得，集中反映了近几年的最新研究成果。
　　当你端起一杯红酒摇晃时，红色的液体在杯中出现了变幻莫测的运动，看似一杯普通的红酒，当你去研究它的晃动时，却发现这是一个异常困难的问题，杯内液体所展现的各种复杂而奇妙的运动包含了深奥的数学与力学原理。液体晃动动力学是流体动力学的一个重要分支，拥有完整的理论体系，其应用的范围非常广泛，液体晃动问题涉及数学、物理学、力学以及诸多的工程学领域，其中工程领域包括航空航天、船舶、土木、水利、化工以及核工程等。各个不同的学科关于液体晃动的研究论文己多达数千篇，例如：IbrahimRA在2005年出版的液体晃动动力学专著中，引用的论文多达3000余篇，该书948页，包含的内容极为丰富。
　　国内被广泛引用的相关专著有：
　　1）居荣初，曾心传.1983.弹性结构与液体的耦联振动理论.北京：地震出版社.（土木与水利工程领域，包含部分液体晃动动力学内容）
　　2）王照林，刘延柱.2002.充液系统动力学.北京：科学出版社.（航天航空领域）

好的，这是一本关于高等数学在工程中的应用的图书简介，旨在为工科学生和工程师提供坚实的数学基础和解决实际问题的能力，完全不涉及液体晃动动力学的内容。 --- 《高等数学在工程中的应用：从理论到实践的桥梁》 图书简介 面向读者： 本书主要面向高等院校工科专业的本科生、研究生，以及需要运用高级数学工具解决实际工程问题的工程师和科研人员。它特别适合那些在学习了基础微积分、线性代数和概率论后，渴望将这些抽象概念转化为解决复杂工程挑战的读者。 核心内容概述： 本书旨在系统地梳理并深入探讨高等数学中多个关键分支——微分方程、复变函数、傅里叶分析和数值方法——在现代工程技术领域中的核心应用。我们摒弃纯粹的数学理论推导，转而聚焦于如何将这些数学工具模型化（Modeling）、求解（Solving）和解释（Interpreting）真实的工程现象。 本书的结构设计遵循“理论基础—模型构建—案例分析—实践验证”的逻辑链条，确保读者不仅理解“如何计算”，更深刻理解“为何如此计算”以及“计算结果意味着什么”。 第一部分：常微分方程与动力系统分析 本部分着重于描述时间依赖性系统的数学工具。工程中，从电路振荡、机械臂运动到化学反应速率，无不可以用常微分方程（ODE）来描述。 1. 线性常微分方程与系统分析： 我们将深入探讨二阶及高阶线性ODE的解法，特别是参数激励下的稳态响应和瞬态响应。重点放在拉普拉斯变换的应用，它极大地简化了具有初始条件的常系数线性系统的求解过程，是控制系统分析的基石。 2. 非线性动力学基础： 面对真实世界的复杂性，非线性模型是不可避免的。本章将介绍相平面分析（Phase Plane Analysis）的基本方法，如平衡点、极限环的判定。我们不会深入复杂的混沌理论，而是聚焦于李雅普诺夫稳定性理论（Lyapunov Stability Theory）的初级应用，为控制工程中系统稳定性的论证提供数学依据。 3. 边值问题与结构力学关联： 结合欧拉-伯努利梁理论或简单杆件的屈曲分析，引入Sturm-Liouville理论的初步概念，为理解梁的振型和临界载荷提供数学模型基础。 第二部分：偏微分方程（PDE）的工程视角 偏微分方程是描述空间和时间上连续变化的物理场的关键。本书侧重于三大经典PDE在工程中的建模与解析方法。 1. 热传导方程（扩散方程）： 详细讲解分离变量法在求解一维和二维稳态/非稳态热传导问题中的应用。特别关注傅里叶级数在处理非均匀边界条件时的重要性，以及物理意义上的热扩散系数的解读。 2. 波动方程（振动与波的传播）： 讲解弦、杆件或声波的运动描述。通过二维波动方程的求解，展示特征函数的正交性在构建任意初始条件下的解中的核心作用。 3. 拉普拉斯方程与泊松方程（静力学场）： 聚焦于稳态电势分布、不可压缩流体的静力学分析或静电场强度计算。介绍格林函数法的物理直观理解，而非严格的数学证明，强调其在求解特定几何区域内势场问题上的效率。 第三部分：复变函数与信号处理基础 复变函数不仅是数学的优美分支，更是现代电子工程、控制理论和傅里叶分析的语言。 1. 复变函数基础与解析性： 介绍柯西-黎曼方程、解析函数的性质。重点在于理解共形映射（Conformal Mapping）在解决二维静电场或流场问题中的几何意义和应用潜力。 2. 柯西积分定理与留数法： 这是本书中最重要的计算工具之一。我们将展示如何利用留数定理高效地计算工程中常见的振荡积分和反常积分，这些积分直接关联到系统的瞬态响应和频谱分析。 3. 傅里叶变换与Z变换： 将傅里叶级数和傅里叶变换推广到周期信号和非周期信号的频率域表示。随后引入Z变换，作为离散时间系统（数字信号处理和数字控制）的对等工具，解析离散系统的稳定性和传递函数。 第四部分：数值逼近与计算方法 在许多复杂的工程问题中，解析解难以求得或完全不存在。本部分提供解决这些问题的计算工具箱。 1. 线性系统的数值求解： 重点关注矩阵的条件数、迭代法（如雅可比法和高斯-赛德尔法）在求解大型稀疏线性方程组中的效率考量，这些方法是有限元分析（FEA）和计算流体力学（CFD）的底层支撑。 2. 常微分方程的数值积分： 介绍欧拉法、龙格-库塔法（RK4）等显式和隐式方法。强调选择合适的步长、方法的稳定性和收敛性对仿真结果可靠性的影响。 3. 函数插值与拟合： 探讨拉格朗日插值、样条插值在数据处理中的应用，以及最小二乘法在传感器数据校准和模型参数估计中的核心地位。 学习目标： 完成本书的学习后，读者将能够： 1. 熟练运用拉普拉斯变换和傅里叶变换分析线性时不变（LTI）系统的频率特性和时域响应。 2. 为一维或二维的传热、振动和势场问题建立合适的偏微分方程模型。 3. 利用留数定理有效求解复杂的振荡积分表达式。 4. 理解并应用基本的数值方法来处理解析方法失效的工程难题。 5. 将抽象的数学概念转化为可计算、可解释的工程解决方案，搭建起理论与实际工程软件（如MATLAB/Simulink, COMSOL等）之间的坚实桥梁。 本书特色： 高度的工程导向性： 每一个数学概念的引入都紧密围绕一个具体的工程背景或问题实例。 案例驱动学习： 全书穿插了数十个详细的、源自机械、电子、土木和材料领域的案例研究。 强调物理意义： 避免纯粹的数学技巧展示，着重阐释数学符号背后所代表的物理量和系统行为。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对物理学领域涉猎不深的爱好者，我一直以来对许多抽象的概念都感到望而却步。然而，当我翻开这本《液体晃动动力学基础》时，我的顾虑很快烟消云散了。作者似乎拥有一种神奇的魔力，能够将那些原本枯燥乏味的公式和理论，转化成生动形象的画面，甚至引发我内心深处的共鸣。我惊奇地发现，书中那些关于表面张力、粘滞阻力以及各种复杂的流体运动模式的描述，并非遥不可及的理论，而是与我们日常生活息息相关的现象。例如，一杯水洒在桌面上是如何扩散的？雨滴在玻璃窗上是如何滑落的？这些看似简单的场景，在这本书的阐释下，都变得充满趣味和科学的深度。我特别欣赏作者在解释一些关键概念时所采用的比喻和类比，它们准确而巧妙，能够瞬间点亮我的思维，让我茅塞顿开。这本书让我体会到，科学并非是少数精英的专属，而是隐藏在我们周围，等待我们去发现和理解的美丽智慧。

评分☆☆☆☆☆

我对于这本书的论证方式和逻辑严谨性给予高度评价。在探讨液体晃动动力学这一复杂课题时，作者展现出了非凡的学术功底。每一个理论的提出，都辅以充分的数学推导和物理学原理的支撑，绝非空穴来风。我尤其欣赏书中对于一些关键方程的推导过程，作者并没有简单地给出结果，而是详细展示了每一步的逻辑关节，使得即使是初学者，也能够理解其内在的联系。对于一些可能引起误解的地方，作者更是煞费苦心地进行解释和辨析，避免了歧义。书中引用的参考文献也十分广泛，涵盖了该领域的经典著作和最新研究成果，这表明作者在写作过程中做了大量的案头工作，确保了内容的权威性和前沿性。读这本书，我感受到的是一种严谨治学的态度，以及作者对科学真理的不懈追求。这种深厚的学术底蕴，让我对书中讲解的内容深信不疑，也让我对液体晃动动力学这一领域有了更加深刻和系统的认识。

评分☆☆☆☆☆

在阅读这本书的过程中，我最大的收获之一就是对“应用”有了全新的认识。我原以为液体动力学仅仅是一些高深莫测的理论，只存在于实验室或者科研机构中。然而，这本书彻底颠覆了我的这种看法。书中列举了大量液体晃动动力学在现实世界中的应用案例，从航空航天的推进系统，到海洋工程中的波浪传播，再到生物医学中的血液流动，甚至是我们日常生活中遇到的洗衣机、喷头等，都与液体动力学息息相关。作者并没有简单地罗列这些应用，而是深入剖析了其中的科学原理，让我们能够理解这些技术是如何工作的，以及液体动力学在其中扮演的关键角色。这让我意识到，科学研究并非是脱离实际的象牙塔，而是能够实实在在地解决问题、改善生活的强大力量。这本书让我对未来的科学发展充满了期待，也激发了我对将科学知识应用于实际的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我留下了深刻的第一印象。那是一种深邃的、带有神秘感的蓝色，仿佛映照着液体的表面，又像是宇宙深处的星云。封面上“液体晃动动力学基础”这几个字，排版恰到好处，既有学术的严谨，又不失艺术的品味。当我拿到这本书的时候，它的纸质也让我感到惊喜，是一种温润而厚实的触感，翻阅时没有刺耳的沙沙声，而是带着一种纸张特有的、令人安心的摩擦声。我尤其喜欢它内页的印刷质量，文字清晰锐利，图表也色彩鲜明，细节处理得非常到位，这对于一本讲解复杂科学概念的书籍来说，至关重要。我总觉得，一本好书，光是拿在手里，就能感受到它所蕴含的知识分量和作者的用心。这本书就是这样，它不仅仅是一本信息载体，更像是一件精美的工艺品，让人从拿到它那一刻起，就充满了探索其中的渴望。我迫不及待地想知道，这沉静蓝色封面下，究竟隐藏着怎样精彩绝伦的液体世界，以及那些关于晃动与动力的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉，就像是在一次精心策划的科学探险。作者并没有一开始就抛出大量的专业术语和晦涩难懂的公式，而是循序渐进地引导读者进入液体动力学的世界。开头部分的铺垫非常到位，从最基本的液体性质入手，逐层深入，让读者能够建立起扎实的理解基础。我特别喜欢其中对一些经典实验的介绍，比如著名的瑞利-贝纳德对流，作者将其原理和过程描述得绘声绘色，甚至通过图示和简化的数学模型，让原本复杂的现象变得一目了然。我尝试着根据书中的描述，在脑海中模拟这些实验，仿佛身临其境，感受着流体运动的奇妙。此外，书中还穿插了一些历史故事和科学家的轶事，这为原本严肃的学术内容增添了不少人文色彩，也让我看到了科学发展背后的人性光辉。这种叙事方式，让我在学习知识的同时，也收获了阅读的乐趣，仿佛不是在读一本教科书，而是在听一位博学的智者娓娓道来。