圖解靜力學(第三版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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作者曾在工業界服務超過十五年，深知力學基礎能力在機械、航太、土木、建築等工程領域的重要性，然而在近幾年的教學經驗上，卻發現許多學生的學習成果不甚理想，究其原因，主要在於數學和物理背景知識不夠紮實，雖然市麵上已有多本不錯的教材可供選擇，但如能在章節編排和內容難易上適度調整，必定更能提升學生的學習興趣與學習效果。有鑑於此，作者特彆依大專院校每學期十八週之行事曆，扣除期中考與期末考兩週，將教材編解成十六個單元，每週有一個研習主題，隻要按部就班完成所有單元的內容學習，必然就會擁有堅強而踏實的靜力學基礎，對往後材料力學、動力學、機構學、結構分析和振動學等課程的學習大有助益。本書係作者因應教學需要所重編之教材，並在校內試用多年，內容難易適中，除瞭特彆重視定義與觀念闡明以外，更輔以明確圖示和易懂之練習題，能使學生在學習時産生興趣與信心，達到有效學習的目的。

　　本版改以圖解式編排，生活化題目搭配圖解式說明，讓讀者輕鬆理解，加深其學習興趣及功效。

本書特色

　　1.本書的編寫架構及方式有彆於一般傳統靜力學書籍，公式觀念以SI製為主。

　　2.本書編排以文字搭配圖像，用「圖解」說明公式，完整學習、鞏固靜力學的基礎！

　　3.本書各章提要加入生活化應用照片與說明，引發學習興趣。

　　4.本書配閤學校上課週數，將教材編解成十六章，每週一章為一個研習主題，且各章間具連貫性，奠定靜力學基礎養成。

結構動力學基礎：原理、分析與應用 導言 結構動力學是土木工程、機械工程及航空航天工程等領域中不可或缺的核心學科之一。它關注的是結構在時間變化載荷（如風荷載、地震作用、機械振動或衝擊載荷）作用下的響應規律。與靜力學處理穩態或緩慢變化的載荷不同，動力學研究涉及慣性力和阻尼力的影響，是理解結構安全性和可靠性的關鍵。 本書旨在為讀者提供一個全麵且深入的結構動力學理論框架和實用的分析方法。內容覆蓋從基本的單自由度係統分析到復雜多自由度、連續係統的動力學建模與求解，並著重於將理論與實際工程問題緊密結閤。 --- 第一部分：基本概念與單自由度係統分析 第一章：結構動力學基礎概述 本章首先界定結構動力學的研究範疇、基本假設與研究目的。結構在動力作用下産生的位移、速度和加速度是時間的函數。本章將係統介紹描述動力響應所需的關鍵物理量：質量（慣性）、剛度（彈性恢復力）和阻尼（能量耗散）。我們將迴顧工程材料的基本力學性能在動態條件下的體現，並引入“自由振動”和“受迫振動”的基本概念，為後續深入分析奠定基礎。 第二章：單自由度（SDOF）係統的自由振動分析 本章聚焦於最簡化的動力學模型——單自由度係統。我們將推導係統的運動微分方程（牛頓第二定律的應用）。重點討論無阻尼情況下的固有頻率（自然頻率）和周期，這是結構對外部激勵最敏感的特性。隨後，引入粘性阻尼，詳細推導阻尼係統的運動方程。核心內容包括： 阻尼比的物理意義與分類： 臨界阻尼、欠阻尼和過阻尼。 欠阻尼係統的自由振動響應： 求解過程、對數減衰率及其在工程中對阻尼參數估計的應用。 第三章：單自由度係統的受迫振動分析 當結構受到周期性或瞬態載荷作用時，係統進入受迫振動狀態。本章深入分析外部激勵對係統響應的影響。 簡諧激勵下的穩態響應： 詳細推導穩態振動的解析解，特彆是位移、速度和加速度的錶達形式。 頻率響應函數與共振現象： 引入放大係數（Magnification Factor）的概念，明確共振發生時的條件（激勵頻率等於固有頻率），並闡述共振對結構破壞的極端重要性。 瞬態激勵下的響應： 分析衝擊載荷（如階躍載荷、脈衝載荷）作用下的係統響應，側重於如何使用積分法（如Duhamel積分在某些特定情況下的簡化應用）求解。 第四章：激勵響應與有效值分析 為瞭簡化復雜的瞬態分析，本章引入瞭響應譜的概念。特彆關注於地震工程中的應用： 加速度、速度和位移響應譜的構建： 解釋如何通過單自由度係統的響應計算結果，繪製齣結構特性（固有頻率和阻尼比）與最大響應之間的關係圖。 峰值因子（Peak Factor）： 探討如何從均方根（RMS）值估計齣結構的峰值響應，這對於確定設計荷載至關重要。 --- 第二部分：多自由度係統分析與模態理論 第五章：多自由度（MDOF）係統的運動方程 將真實結構抽象為具有多個相互關聯的自由度係統是結構動力學分析的必然要求。本章介紹建立多自由度係統運動微分方程的兩種主要方法： 牛頓法（適用於少數自由度）： 基於力平衡的直接推導。 拉格朗日法（適用於復雜係統）： 基於能量原理，能夠更係統地建立方程，尤其在廣義坐標係下更具優勢。 運動方程的矩陣形式 $mathbf{M} ddot{mathbf{x}} + mathbf{C} dot{mathbf{x}} + mathbf{K} mathbf{x} = mathbf{P}(t)$ 將成為後續分析的核心工具。 第六章：無阻尼係統的自由振動與模態分析 對於無阻尼（或阻尼被忽略）的多自由度係統，係統響應可以被分解為一係列主振型（Normal Modes）的疊加。 特徵值問題： 求解齊次運動方程的非零解，引入特徵值（固有頻率的平方）和特徵嚮量（主振型）。 模態正交性： 證明質量矩陣和剛度矩陣在主振型下具有正交性，這是將耦閤係統解耦的關鍵。 模態分析的應用： 如何利用主振型和固有頻率來理解結構的振動特性，並計算結構的有效質量和剛度。 第七章：有阻尼多自由度係統的解耦與模態分析 在實際工程中，阻尼不能被忽略。然而，對於一般的比例阻尼（Rayleigh阻尼）和非比例阻尼情況，模態解耦變得復雜。 比例阻尼係統： 證明在比例阻尼情況下，係統依然可以通過相似變換解耦，轉化為一組獨立的單自由度係統，從而可以使用前述的單自由度係統分析方法。 非比例阻尼的挑戰： 討論非比例阻尼（結構阻尼或外部阻尼源導緻）的復雜性，以及通常需要采用狀態空間法或復模態分析的必要性。 第八章：係統響應與模態疊加法 本章講解如何利用已求得的模態解來重構整個結構的動力響應。 模態疊加法的原理： 將任意激勵下的總響應錶示為各階模態響應的綫性組閤，其中係數由初始條件和外部載荷的模態坐標決定。 有效模態數： 討論在工程計算中，通常隻需要保留前幾階具有顯著能量貢獻的模態（“截斷模態法”）。 --- 第三部分：高級主題與工程應用 第九章：結構對隨機激勵的響應分析 現實世界中的許多載荷，如強風和中度地震，更適閤用隨機過程來描述。 隨機過程基礎： 介紹功率譜密度（PSD）函數、自相關函數等基本概念，用於描述激勵的統計特性。 均方根（RMS）響應計算： 講解如何利用頻率響應函數和激勵的PSD來計算結構的RMS位移、速度和加速度。 峰值估計： 結閤Rice公式或高斯過程假設，估計結構可能經曆的極大值。 第十章：非綫性動力學導論 許多結構在大幅度振動或遭受極端載荷時會進入非綫性範圍（如材料屈服、幾何非綫性）。 非綫性模型的建立： 介紹結構剛度（K）和/或阻尼（C）隨位移或速度變化的模型（如雙綫性恢復力模型、剛度退化模型）。 非綫性係統的求解方法： 概述步進法（Time-Stepping Methods）在非綫性動力學分析中的應用，如Newmark-$eta$法和中心差分法的非綫性擴展。 第十一章：結構動力參數識彆與實驗模態分析 理論模型必須通過實驗數據進行驗證和修正。 實驗模態分析（EMA）的基本流程： 介紹如何通過敲擊測試（Impact Testing）或環境激勵（Ambient Vibration Testing）獲取結構的頻響函數。 參數識彆技術： 使用實驗數據反演或修正結構的質量、剛度和阻尼矩陣，以提高模型預測的準確性。 附錄 矩陣代數迴顧與動力學方程的矩陣錶示 拉普拉斯變換在求解受迫振動中的應用 工程中常見的結構阻尼模型（如粘滯阻尼、庫侖阻尼） --- 本書特點 本書結構清晰，從一維到多維，從解析解到數值方法，循序漸進地構建知識體係。每個章節後附有精心設計的習題，幫助讀者鞏固理論知識。通過大量算例和對實際工程問題的分析，讀者將能夠熟練運用結構動力學原理，為高層建築抗震設計、精密儀器防振以及機械設備的動態穩定性評估提供堅實的理論基礎和高效的分析工具。本書不僅適用於土木工程、機械工程等專業的本科高年級及研究生，也是相關領域工程師進行深入研究和實踐的寶貴參考書。

CH1 力與力學概要
1-1 力的定義與要素
1-2 力學的定義
1-3 牛頓運動定律(Newton's Law)
1-4 單位與因次

CH2 力的嚮量性質
1-1 嚮量運算的基本方法
1-2 力的分解與閤成
1-3 以三角函數定理求力在座標軸上的分力

CH3 力的大小與單位嚮量
3-1 以畢氏定理求座標軸分力的閤成力
3-2 正弦定理與餘弦定理
3-3 力的大小與單位嚮量

CH4 質點力的平衡
4-1 質點力的平衡條件
4-2 受力元件與自由體圖
4-3 構件的反作用力錶示

CH5 力矩與力偶矩
5-1 力矩的純量與嚮量錶示
5-2 力矩的特性
5-3 嚮量乘積與力矩
5-4 力偶與力偶矩

CH6 力偶矩的閤成、分解與等效力係
6-1 力偶矩的閤成
6-2 力偶矩的分解
6-3 力偶之轉換與平衡條件
6-4 平麵上單力與力偶矩之變換

CH7 力係的閤成與簡化
7-1 等效力係
7-2 平麵力係的閤成
7-3 空間力係的閤成
7-4 扳鉗力係

CH8 剛體的平衡
8-1 剛體平衡
8-2 平麵自由體圖與支撐點的反作用力及反力矩
8-3 空間自由體圖與支撐點的反作用力及反力矩

CH9 二力元件與三力元件之平衡
9-1 二力元件的定義與平衡方程式
9-2 三力元件的定義與平衡方程式

CH10 常見的作用力及其性質
10-1 重力與正嚮力
10-2 彈簧力
10-3 滑輪與繩索之張力

CH11 平麵結構分析(一)
11-1 桁架的特性和構成方式
11-2 平麵桁架受力分析—節點法
11-3 平麵桁架分析的簡化

CH12 平麵結構分析(二)
12-1 平麵桁架分析—截麵法
12-2 構架與機具結構分析

CH13 摩擦與摩擦力
13-1 摩擦與摩擦力的定義
13-2 受摩擦力作用物體的平衡
13-3 摩擦在機械上的應用

CH14 重心、質心與形心
14-1 平行力係的閤力
14-2 剛體的重心、質心與形心

CH15 慣性矩
15-1 慣性矩的定義
15-2 麵積慣性矩
15-3 平行軸定理
15-4 質量慣性矩

CH16 功與能
16-1 作用力與功
16-2 力矩或力偶所作的功
16-3 虛功原理
16-4 重力位能與彈性位能

 

评分☆☆☆☆☆

我參加過幾次靜力學相關的綫上課程，但總覺得少瞭點什麼，就是那種動手實踐的感受。《圖解靜力學（第三版）》雖然是一本實體書，但它給我的感覺卻比很多綫上課程還要“觸手可及”。它在講解一些概念時，會設計一些簡單的小實驗或者小思考題，引導讀者去主動思考和驗證。比如在講解力的分解時，它會讓你想象一下如何用兩根繩子去抬一個重物，讓讀者在腦海中模擬力的作用過程。這種互動式的學習方式，讓我感覺自己不再是被動地接受知識，而是參與到知識的建構過程中。而且，書中的案例都非常貼近實際工程，讓我對靜力學的應用有瞭更深刻的認識，也激發瞭我未來深入學習的興趣。

评分☆☆☆☆☆

說實話，我一開始拿到《圖解靜力學（第三版）》的時候，覺得“圖解”這個詞聽起來好像會比較淺顯，擔心內容深度不夠，不夠紮實。但當我翻開之後，這種擔憂完全消失瞭。這本書的理論深度是足夠的，它在講解每一個概念的時候，都會輔以精密的數學推導，但不同的是，它不會把這些推導過程堆砌得讓人難以理解，而是巧妙地將它們融入到圖示和簡潔的文字說明中，讓讀者在看到結果的同時，也能大緻理解其來龍去脈。對於我這種偏愛直觀理解的學習者來說，這種方式簡直是福音。我特彆欣賞它在講解一些核心概念，比如虛功原理時，用瞭很生動的比喻和圖示，讓我這個以前對它感到非常頭疼的學生，也能茅塞頓開，理解其精髓。

评分☆☆☆☆☆

對於很多學生來說，靜力學似乎是一門“怎麼學都學不會”的科目，其中的概念和公式常常讓人感到睏惑。《圖解靜力學（第三版）》的齣現，可以說為我們提供瞭一盞明燈。這本書最讓我印象深刻的是它對概念的解釋方式。它不隻是簡單地羅列公式，而是通過大量的圖示，將抽象的概念具象化。例如，在講解力矩時，它會用各種生活中的例子，比如用扳手擰螺絲，或者推門，來形象地展示力矩的大小和方嚮。這種解釋方式，比純粹的文字描述要直觀得多，也更容易讓人理解。而且，書中的習題也都配有解答，並且對解題過程進行瞭詳細的圖示化說明，讓我可以對照著自己的解法，找齣問題所在。

评分☆☆☆☆☆

我之前在準備一些工程相關的資格考試時，靜力學一直是我的罩門。很多題目中的受力狀況，我總是沒辦法立刻畫齣正確的受力圖，導緻解題錯誤率很高。直到我入手瞭《圖解靜力學（第三版）》，情況纔有瞭180度的轉變。書裏有非常多針對不同場景的受力分析圖示例，從簡單的平麵受力，到復雜的空間受力，再到各種不同約束條件下的構件分析，都給齣瞭詳盡的圖示說明。它不隻是告訴你“這樣畫”，而是解釋瞭“為什麼這樣畫”，比如哪些是主動受力，哪些是被動反力，以及如何根據實際的約束條件來判斷反力的類型和方嚮。這種深入淺齣的講解方式，讓我不僅學會瞭怎麼畫圖，更重要的是理解瞭背後的物理原理，這對於應付考試和實際工程問題都非常有幫助。

评分☆☆☆☆☆

我本身是一名對工程領域有濃厚興趣的業餘愛好者，雖然不是科班齣身，但一直想深入瞭解一些基礎的工程原理。接觸《圖解靜力學（第三版）》純屬偶然，朋友推薦的。我原以為這種“圖解”的書籍內容會比較泛泛而談，但這本書完全顛覆瞭我的認知。它在圖示的精美程度上絕對是業界的標杆，而且內容講解也非常嚴謹，完全可以作為專業的參考書。我尤其喜歡它在引入新概念時，都會從實際的應用場景齣發，比如講解力的閤成與分解時，會先展示一個吊車吊起重物的例子，讓我們直觀地感受到力的作用效果，然後再進行理論講解。這種“由實入虛”的學習路徑，讓非專業人士也能輕鬆理解復雜的物理概念，並且感受到工程的魅力。

评分☆☆☆☆☆

拿到《圖解靜力學（第三版）》後，我最先注意到的是它那高質量的印刷和紙張。翻頁的時候完全沒有廉價感，而且圖片色彩鮮艷，綫條清晰，一點都不模糊。我知道，對於一本以“圖解”為賣點的書來說，這一點至關重要。很多技術類的書籍，如果印刷質量不行，再好的圖都會大打摺扣。這本書在這方麵做得非常齣色，讓我很有翻閱的欲望。而且，我發現它在細節處理上也做得很好，比如每個章節的開頭都有一個引人入勝的引言，結尾也有一個總結性的迴顧，讓人感覺整個知識體係非常完整，不會有斷層感。這種用心的製作，讓我覺得物超所值。

评分☆☆☆☆☆

我一直認為，學習靜力學最關鍵的一步就是掌握受力分析。很多初學者往往是在這一步卡住，導緻後續的學習睏難重重。《圖解靜力學（第三版）》在這方麵做得非常到位。它用大量清晰、規範的受力圖來闡釋各種情況下的力的分布和方嚮。我尤其喜歡它在講解如何畫自由體圖的部分，提供瞭非常詳盡的步驟和注意事項，並且對容易齣錯的地方進行瞭重點提示。書中的例子也涵蓋瞭各種不同類型的構件，從簡單的杆件到復雜的結構，都給齣瞭相應的受力分析圖。我嘗試著按照書中的方法去分析一些現實生活中的結構，比如傢裏的桌子、椅子，甚至是一些路邊的廣告牌，發現這本書的方法論真的非常實用，並且能夠舉一反三。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在讀大三的機械工程係學生，最近課程進度越來越快，靜力學這門課的壓力尤其大。很多同學都在抱怨老師講得太快，課本內容又難啃。我嘗試瞭很多不同的參考書，但都覺得效果不盡如人意，直到我發現瞭《圖解靜力學（第三版）》。這本書真的太適閤我們這種需要快速掌握重點、又容易被枯燥理論嚇到的學生瞭。它把復雜的知識點都拆解成一個個小模塊，每個模塊都配有直觀的圖，而且文字講解也都非常精煉，直擊要點。每次遇到難理解的概念，我都會翻到這本書的對應部分，通常很快就能找到答案。而且，書裏還有一些小提示和補充說明，就像一個耐心的助教在身邊指導你一樣，讓我學習起來效率倍增，也重拾瞭對靜力學的信心。

评分☆☆☆☆☆

好不容易等到《圖解靜力學（第三版）》上市，我真是太激動瞭！拿到書的那一刻，感覺就像拿到瞭一份期待已久的禮物。靜力學這門課，我一直覺得概念有點抽象，尤其是那些力的矢量疊加、力矩的計算，每次看課本都像在看天書一樣，腦子一團漿糊。但這本書不一樣，它真的做到瞭“圖解”！每一頁都塞滿瞭各種精美的插圖，清晰地展示瞭力的作用方嚮、大小，還有受力分析圖更是畫得 so easy to understand。我尤其喜歡它對各種工程實例的講解，像是橋梁的結構穩定性、起重機的受力情況，還有建築物的承重分析，這些例子都讓我覺得靜力學不再是枯燥的理論，而是實實在在地應用在我們的生活周遭，這讓我學習起來更有動力，也更能理解那些公式背後的意義。

评分☆☆☆☆☆

這本書的版式設計我真的給一百個贊！采用那種大開本，配閤著清晰的字體，排版一點都不擁擠，翻閱起來非常舒服。而且，它的文字講解也不是那種長篇大論，而是用瞭很多短句和小標題，加上那些彩色的插圖，整個閱讀體驗就像在逛一本精美的技術雜誌，一點都沒有學習的壓力感。我之前讀過的某些靜力學教科書，真的是密密麻麻的文字，光是看就讓人頭暈，更彆說理解內容瞭。但《圖解靜力學（第三版）》完全顛覆瞭我對理工科教材的刻闆印象。它的內容組織也很有條理，從最基礎的力、力矩概念開始，一步步深入到更復雜的受力分析和結構穩定性，感覺作者非常用心在梳理知識的脈絡，讓學習者能夠循序漸進，穩紮穩打地掌握知識。