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第1章 力学与土木工程1

1.1 概述1

1.2 关于土木工程2

1.3 早期的土木工程3

1.3.1 早期的建筑业与力学3

1.3.2 早期的力学家已涉足土木工程4

1.4 土木工程中的基本构件4

1.4.1 梁4

1.4.2 柱6

1.4.3 拱7

1.4.4 板9

1.4.5 壳11

1.4.6 桁架13

1.4.7 索和膜15

1.5 力学与现代建筑18

1.5.1 建筑工程18

1.5.2 地下工程21

1.5.3 道路与交通工程26

1.5.4 桥梁工程32

1.6 力学与建筑材料37

1.6.1 岩石37

1.6.2 混凝土38

1.6.3 沥青39

1.6.4 建筑材料和纳米技术39

1.7 本章小结40

第2章 力学与机械工程42

2.1 概述42

2.1.1 强度问题43

2.1.2 刚度及稳定性问题44

2.1.3 振动问题45

2.2 力学与重型燃气轮机技术的进步47

2.2.1 燃气轮机技术发展历程及力学的贡献47

2.2.2 燃机拉杆转子的结构强度与振动问题50

2.2.3 透平叶片的强度与振动问题52

2.3 力学与燃煤发电技术的发展55

2.3.1 燃煤发电技术的最新进展55

2.3.2 转子强度与振动的合理设计和安全运行56

2.3.3 汽轮机的启停和转子寿命损耗58

2.4 力学与核能发电技术的进步60

2.4.1 核能发电技术的发展历程60

2.4.2 核电汽轮机中的力学61

2.5 力学与机械轴承——旋转机械关键部件66

2.5.1 机械轴承与力学的渊源66

2.5.2 滚动轴承中的力学问题69

2.5.3 液体动压润滑轴承中的力学问题75

2.6 内燃机的强度与振动79

2.6.1 单缸内燃机基本作用载荷与强度问题79

2.6.2 内燃机的振动形式、危害及减振80

2.7 金属切削机床的抗振性能分析81

2.8 抽油杆的断裂问题83

2.9 力学视点——机械减振措施漫谈84

2.9.1 机器转子的动平衡问题85

2.9.2 机械振动控制88

2.10 本章小结91

第3章 力学与航空航天技术94

3.1 航空航天技术的重要性94

3.2 航空技术发展初期力学的贡献95

3.3 喷气式飞机出现后力学的贡献97

3.4 航天技术中力学的作用104

3.5 近空间飞行器的力学问题110

3.6 本章小结114

第4章 力学与水利工程115

4.1 概述115

4.1.1 水利的发展与力学的作用115

4.1.2 水工建筑物的类别与力学分析116

4.2 重力坝设计中的主要力学问题122

4.2.1 重力坝的基本特征和设计要求122

4.2.2 重力坝的载荷及其组合123

4.2.3 重力坝的抗滑稳定分析125

4.2.4 重力坝的应力分析与强度计算126

4.3 拱坝设计的力学问题128

4.3.1 拱坝的工作特点与发展概况128

4.3.2 拱坝所受载荷及其效应130

4.3.3 拱坝的坝肩稳定分析131

4.3.4 拱坝的应力分析133

4.4 混凝土坝的若干专门力学问题134

4.4.1 变温应力问题134

4.4.2 大坝的抗震分析135

4.4.3 开裂分析和破坏机理135

4.4.4 接触问题分析136

4.4.5 优化问题137

4.5 水电站建设中的岩石力学问题138

4.5.1 岩体分级与宏观力学参数138

4.5.2 初始地应力场的测量与反演分析139

4.5.3 开挖、加固过程中的动态结构力学问题140

4.5.4 渗流场与多场耦合问题140

4.5.5 岩石高边坡稳定性分析与控制141

4.5.6 地下洞室群围岩稳定性144

4.6 土石坝建设中的力学问题145

4.6.1 土石坝的类型145

4.6.2 土石坝的渗流分析146

4.6.3 土石坝的稳定分析148

4.6.4 土石坝的固结、沉降与应力分析150

4.6.5 地震载荷作用下土的破坏与砂土液化151

4.7 泄水建筑物中的力学问题152

4.7.1 泄水建筑物的下游消能防冲152

4.7.2 泄水建筑物的高速水流问题155

4.8 典型水利水电工程中的若干关键力学问题156

4.8.1 三峡水利枢纽工程156

4.8.2 小湾水电站159

4.8.3 小浪底水利枢纽工程161

4.8.4 南水北调中线工程163

4.9 本章小结167

第5章 力学与船舶工程170

5.1 概述170

5.2 水动力学与船舶航行性能172

5.2.1 船舶水动力性能要求172

5.2.2 船舶浮性、稳性、抗沉性分析与流体静力学173

5.2.3 船舶快速性173

5.2.4 船舶的操纵性与舵的水动力性能178

5.2.5 船舶工程与计算水动力学和实验水动力学的相互促进179

5.2.6 船舶水动力学的其他前沿问题183

5.3 船舶结构力学与结构性能185

5.3.1 船舶结构简介185

5.3.2 船体结构总强度与梁理论189

5.3.3 水下航行体与耐压结构的稳定性理论196

5.3.4 波浪中船舶结构动响应与流固耦合理论199

5.3.5 船舶结构的振动噪声206

5.4 高性能船舶207

5.5 本章小结211

第6章 力学与能源工程215

6.1 概述215

6.2 燃料资源的开采与力学217

6.2.1 力学工作与防止煤矿底板突水淹井事故217

6.2.2 力学与水平钻井技术的发展219

6.2.3 利用渗流力学提高含油地层中石油的开采率221

6.2.4 地质力学与石油天然气运移和油气藏形成规律的研究221

6.2.5 页岩油气高效开发中的基础理论与关键力学问题222

6.2.6 海洋油田开采中石油平台的安全性与力学225

6.3 力学与压力容器的合理设计与安全运行230

6.3.1 弹塑性力学对压力容器设计方法与准则的影响230

6.3.2 力学分析与大型拱顶储罐的结构选型与合理设计234

6.3.3 流体诱发振动问题237

6.3.4 核电工程中的力学问题239

6.4 风力发电机设计中的关键力学问题244

6.4.1 提高风能的转换效率246

6.4.2 叶片结构的合理设计247

6.5 本章小结248

第7章 化工中的流体力学252

7.1 概述252

7.2 典型化工设备中的流体运动255

7.2.1 驱使化工设备中流体运动发生的机制255

7.2.2 换热器与管外绕流和管内流255

7.2.3 搅拌槽257

7.2.4 塔设备与气、液两相流动258

7.2.5 固定床与流体通过多孔介质的流动259

7.2.6 流化床与流体和固体的两相流动260

7.2.7 燃烧炉261

7.3 聚合物工业与非牛顿流体262

7.3.1 牛顿流体与非牛顿流体263

7.3.2 形形色色的非牛顿流体263

7.3.3 非牛顿流体的奇妙特性及应用264

7.4 本章小结271

第8章 力学与生物医学工程273

8.1 概述273

8.2 骨力学在骨科中的应用276

8.2.1 骨折的力学276

8.2.2 人工关节置换的力学分析278

8.2.3 矫形的力学280

8.2.4 微重力环境中骨的生长282

8.3 软组织力学在整形外科中的应用283

8.3.1 皮肤的力学性能283

8.3.2 皮肤组织扩张术与组织工程学的力学原理283

8.3.3 皮肤支架材料设计涉及的多学科交叉284

8.4 心脏力学在心脏外科中的应用284

8.4.1 血液流动的力学284

8.4.2 人工心脏瓣膜的力学原理285

8.4.3 流场分析与人工瓣膜技术的进步286

8.5 血液流变学与血流动力学在治疗心脑血管疾病中的应用287

8.5.1 流变学为血液黏性描述提供了有力的工具288

8.5.2 血管系统中的血液流动——血液动力学289

8.5.3 脉搏波与波动力学290

8.5.4 微型血管支架的设计与应用291

8.6 力学与人体健康监测技术的开发293

8.6.1 人体健康监测的概念和意义293

8.6.2 柔性电子器件在健康医疗中的应用293

8.6.3 柔性电子器件设计中的力学294

8.6.4 前景展望295

8.7 本章小结296

第9章 力学与高速铁路工程299

9.1 概述299

9.1.1 世界高速铁路发展概况299

9.1.2 动车组基本构成301

9.1.3 高速铁路线路结构304

9.1.4 高速铁路工程中的力学问题306

9.2 轮轨滚动接触力学问题308

9.2.1 轮轨接触几何308

9.2.2 轮轨蠕滑力310

9.2.3 轮轨接触力学312

9.2.4 列车脱轨安全问题314

9.3 高速列车系统动力学316

9.3.1 车辆系统动力学模型316

9.3.2 高速列车运动稳定性318

9.3.3 高速列车运行平稳性320

9.3.4 高速列车动态曲线通过性能321

9.4 高速列车与运行环境的动力相互作用323

9.4.1 车辆-轨道耦合动力学323

9.4.2 高速列车-轨道-桥梁动力相互作用328

9.4.3 高速列车空气动力学334

9.5 高速列车关键结构部件疲劳可靠性338

9.5.1 疲劳可靠性研究方法338

9.5.2 转向架构架疲劳可靠性339

9.5.3 车轮和车轴疲劳断裂341

9.6 高速铁路基础结构服役性能演化中的力学问题342

9.7 高速列车引起的环境振动与噪声345

9.8 本章小结347

第10章 力学与多功能材料353

10.1 机敏材料与智能结构353

10.1.1 机敏材料和智能结构的定义353

10.1.2 压电材料354

10.1.3 形状记忆合金364

10.1.4 磁流变液372

10.1.5 智能软材料380

10.2 超材料387

10.2.1 超材料的定义387

10.2.2 电磁波超材料389

10.2.3 声波超材料390

10.3 本章小结396

第11章 力学与微电子工程401

11.1 引言401

11.2 集成电路封装中的力学问题403

11.3 微机电系统中的力学问题407

11.4 可延展柔性电子器件中的力学问题412

11.4.1 无机电子器件可延展柔性化设计中的力学414

11.4.2 可延展柔性无机电子器件转移印刷制备中的力学417

11.4.3 可延展柔性无机电子器件420

11.5 本章小结421

第12章 风沙环境力学与固沙和防沙424

12.1 概述424

12.2 风沙运动中的基本力学问题429

12.2.1 来流风场430

12.2.2 沙粒起动432

12.2.3 沙粒的跃移与悬移434

12.3 沙尘暴预报中的关键力学问题436

12.4 风沙灾害防治工程中的基本力学问题438

12.4.1 沙漠边缘扩展速度的预测438

12.4.2 草方格几何尺寸与铺设尺寸的优化设计442

12.4.3 其他典型的防沙治沙工程措施445

12.5 本章小结448

第13章 计算力学450

A 计算固体力学450

13A.1 概述450

13A.1.1 计算力学的发展历史450

13A.1.2 计算力学与工程计算456

13A.2 计算固体力学在工程中的广泛应用457

13A.2.1 计算力学在结构静力分析中的应用457

13A.2.2 计算力学在动力问题分析中的应用459

13A.2.3 计算力学在结构非线性与稳定性分析中的应用460

13A.2.4 计算力学在多尺度与多场耦合问题分析中的应用463

13A.2.5 计算力学与结构优化设计465

13A.3 计算力学与数字仿真技术467

13A.4 计算固体力学发展中一些尚待解决的问题471

13A.5 小结474

B 计算流体力学476

13B.1 概述476

13B.2 计算方法478

13B.3 计算流体力学的贡献483

13B.3.1 航空与航天飞行器的气动特性484

13B.3.2 地球环境预测487

13B.3.3 湍流数值研究489

13B.4 小结497

第14章 科学和工程中的力学实验499

14.1 概述499

14.2 实验流体力学501

14.3 实验固体力学509

14.4 实验技术及工程应用514

14.4.1 电磁学——传感器概述515

14.4.2 声学516

14.4.3 温度和温度变化的可视化517

14.4.4 流体速度测量技术519

14.4.5 干涉光学520

14.4.6 光谱学523

14.4.7 流动显示技术524

14.4.8 测量材料内部的技术526

14.4.9 数字图像技术528

14.4.10 摄像测量529

14.4.11 微纳米尺度测量529

14.4.12 冲击实验与冲击动力学531

14.4.13 实验与计算结合的混合法534

14.4.14 模型实验534

14.5 本章小结535

Synopsis537

Contents538