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內容簡介: |
《力学导论(精装版)》是著者在浙江大学讲授通识课程《力学导论》两年后凝练出的教材。现阶段力学学科知识日益固结的现状与现代高等教育的冲突逐渐明显,特别是力学研究涉及对象的复杂性和学科交叉性越来越突出,并出现了一系列处于科学前沿的新问题和新领域。著者希望能够通过这样一本导论性质的教材,梳理力学过去、现在和未来的主要发展脉络,并能够体现力学的严谨和博大、力学知识的真善美。
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目錄:
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目录
丛书序
前言
引言 001
0.1 力学之哲学思考 001
0.2 力学之基础作用 003
0.3 力学之桥梁作用 004
0.4 力学之交叉作用 004
0.5 力学之量化作用 005
0.6 力学之方法论 006
0.7 力学的奠基、辐射到嬗变 007
参考文献 008
思考题 008
**篇力学往事——力学1.0:学科的建构
第1章 牛顿力学 013
1.1 形体力学——墨子、亚里士多德、阿基米德 013
**推动亚里士多德给我一个支点托勒密的地球中心说《墨辩》张衡的浑天说和地动仪
1.2 文艺复兴时的力学——达芬奇、哥白尼、开普勒、伽利略 017
达芬奇的早期工程研究哥白尼的太阳中心说开普勒的天文数据与三定律伽利略的运动学说与悬臂梁
1.3 质点力学——万有引力与牛顿三定律 022
牛顿与《自然哲学的数学原理》万有引力与开普勒的天文数据胡克与牛顿的争论牛顿力学的近现代推广力的解释
1.4 分析工具——解析几何、微积分与微分方程 027
笛卡儿坐标系微积分与微分方程
1.5 哲学思考——确定性与混沌、量子坍缩 029
确定性原理混沌的发生蝴蝶效应量子坍缩《原理》300年诞辰上力学家的道歉
参考文献 031
思考题 033
第2章 拉格朗日哈密顿力学 034
2.1 *小作用量原理与分析力学——分析的工具与程序 034
欧拉与变分法*小作用量原理广义坐标、广义速度与拉格朗日方程动力系统能量积分格林的路径无关
2.2 哈密顿力学——力学之美 039
哈密顿力学的创立经典力学与量子力学薛定谔对哈密顿的赞誉
2.3 诺特定律——物理世界的对称性 042
哈密顿体系的对称美诺特定理、对称性破缺与晶体缺陷广义能量力
2.4 哈密顿雅可比方法——力学的代数化 045
雅可比矩阵神经网络基本算法
2.5 热平衡与热力学三定律——过程的方向感 046
焦耳、克劳修斯的经典演绎卡拉西奥多里的数学解释气体动力学解释热寂学说
2.6 阿诺德理论——力学与数学的完美契合 051
高维空间中的力学
参考文献 052
思考题 054
第3章 理论力学与应用力学的分离 055
3.1 理论力学的发展——现代物理科学的脊梁 055
光的波动说与微粒说麦克斯韦的电动力学两朵乌云量子力学相对论力学规范场论与标准模型
3.2 应用力学学派——开创技术科学研究 061
应用性与优雅性的争论哥廷根学派
3.3 固体与流体的稳定性——从欧拉到柯伊塔 064
连续介质力学欧拉稳定性小扰动影响与后屈曲瑞利的液滴稳定性层流与湍流
3.4 边界层与机翼理论——应用力学的范例 067
机翼与黏性普朗特的边界层理论层流与湍流边界层解机翼理论与升力
3.5 湍流统计理论——随机意义上的湍流分布律 069
湍流的统计学派
3.6 位错理论——固体强度之穴位 072
晶体材料位错的表征
3.7 IUTAM的成立——全球力学组织的奠基 074
冯卡门与伯格斯的贡献
参考文献 076
思考题 078
第4章 连续介质力学 080
4.1 连续介质假设——微观与宏观的桥梁 080
连续介质假设假设的有效性星云假说德拜蛇
4.2 连续介质的运动学——映射、变形、流形 082
拉格朗日描述与欧拉描述变形与映射变形协调条件
4.3 柯西应力张量——应力的双轮马车 087
柯西应力
4.4 守恒律——牛顿定律的连续介质化 087
力学场方程
4.5 本构定律——本构响应与公理体系 088
泛函表示确定性公理局部性公理客观性公理物质对称群记忆衰减性塑性与可塑性
4.6 能量方程——弱解的数学万花筒 090
弱解虚功原理虚位移原理虚应力原理可能功原理功的互等定理胡鹫津广义变分原理海灵格赖斯纳变分原理余能原理势能原理*小势能原理*小余能原理两个原理的关系
4.7 热力学定律的连续介质化——微分型的理论威力 100
均匀热平衡体系热平衡热力学第零定律绝热功热力学**定律准静态过程热力学第二定律热力学的连续介质化熵产出方程
4.8 能量的物理描述——自由能与熵 104
热焓亥姆霍兹自由能吉布斯自由能熵
参考文献 106
思考题 106
第5章 固体与流体 108
5.1 固体与流体的定义——力学定义:剪切为判 108
5.2 软物质的定义——穿越流固之间 108
5.3 理想流体与真实流体——流者无形、黏者有滞 109
理想流体牛顿流体
5.4 纳维斯托克斯方程——横跨三世纪的难题 111
5.5 涡与湍流——涡生无穷、湍扰万维 113
理想流动的涡定理湍流与转捩湍流结构理论
5.6 弹性体——经典之美 116
弹性的概念弹性常数的争论弹性响应超弹性福伊特对称性晶体弹性长链高分子内能应力与熵应力
5.7 纳维方程——巨匠之力 124
5.8 平面应变与平面应力问题——平面之简 126
5.9 塑性体——集缺陷运动之大成 128
塑性行为应力应变曲线一维理论三维理论弹性区与屈服面应变率的加法分解**塑性功原理证明金属塑性
参考文献 136
思考题 137
第6章 计算与实验 138
6.1 有限差分法——从连续到离散 138
离散化方法差分格式稳定性数值耗散与数值色散
6.2 有限元法——从离散微分方程到离散积分方程 141
有限元法的诞生有限元格式收敛性应用
6.3 分子动力学计算——牛顿力学的原子模拟器 145
分子运动论应用举例基本方法原子间作用势局限性与挑战
6.4 机械量测——表征基本力学性能 149
机械量测拉伸振动冲击疲劳
6.5 声学量测——由振动感知物质世界 152
声学参数测量超声无损检测超声显微技术超声立体显示超声指纹传感器
6.6 热学量测——度量无序的躁动 156
热学参数量测接触式热量测热电偶非接触式热量测热冲击热疲劳热烧蚀
6.7 光学量测——绚丽的光影 160
光学参数量测光弹性法散斑法云纹干涉法显微光学法
6.8 电学量测——把握力与电的转换 167
电学参数量测电阻传感器电容传感器涡流法
6.9 磁学量测——探究磁场的扰动 170
磁场量测磁场构建磁滞回线磁感应加热
参考文献 172
思考题 174
第二篇力学今生——力学2.0:学科的辐射
第7章 飞行器力学 179
7.1 机翼理论与空气动力学——形成工程科学的方法论 180
升力与阻力边界层理论机翼理论边界层厚度边界层方程分离和转捩边界层增厚与热边界层普朗特的传承信息与智能时代的飞行器
7.2 大飞机与尺度律——极致的结构优化 186
平方立方尺度律结构优化与减振健康监测减阻风洞
7.3 航空发动机——熔点之上的不灭金身 188
航空发动机的类型喷气发动机涡喷涡桨发动机涡扇发动机发动机效率桨扇发动机涡轴发动机自适应发动机高温力学
7.4 高超飞行:乘波体与超燃发动机——浪迹空天的飞舟 193
高超飞行冲压喷气式发动机吸气式冲压发动机高超声速实验高超声速力学
7.5 数字化装配——数字与力学的交响曲 198
制造与装配人民空军的逆袭
参考文献 200
思考题 201
第8章 机器人动力学 202
8.1 机器人概述——从科幻到现实 202
罗梭的**工人宇航工程机械师阿西莫机器人DARPA机器人挑战赛动力机器人机器人系统总成
8.2 刚体动力学——建模的力学要素 208
刚体机构建模欧拉角坐标系转换角速度四元数与万向锁正逆运动学刚体动力学动力塑造
8.3 反馈控制——自然界的基本法则 220
反馈控制倒立摆PID控制线性系统与状态空间时域分析与频域分析伯德图可控性与可观察性线性系统反馈控制与状态估计LQR控制器卡尔曼滤波
8.4 动力机器人控制——模型预测控制的应用 229
层级控制架构混合动力学系统控制雷伯特控制器模型预测控制猎豹四足机器人控制
参考文献 233
思考题 234
第9章 微纳力学 236
9.1 物理力学——横跨连续介质与原子尺度的力学 236
连续性假设的局限物理力学固体强度计算与仿真显微实验力学电磁流体力学
9.2 细观力学——探索细观结构的演化规律 240
细观尺度细观结构晶体塑性孪晶位错理论位错动力学细观损伤力学
9.3 微纳电子器件——纳米力电学的应用 245
电子封装层裂与爆米花效应电迁移穿层位错与共格应变应变工程二维材料范德华力卡西米尔力布朗运动
9.4 微纳流体力学——分子自由程与分子作用力 251
微纳尺度流动克努森数毛细现象
9.5 微纳传热学——热载流子与统计温度 254
微纳导热微纳传热理论微纳传热实测二维材料传热
参考文献 256
思考题 258
第10章 材料的力学 259
10.1 晶体塑性——晶格畸变与物质滑移 259
弹性与塑性单晶体塑性多晶体平均织构
10.2 断裂力学——场强与耗能的综合 264
理论强度与断裂力学断裂类型格里菲斯理论与能量释放率应力强度因子与断裂韧性弹塑性断裂力学J积分HRR场断裂过程区尺度关系
10.3 复合材料力学——硬相与软相的优化组合 270
复合连通度树脂基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料碳碳复合材料多铁材料
10.4 软物质力学——流体与固体的过渡 274
软物质增韧增韧型水凝胶功能软物质
10.5 跨层次力学——不同物质描述层次的穿越 278
细观与纳观**性原理计算握手区
10.6 低维材料力学——极限维度与极限性能 280
低维材料石墨烯力学石墨烯纳米带力学碳纳米管力学
参考文献 285
思考题 289
第11章 工程力学 291
11.1 结构力学——承力骨架 291
结构静力学结构完整性结构动力学
11.2 地震动力学——断续体的波动力学 297
地幔动力学断层地震震级地壳的破裂速度地震模拟地震的前兆
11.3 风沙力学——两相流的湍动 301
风与沙的两相流湍流边界层沙尘暴起沙沙尘电全场观测野外阵列沙面演化与沙丘
11.4 环境力学——力学的共融之道 304
毛细作用吉布斯汤姆森效应未冻水泥沙理论泥沙起动泥石流河流污染气溶胶
11.5 岩土力学——非正交塑性流动 309
岩土岩土工程本构描述剪胀与压力敏感非正交流动律
11.6 高边坡与剪切带——岩土体的纵横钉扎 310
岩土的液化剪切带高边坡滑坡锚固与监测
11.7
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