智能结构分析的新理论新方法PDF电子书下载

第一章 基本概念 1

1.1压电智能材料 1

1.2形状记忆合金 2

1.2.1形状记忆效应 2

1.2.2马氏体相变 3

1.2.3超弹性效应 3

1.2.4 SMA 4

1.3磁致形状记忆合金 4

1.4电（磁）流变体智能材料 5

1.4.1电流变体 5

1.4.2磁流变体 6

1.4.3 ERF/MRF的特性 6

1.4.4 ERF/MRF研究及应用 6

1.5铁电微观模型 7

1.6压电陶瓷非线性成因 8

1.6.1压电陶瓷位移的微观机理 8

1.6.2非线性成因 10

1.6.3非线性及迟滞的影响因素 11

1.7应用前景 12

1.7.1智能结构在航空航天工程中的应用 12

1.7.2智能结构在土木工程中的应用 13

1.7.3智能结构在机器人中的应用 14

1.8展望 14

参考文献 15

第二章 压电非线性智能本构关系 16

2.1智能结构仿生学模型 16

2.2智能线弹性-压电本构关系 17

2.3弹塑性-压电本构关系 18

2.3.1弹塑性-压电本构关系 19

2.3.2热弹塑性-压电本构关系 20

2.4非线性-压电本构关系 24

2.5压电宏观本构关系与微观模型的关系 26

2.5.1本构关系 26

2.5.2电畴翻转对宏观物理量的影响 26

2.5.3电畴翻转驱动力与体积分数的关系 27

2.5.4压电非线性本构行为的计算方法 28

参考文献 29

第三章 压电热动力智能变分原理 31

3.1加权残数法 31

3.2压电热弹性动力问题 32

3.2.1动力方程——应力与体力关系 32

3.2.2电场控制方程 32

3.2.3几何方程——应变与位移关系 32

3.2.4热场控制方程 32

3.2.5本构方程 32

3.2.6边界条件 33

3.2.7初始条件 33

3.3压电热弹性瞬时变分原理 33

3.3.1瞬时势能原理 33

3.3.2瞬时余能原理 37

3.4压电热弹性瞬时广义变分原理 38

3.4.1第一种压电热弹性九类变量瞬时广义变分原理 38

3.4.2第二种压电热弹性九类变量瞬时广义变分原理 40

3.4.3等价原理 41

3.4.4压电热弹性体的势能密度及余能度 41

3.4.5第三种压电热弹性广义变分原理 41

3.5压电热弹性瞬时广义虚功原理 41

3.6压电智能结构几何非线性瞬时变分原理 42

3.6.1基本方程 42

3.6.2热压电智能结构几何非线性瞬时变分原理 43

3.6.3热压电智能结构几何非线性瞬时广义变分原理 43

3.6.4压电弹性体的势能密度及余能密度 44

3.7压电智能结构双重非线性瞬时变分原理 45

3.7.1基本方程 45

3.7.2压电智能双重非线性瞬时变分原理 46

3.7.3压电智能结构双重非线性瞬时广义变分原理 47

3.7.4压电弹塑性体的势能密度及余能密度 47

参考文献 48

第四章 压电智能梁动力问题 50

4.1智能梁理论 50

4.1.1位移模式 50

4.1.2几何方程 51

4.1.3智能本构关系 51

4.1.4智能变分原理 52

4.2智能样条有限点法 52

4.2.1样条离散化 52

4.2.2建立智能样条离散化泛函 54

4.2.3建立智能样条离散化动力方程 55

4.3智能样条子域法 55

4.3.1划分子域 56

4.3.2建立智能样条子域 56

4.3.3建立智能梁样条离散化动力方程 58

4.4智能梁振动主动控制 58

4.4.1基本原理 58

4.4.2智能结构振动主动控制算法 59

4.4.3智能结构分析的新方法 59

4.5计算例题 60

4.6附录：样条函数 63

4.6.1样条函数 63

4.6.2智能梁 69

参考文献 73

第五章 智能样条有限点法 74

5.1智能板壳理论 74

5.1.1位移模式 74

5.1.2几何方程 75

5.1.3智能扁壳本构关系 75

5.1.4智能变分原理 76

5.2智能样条有限点法 77

5.2.1单样条有限点法 77

5.2.2双样条有限点法 81

5.2.3双向单样条有限点法 84

5.3计算例题 86

5.4附录 86

5.4.1位移模式 86

5.4.2几何方程 87

5.4.3样条形函数 89

5.4.4应变转换矩阵 92

5.4.5积分公式 94

参考文献 95

第六章 智能样条无网格法 97

6.1基本原理 97

6.1.1径向样条基函数 97

6.1.2样条无网格法 100

6.2智能弹性体问题 105

6.3智能板壳问题 108

6.4计算例题 113

参考文献 115

第七章 智能QR法 117

7.1基本原理 117

7.2智能板壳分析的QR法 119

7.3智能板壳振动控制 124

7.4计算例题 125

7.5附录 128

7.5.1智能梁单元 128

7.5.2智能板单元 131

7.5.3智能板壳单元 134

参考文献 136

第八章 压电智能结构几何非线性动力问题 138

8.1智能非线性动力变分原理 138

8.1.1基本方程 138

8.1.2智能结构几何非线性瞬时势能原理 139

8.1.3智能结构几何非线性瞬时广义变分原理 139

8.2智能梁几何非线性问题 140

8.2.1基本理论 140

8.2.2非线性样条有限点法 141

8.2.3小结 151

8.3智能板壳几何非线性问题 152

8.3.1基本理论 152

8.3.2非线性样条有限点法 154

8.3.3小结 158

8.4智能圆板问题 159

8.5计算例题 163

参考文献 166

第九章 压电智能结构材料非线性动力问题 167

9.1压电智能梁材料非线性动力问题 167

9.1.1本构关系 167

9.1.2几何方程 169

9.1.3变分原理 169

9.1.4样条有限点法 169

9.2压电智能板壳材料非线性动力问题 171

9.2.1压电非线性本构关系 171

9.2.2几何方程 172

9.2.3变分原理 172

9.2.4智能样条无网格法 173

9.3压电陶瓷非线性断裂问题 173

9.3.1智能QR法 174

9.3.2断裂问题 175

9.4计算例题 176

参考文献 177

第十章 智能压电结构双重非线性动力问题 178

10.1基本理论 178

10.2建模的新方法 178

10.3新算法 183

参考文献 183

第十一章 智能结构动力反应分析的新算法 184

11.1结构线弹性动力反应分析的新算法 184

11.1.1基本方程 184

11.1.2建立递推格式 185

11.1.3建立无条件稳定算法（5SWRM-1） 187

11.1.4建立条件稳定算法 188

11.2结构非线性动力分析的新算法 189

11.2.1非线性动力方程 190

11.2.2第三种样条递推算法 191

11.2.3几种新算法 195

11.3状态方程的算法 198

11.3.1精细算法 198

11.3.2样条加权残数法（一） 200

11.3.3样条加权残数法（二） 203

11.4样条无条件稳定算法 204

11.5计算例题 205

参考文献 205

第十二章 智能结构静力非线性分析的新算法 206

12.1结构非线性刚度方程 206

12.1.1第一种格式 207

12.1.2第二种格式/第三种格式 207

12.2样条递推法 208

12.2.1第一种样条递推算法 208

12.2.2第二种样条递推法 211

12.2.3第三种样条递推法 211

12.3样条增量迭代法 212

12.3.1第一种增量迭代法 212

12.3.2第二种增量迭代法 214

12.3.3第三种增量迭代法 214

12.4材料非线性分析的新算法 215

12.4.1样条初应力递推法 215

12.4.2样条初应力增量迭代法 215

12.4.3样条变刚度增量迭代法 215

12.5双重非线性分析的新算法 216

参考文献 217

第十三章 压电材料参数识别分析的新方法 218

13.1概述 218

13.2参数识别模型 219

13.3非线性最小二乘问题的算法 220

13.3.1牛顿法 220

13.3.2高斯-牛顿法 221

13.3.3单位步长Levenberg-Marquardt方法 222

13.3.4利用信赖域技巧的Levenberg-Marquardt方法 222

13.4灵敏度计算 223

13.4.1求导数法 223

13.4.2差分法 227

13.5误差分析 227

13.6材料参数识别分析的算例 228

13.6.1均质板E、μ的识别 228

13.6.2压电双晶板e31的识别 233

13.6.3压电层合板D11 、D12 、E的识别 239

13.7材料参数识别分析的新方法 243

13.7.1建立结构分析的新模型 243

13.7.2建立材料参数识别的新算法 243

13.8本章小结 245

参考文献 245

第十四章 电磁热体系非线性问题 248

14.1电磁热弹性动力问题 248

14.2电磁热弹性瞬时变分原理 250

14.2.1瞬时势能原理 250

14.2.2瞬时余能原理 251

14.3电磁热弹性瞬时广义变分原理 252

14.3.1第一种电磁热弹性瞬时广义变分原理 252

14.3.2第二种电磁热弹性瞬时广义变分原理 252

14.3.3等价原理 253

14.4电磁热弹性瞬时广义虚功原理 253

14.5电磁热弹性几何非线性瞬时变分原理 253

14.5.1基本方程 253

14.5.2电磁热弹性几何非线性瞬时势能原理 254

14.5.3电磁热弹性几何非线性瞬时广义变分原理 254

14.6电磁热双重非线性瞬时广义变分原理 255

14.6.1基本方程 255

14.6.2电磁热双重非线性变分原理 255

14.6.3电磁热双重非线性瞬时广义变分原理 255

14.6.4电磁热弹塑性体的势能密度及余能密度 255

14.7电磁热体系分析的新方法 256

参考文献 257

第十五章 形状记忆合金宏观本构关系 258

15.1基于热力学的本构关系 258

15.2带有塑性理论特点的本构关系 259

15.3 SMA热弹塑性本构关系 260

15.3.1热弹塑性本构关系 260

15.3.2弹塑性应变理论 261

15.3.3弹塑性矩阵 262

15.4热弹塑性-相变智能本构关系 263

15.4.1材料性质与T及ξ无关 263

15.4.2材料性质与T及ξ有关 264

15.5热弹黏塑性-相变本构关系 266

15.5.1弹黏塑性应变理论 266

15.5.2热弹黏塑性-相变本构关系 268

15.6 SMA非线性智能本构关系 269

15.6.1一维本构关系 269

15.6.2三维本构关系 270

15.6.3考虑塑性应变影响的SMA本构关系 271

15.7附录：SMA相变行为 272

参考文献 274

第十六章 形状记忆聚合物宏观本构关系 275

16.1基本概念 275

16.1.1 SMP形状记忆效应 275

16.1.2 SMP形状记忆效应的基本原理 275

16.1.3 SMP形状记忆效应的机械黏弹性模型 277

16.2 SMP宏观智能本构关系 281

16.2.1一维本构关系 281

16.2.2三维本构关系 283

16.3 SMP材料性能与温度的关系 284

16.3.1弹性模量与温度的关系 285

16.3.2材料强化系数与温度的关系 286

16.3.3黏性系数与温度的关系 286

16.3.4延迟时问与温度的关系 287

16.3.5屈服应力与温度的关系 287

参考文献 288

第十七章 形状记忆智能结构分析的新方法 289

17.1 SMA智能结构材料非线性问题 289

17.1.1 SMA本构关系 289

17.1.2结构变形控制 289

17.2 SMA智能结构双重非线性问题 294

17.2.1 SMA本构关系 294

17.2.2非线性几何方程 294

17.2.3变分方程 294

17.2.4建模方法 295

17.2.5算法 297

17.3计算例题 297

17.4智能高拱坝 298

17.4.1智能混凝土设计 298

17.4.2智能高拱坝分析的新理论新方法 299

参考文献 299

第十八章 智能结构动力稳定性 300

18.1非线性几何方程 300

18.2非线性本构关系 300

18.3智能结构稳定性 300

18.3.1建模 300

18.3.2算法 301

18.4计算例题 301

参考文献 303

第十九章 智能控制的新算法 305

19.1压电智能结构振动主动控制原理 305

19.2智能结构振动主动控制的新算法 306

19.2.1新模型 306

19.2.2新算法 307

19.3智能控制-样条加权残数法 307

19.3.1计算原理 307

19.3.2新算法 310

19.4最优智能控制-样条加权残数法 310

19.5模糊控制原理 311

19.5.1模糊控制组成 311

19.5.2受控系统模型 312

19.6结构振动的模糊控制算法 313

19.6.1普通模糊控制算法 313

19.6.2变增益模糊控制算法 315

19.6.3协调模糊控制算法 316

19.7计算例题 318

19.8钢结构非线性地震反应的压电变阻尼智能控制 329

19.8.1结构模型 329

19.8.2 3层钢结构非线性地震反应的压电变阻尼智能控制 333

19.8.3 20层钢结构非线性地震反应的压电变阻尼智能控制 337

参考文献 341

第二十章 智能框架静力控制分析的新方法 343

20.1概述 343

20.2建立考虑高阶剪切影响的压电梁单元刚度矩阵 344

20.2.1考虑高阶剪切影响的位移函数 344

20.2.2考虑高阶剪切影响的位移和应变形函数矩阵 347

20.2.3压电梁的电势和场强形函数矩阵 348

20.2.4考虑高阶剪切影响的单元刚度矩阵 348

20.3建立考虑初始几何缺陷及P-△效应的压电梁柱单元刚度矩阵 351

20.4压电智能平面钢框架结构动力分析的QR法 353

20.4.1压电智能框架结构的样条位移函数及样条电势函数 353

20.4.2 QR法变换 354

20.4.3建立压电梁柱单元势能泛函 354

20.4.4利用变分原理建立压电智能框架结构分析的QR法动力方程 355

20.4.5压电智能框架结构QR法静力控制分析 355

20.5压电层合梁一阶剪切理论解析法 356

20.5.1压电层合梁的平衡方程 356

20.5.2压电简支层合梁的求解 357

20.6计算例题 358

20.6.1验证算例 358

20.6.2压电智能框架结构变形控制分析 362

20.7本章小结 367

参考文献 368

第二十一章 智能框架动力控制分析的新方法 369

21.1概述 369

21.2智能结构振动主动控制原理 370

21.3结构振动主动控制算法 371

21.3.1线性二次型（LQR）经典最优控制 371

21.3.2模态控制 375

21.4压电堆工作原理 376

21.5计算例题 377

21.5.1振动频率和振型分析 377

21.5.2压电堆式驱动器控制框架变形分析 379

21.5.3结构振动控制分析 381

21.6本章小结 393

参考文献 394

第二十二章 智能高层与超高层建筑结构分析的新方法 396

22.1智能高层结构分析的新方法 396

22.2智能结构双重非线性分析的新方法 399

22.3智能高层结构稳定性分析的新方法 401

22.4智能高层结构振动主动控制 401

22.5计算例题 402

22.6附录 402

22.6.1智能梁单元 402

22.6.2智能板壳单元 404

22.6.3其他单元 406

22.6.4非线性QR法 406

参考文献 407

第二十三章 智能结构稳定性分析的新方法 408

23.1基本概念 408

23.1.1结构失稳特性 408

23.1.2判断结构稳定性的能量准则 409

23.1.3结构动力稳定性 410

23.2结构非线性静力稳定性问题 410

23.2.1建模 410

23.2.2算法 411

23.2.3迭代收敛准则 415

23.3结构非线性平衡路径跟踪算法 416

23.3.1切线刚度法 416

23.3.2特征刚度法 418

23.3.3位移收敛控制增量迭代法 420

23.4结构非线性静力稳定性简化算法 422

23.4.1基本原理 422

23.4.2计算步骤 423

23.4.3算例 423

23.5结构非线性动力稳定性问题的新模型 424

23.6结构非线性动力稳定性问题的新算法 425

23.7求解结构动力失稳临界荷载的实用方法 428

23.7.1动力时程分析法 428

23.7.2静力变换法 428

23.7.3静力法 428

23.7.4几点注意 429

23.8计算例题 430

参考文献 430

第二十四章 智能结构承载能力分析的新方法 432

24.1基本概念 432

24.1.1基本理论 432

24.1.2塑性极限理论 432

24.1.3塑性铰模型 434

24.2智能结构塑性极限分析的塑性铰模型—QR法 434

24.2.1一阶塑性铰模型—QR法 435

24.2.2二阶塑性铰模型—QR法 436

24.3精化塑性铰模型—QR法 438

24.4智能结构塑性极限分析的弹性调整—样条无网格法 438

24.4.1一阶弹性调整一样条无网格法/QR法 439

24.4.2二阶弹性调整一样条无网格法/QR法 442

24.5智能结构动力极限承载能力分析的样条无网格法 443

24.5.1建立新建模 443

24.5.2选用新算法 444

24.6一阶动力弹性调整一样条无网格法/QR法 445

24.6.1计算原理 445

24.6.2计算步骤 449

24.7二阶动力弹性调整一样条无网格法/QR法 450

24.7.1计算原理 450

24.7.2计算步骤 450

24.8动力塑性铰模型一样条无网格法 451

24.8.1一阶动力塑性铰模型一样条无网格法 451

24.8.2二阶动力塑性铰模型一样条无网格法 451

24.9静力法 452

24.10计算例题 453

参考文献 454

第二十五章 智能结构体系可靠性分析的新方法 456

25.1基本概念 456

25.1.1结构的功能要求 456

25.1.2结构功能函数 457

25.1.3结构极限状态 457

25.1.4结构可靠度 458

25.1.5结构可靠指标 459

25.1.6求可靠指标β的常用方法 459

25.2结构体系可靠度 462

25.3智能结构体系静力可靠度分析的新方法 462

25.4智能结构体系动力可靠度分析的新方法 463

25.5智能结构动力随机模糊可靠度分析的新方法 464

25.5.1随机模糊功能函数一样条无网格法/QR法 464

25.5.2等效功能函数一样条无网格法/QR法 466

25.6智能结构体系非概率可靠性分析的新方法 467

25.6.1区间变量 467

25.6.2非概率可靠性指标 468

25.6.3塑性极限荷载一样条无网格法/QR法 468

25.7计算例题 469

参考文献 470

第二十六章 智能大跨度桥结构分析的新方法 471

26.1智能桥梁结构分析的新方法 471

26.2智能结构双重非线性分析的新方法 474

26.3智能大跨度桥梁结构稳定性分析的新方法 477

26.4智能大跨度桥梁结构振动主动控制 477

26.5计算例题 478

26.6附录 478

26.6.1智能梁单元 478

26.6.2智能板壳单元 480

26.6.3其他单元 482

26.6.4非线性QR法 482

参考文献 483