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
Synopsis 537
Contents 538