周期结构理论及其在隔震减振中的应用 石志飞等著 2017年版(高清带书签)正式版、免费下载9787518208371
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大笨象分享时间：2022-05-09
更新时间：2022-05-09
出版日期：2017-06
ISBN： 9787030529879
出版社：北京：科学出版社
资源大小：72.48M
内容简介：
周期结构无处不在,小到细胞、碳纳米管结构，大到超高层建筑、特大桥梁结构，无不体现着周期性。周期性的存在.给人们的生活带来了许多便利.更增添了无限的美感。遗憾的是.在土木和交通T.程等领域,人们对周期结构所具有的隔震减振机理还比较陌生.更谈不上很好地去利用这种特性。固体物理学研究发现,按照某种方式排列的周期介质具有弹性波的衰减域特性,即人射波的频率落在衰减域频段内时，该人射波不能在周期介质中传播。受此启发,作者于2007年提出了设计周期基础进行土木工程结构隔震减振的设想.经本书作者和团队其他成员多年的共同努力,成功地将周期结构的衰减域特性引入土木工程和交通环境工程等领域.并陆续对一维二维和三维周期结构的隔震、减振方法进行了较为系统的研究取得了良好的效果，为研究土木T程结构隔震以及交通环境减振提供了新思路。此外.本书合作者还提出了求解频散曲线的微分求积法.极大地丰富了周期结构的研究方法。美国休斯敦大学Thomas T. C. Hsu结构研究实验室主任Yi Lung Mo>教授及其团队,近年来也投入了大量的人力、物力开展利用周期结构进行隔震、减振的试验研究。上述理 论与试验研究成果构成了本书的主要内容。
固体物理学研究的周期结构,通常称为声子晶体或光子晶体,一般尺寸较小，大多需要用到贵重金属.其衰减域频率基本处于千赫兹甚至兆赫兹量级。但是,在土木工程和交通环境工程中,无论是结构的固有频率还是外部荷载的激励频率都比较低,通常只有儿赫兹或者儿十赫兹,常见环境振动的主要频率也在100Hz以内。因此,能否利用常用的且价格低廉的土木工程材料.设计出在低、中频段能够形成衰减域的周期结构，不仅对土木和交通环境工程领域具有重要意义更直接决定着基于周期结构衰减域特性进行隔震减振设计思想的成败。目前，国内外尚无利用周期结构进行隔震减振的书籍。本书针对低.中频段的隔震减振问题,尽可能利用土木工程人员熟悉的语言描述周期结构的理论，从土木工程和交通环境工程领域的特点出发.通过着重介绍周期结构设计理论和分析方法,将这一新兴且极具潜力的研究方向推荐给读者,使之能为更多从事土木工程、地震工程.交通工程和环境工程工作的科研人员、工程技术人员及相关专业学生提供参考。
本书的研究工.作得到了国家自然科学基金重大研究计划项目(90715006).面上项目(51178036 .51678046)、优秀青年科学基金项目(51522803) .青年科学基金项目(50808012.51508023)等的资助。
本书内容涵盖周期结构分析的基本理论、数值方法和部分试验,共11章,各章内容大致如下:第1章主要就周期结构在结构隔震和交通环境减振方面的应用、研究现状和周期结构的动力特性进行概述;第2章以固体物理研究周期结构的基木理论为基础.介绍相关概念、方法和基本理论，并就弹性波在周期介质中的传播特性以及工程结构的波动问题进行阐述;第3章和第4章分别研究周期结构的能量耗散以及频散特性的主要分析方法;第5~7章为周期结构在基础隔震中的应用，包括层状周期基础、二维周期基础、三维周期基础的设计与理论;第8~10章为周期结构在交通环境减振中的应用.主要包括周期性连续墙和周期性排桩的设计及减振效果数值模拟;在上述典型周期结构基础上.第11章介绍几种改进的周期结构,丰富了周期结构的类型和应用范围。
目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 工程结构隔震 1
1.1.1 隔震基本原理 2
1.1.2 隔震技术研究现状 4
1.2 交通环境振动 9
1.2.1 交通环境振动的危害 9
1.2.2 交通环境振动的控制措施 13
1.3 周期结构概述 21
1.3.1 周期结构的概念及其特性 21
1.3.2 周期结构的研究历史与现状 24
1.3.3 周期结构隔震减振应用 28
参考文献 29
第2章 周期结构的基本理论 49
2.1 固体物理基本概念 49
2.1.1 平移周期性 50
2.1.2 原胞与单胞 51
2.1.3 空间对称性 52
2.1.4 倒格子 55
2.1.5 布里渊区 58
2.2 周期介质中的弹性波 62
2.2.1 弹性动力学基本方程 62
2.2.2 弹性波动问题基本概念 66
2.2.3 Bloch定理 78
2.2.4 周期结构频散曲线及衰减域 82
2.2.5 黏弹性人工边界 87
2.2.6 波动输入问题 92
参考文献 95
第3章 周期结构的频散特性和能量流动特性 98
3.1 引言 98
3.2 周期结构的频散特性 99
3.2.1 散射型周期结构——多质点弹簧振子模型 99
3.2.2 局域共振型周期结构——主子结构模型 101
3.3 周期结构的衰减域 105
3.3.1 频散曲线的一致性关系 105
3.3.2 衰减域边界频率 106
3.4 有限周期结构的动力特性 108
3.4.1 频率响应函数 109
3.4.2 理想周期结构和有限周期结构 110
3.5 周期结构的能量流动特性 111
3.5.1 散射型周期结构的能量流动特性 112
3.5.2 局域共振型周期结构的能量流动特性 116
参考文献 119
第4章 周期结构频散特性分析方法 121
4.1 传递矩阵法 121
4.1.1 特征方程的建立 121
4.1.2 频散特性分析与计算 123
4.1.3 有限层状周期结构的传输特性 123
4.2 乎面波展开法 124
4.2.1 平面波展开法的基本原理 125
4.2.2 傅里叶系数与结构函数 129
4.2.3 平面波展开法的收敛性及改进 133
4.3 多重散射理论 145
4.3.1 基本思路 145
4.3.2 三维多重散射理论 145
4.3.3 二维多重散射理论 152
4.3.4 有限结构层间多重散射理论 157
4.4 时域有限差分法 163
4.4.1 基本原理 163
4.4.2 波动方程离散化 164
4.4.3 初始条件 168
4.4.4 边界条件 168
4.4.5 频散曲线 170
4.4.6 算法稳定性与实用离散方法 170
4.5 有限单元法 172
4.5.1 基于复数运算的有限元法 172
4.5.2 基于通用有限元软件的频散曲线分析 175
4.6 微分求积法 176
4.6.1 微分求积法基本原理 176
4.6.2 强形式微分求积元法 179
4.6.3 弱形式微分求积元法 183
4.6.4 复杂周期结构的处理 190
4.6.5 有限周期结构的传输特性 192
参考文献 192
第5章 层状周期结构的动力特性及层状周期性隔震基础 198
5.1 引言 198
5.2 理想层状周期结构及衰减域 199
5.2.1 理想层状周期结构 199
5.2.2 衰减域特性分析 200
5.3 参数分析 202
5.3.1 衰减域边界频率 202
5.3.2 **衰减因子 204
5.4 衰减域的近似确定方法 204
5.5 有限周期结构的动力特性 206
5.5.1 惜响应分析 206
5.5.2 时程响应分析 207
5.6 层状周期隔震基础隔震效果的数值模拟 208
5.6.1 层状周期隔震基础模型 208
5.6.2 数值模拟结果 208
5.7 层状周期隔震基础试验研究 210
5.7.1 试验模型 210
5.7.2 测试内容 211
5.7.3 测试结果 211
参考文献 214
第6章 二维周期结构的动力特性及其隔震应用 216
6.1 引言 216
6.2 二维周期结构及其衰减域 217
6.3 完全衰减域 217
6.3.1 高对称周期结构 217
6.3.2 散射型周期结构的完全衰减域 218
6.3.3 局域共振型周期结构的完全衰减域 221
6.4 方向性衰减域 222
6.4.1 非高对称周期结构 222
6.4.2 散射型周期结构的方向性衰减域 223
6.4.3 局域共振型周期结构方向性衰减域 226
6.5 混凝土配筋对衰减域的影响 227
6.5.1 材料等效 227
6.5.2 配筋影响分析 229
6.6 有限周期结构的动力特性 229
6.6.1 分析模型 230
6.6.2 数值计算结果 230
6.7 二维周期隔震基础的数值模拟 233
6.7.1 二维高对称周期隔震基础 233
6.7.2 二维非高对称周期隔震基础 235
6.8 二维周期隔震基础的试验研究 242
6.8.1 试验模型及仪器 242
6.8.2 水平向隔震性能测试 243
6.8.3 竖向隔震性能测试 245
参考文献 246
第7章 三维周期结构的动力特性及其隔震应用 249
7.1 引言 249
7.2 三维周期结构及其衰减域 249
7.2.1 平面波展开法 250
7.2.2 正确性验证 251
7.2.3 计算方法对比 251
7.3 参数分析 253
7.3.1 几何参数 254
7.3.2 物理参数 255
7.4 黏弹性边界条件及波动输入方法 256
7.5 三维周期结构隔震性能数值模拟 257
7.5.1 单频简谐荷载输入 258
7.5.2 地震波输入 259
7.6 三维周期隔震基础的试验研究 263
7.6.1 试验模型及仪器 263
7.6.2 水平向隔震性能测试 264
7.6.3 竖向隔震性能测试 265
参考文献 267
第8章 周期性连续墙在交通环境减振中的应用 269
8.1 引言 269
8.2 连续墙衰减域参数分析 270
8.2.1 材料参数的影响 271
8.2.2 几何参数的影响 273
8.3 连续墙的单频谐响应分析 276
8.4 连续墙减振效果数值模拟 278
8.4.1 地铁激励 278
8.4.2 受位置A处激励作用 279
8.4.3 受位置B处激励作用 287
参考文献 295
第9章 周期性实心排桩在交通环境减振中的应用 296
9.1 引言 296
9.2 控制方程 297
9.3 对平面内耦合波（P-SV波）的隔离 298
9.3.1 衰减域存在性验证 298
9.3.2 衰减域影响因素分析 301
9.3.3 减振效果数值模拟 -304
9.4 对出平面波（SH波）的隔离 310
9.4.1 衰减域存在性验证 310
9.4.2 衰减域影响因素分析 310
9.4.3 减振效果数值模拟 314
参考文献 319
第10章 周期性填充排桩在环境减振中的应用 323
10.1 引言 323
10.2 填充排桩对P波和SV波的隔离 324
10.2.1 正确性验证 324
10.2.2 衰减域影响因素分析 326
10.2.3 减振效果数值模拟 328
10.3 填充排桩的振动机制 331
10.4 空心排桩对SH波的隔离 334
10.4.1 存在性验证 334
10.4.2 单元类型和内半径对衰减域的影响 334
10.4.3 频率响应 336
参考文献 337
第11章 改进的周期结构在隔震减振中的应用 338
11.1 引言 338
11.2 组合层状周期隔震基础 338
11.2.1 组合层状周期隔震基础模型 338
11.2.2 谐响应分析 339
11.2.3 地震动时程分析 341
11.3 等效层状周期隔震基础 351
11.3.1 等效层状周期隔震基础模型 351
11.3.2 等效模型衰减域计算方法 352
11.3.3 隔震性能模拟 353
11.4 复合排桩减振 358
11.4.1 复合排桩有限元模型 358
11.4.2 单频平面波入射响应分析 360
11.4.3 多频平面波入射响应分析 361
11.5 波在分层土中的传播 363
11.5.1 分层土的动力特性 363
11.5.2 分层土位置对衰减的影响 367
参考文献 369
索引 370
彩图
前言
第1章 绪论 1
1.1 工程结构隔震 1
1.1.1 隔震基本原理 2
1.1.2 隔震技术研究现状 4
1.2 交通环境振动 9
1.2.1 交通环境振动的危害 9
1.2.2 交通环境振动的控制措施 13
1.3 周期结构概述 21
1.3.1 周期结构的概念及其特性 21
1.3.2 周期结构的研究历史与现状 24
1.3.3 周期结构隔震减振应用 28
参考文献 29
第2章 周期结构的基本理论 49
2.1 固体物理基本概念 49
2.1.1 平移周期性 50
2.1.2 原胞与单胞 51
2.1.3 空间对称性 52
2.1.4 倒格子 55
2.1.5 布里渊区 58
2.2 周期介质中的弹性波 62
2.2.1 弹性动力学基本方程 62
2.2.2 弹性波动问题基本概念 66
2.2.3 Bloch定理 78
2.2.4 周期结构频散曲线及衰减域 82
2.2.5 黏弹性人工边界 87
2.2.6 波动输入问题 92
参考文献 95
第3章 周期结构的频散特性和能量流动特性 98
3.1 引言 98
3.2 周期结构的频散特性 99
3.2.1 散射型周期结构——多质点弹簧振子模型 99
3.2.2 局域共振型周期结构——主子结构模型 101
3.3 周期结构的衰减域 105
3.3.1 频散曲线的一致性关系 105
3.3.2 衰减域边界频率 106
3.4 有限周期结构的动力特性 108
3.4.1 频率响应函数 109
3.4.2 理想周期结构和有限周期结构 110
3.5 周期结构的能量流动特性 111
3.5.1 散射型周期结构的能量流动特性 112
3.5.2 局域共振型周期结构的能量流动特性 116
参考文献 119
第4章 周期结构频散特性分析方法 121
4.1 传递矩阵法 121
4.1.1 特征方程的建立 121
4.1.2 频散特性分析与计算 123
4.1.3 有限层状周期结构的传输特性 123
4.2 乎面波展开法 124
4.2.1 平面波展开法的基本原理 125
4.2.2 傅里叶系数与结构函数 129
4.2.3 平面波展开法的收敛性及改进 133
4.3 多重散射理论 145
4.3.1 基本思路 145
4.3.2 三维多重散射理论 145
4.3.3 二维多重散射理论 152
4.3.4 有限结构层间多重散射理论 157
4.4 时域有限差分法 163
4.4.1 基本原理 163
4.4.2 波动方程离散化 164
4.4.3 初始条件 168
4.4.4 边界条件 168
4.4.5 频散曲线 170
4.4.6 算法稳定性与实用离散方法 170
4.5 有限单元法 172
4.5.1 基于复数运算的有限元法 172
4.5.2 基于通用有限元软件的频散曲线分析 175
4.6 微分求积法 176
4.6.1 微分求积法基本原理 176
4.6.2 强形式微分求积元法 179
4.6.3 弱形式微分求积元法 183
4.6.4 复杂周期结构的处理 190
4.6.5 有限周期结构的传输特性 192
参考文献 192
第5章 层状周期结构的动力特性及层状周期性隔震基础 198
5.1 引言 198
5.2 理想层状周期结构及衰减域 199
5.2.1 理想层状周期结构 199
5.2.2 衰减域特性分析 200
5.3 参数分析 202
5.3.1 衰减域边界频率 202
5.3.2 **衰减因子 204
5.4 衰减域的近似确定方法 204
5.5 有限周期结构的动力特性 206
5.5.1 惜响应分析 206
5.5.2 时程响应分析 207
5.6 层状周期隔震基础隔震效果的数值模拟 208
5.6.1 层状周期隔震基础模型 208
5.6.2 数值模拟结果 208
5.7 层状周期隔震基础试验研究 210
5.7.1 试验模型 210
5.7.2 测试内容 211
5.7.3 测试结果 211
参考文献 214
第6章 二维周期结构的动力特性及其隔震应用 216
6.1 引言 216
6.2 二维周期结构及其衰减域 217
6.3 完全衰减域 217
6.3.1 高对称周期结构 217
6.3.2 散射型周期结构的完全衰减域 218
6.3.3 局域共振型周期结构的完全衰减域 221
6.4 方向性衰减域 222
6.4.1 非高对称周期结构 222
6.4.2 散射型周期结构的方向性衰减域 223
6.4.3 局域共振型周期结构方向性衰减域 226
6.5 混凝土配筋对衰减域的影响 227
6.5.1 材料等效 227
6.5.2 配筋影响分析 229
6.6 有限周期结构的动力特性 229
6.6.1 分析模型 230
6.6.2 数值计算结果 230
6.7 二维周期隔震基础的数值模拟 233
6.7.1 二维高对称周期隔震基础 233
6.7.2 二维非高对称周期隔震基础 235
6.8 二维周期隔震基础的试验研究 242
6.8.1 试验模型及仪器 242
6.8.2 水平向隔震性能测试 243
6.8.3 竖向隔震性能测试 245
参考文献 246
第7章 三维周期结构的动力特性及其隔震应用 249
7.1 引言 249
7.2 三维周期结构及其衰减域 249
7.2.1 平面波展开法 250
7.2.2 正确性验证 251
7.2.3 计算方法对比 251
7.3 参数分析 253
7.3.1 几何参数 254
7.3.2 物理参数 255
7.4 黏弹性边界条件及波动输入方法 256
7.5 三维周期结构隔震性能数值模拟 257
7.5.1 单频简谐荷载输入 258
7.5.2 地震波输入 259
7.6 三维周期隔震基础的试验研究 263
7.6.1 试验模型及仪器 263
7.6.2 水平向隔震性能测试 264
7.6.3 竖向隔震性能测试 265
参考文献 267
第8章 周期性连续墙在交通环境减振中的应用 269
8.1 引言 269
8.2 连续墙衰减域参数分析 270
8.2.1 材料参数的影响 271
8.2.2 几何参数的影响 273
8.3 连续墙的单频谐响应分析 276
8.4 连续墙减振效果数值模拟 278
8.4.1 地铁激励 278
8.4.2 受位置A处激励作用 279
8.4.3 受位置B处激励作用 287
参考文献 295
第9章 周期性实心排桩在交通环境减振中的应用 296
9.1 引言 296
9.2 控制方程 297
9.3 对平面内耦合波（P-SV波）的隔离 298
9.3.1 衰减域存在性验证 298
9.3.2 衰减域影响因素分析 301
9.3.3 减振效果数值模拟 -304
9.4 对出平面波（SH波）的隔离 310
9.4.1 衰减域存在性验证 310
9.4.2 衰减域影响因素分析 310
9.4.3 减振效果数值模拟 314
参考文献 319
第10章 周期性填充排桩在环境减振中的应用 323
10.1 引言 323
10.2 填充排桩对P波和SV波的隔离 324
10.2.1 正确性验证 324
10.2.2 衰减域影响因素分析 326
10.2.3 减振效果数值模拟 328
10.3 填充排桩的振动机制 331
10.4 空心排桩对SH波的隔离 334
10.4.1 存在性验证 334
10.4.2 单元类型和内半径对衰减域的影响 334
10.4.3 频率响应 336
参考文献 337
第11章 改进的周期结构在隔震减振中的应用 338
11.1 引言 338
11.2 组合层状周期隔震基础 338
11.2.1 组合层状周期隔震基础模型 338
11.2.2 谐响应分析 339
11.2.3 地震动时程分析 341
11.3 等效层状周期隔震基础 351
11.3.1 等效层状周期隔震基础模型 351
11.3.2 等效模型衰减域计算方法 352
11.3.3 隔震性能模拟 353
11.4 复合排桩减振 358
11.4.1 复合排桩有限元模型 358
11.4.2 单频平面波入射响应分析 360
11.4.3 多频平面波入射响应分析 361
11.5 波在分层土中的传播 363
11.5.1 分层土的动力特性 363
11.5.2 分层土位置对衰减的影响 367
参考文献 369
索引 370
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