9787030663511 力学导论（精装版）

  本书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。

9787030786210 力学基本问题（全彩版）

  本书在全景式的视野下，以哲理式、开放式的描述方法，介绍力学学科及其学科交叉的前沿，尤其着重梳理出与之相关的70个基本问题。本书力图展示：即使是力学这一科学发展的先行学科，也仍然存在很多基本问题尚没有得到认识、解决。书中以“基础力学”“流体力学”“固体力学”“交叉力学”四个板块进行展示：头尾体现了从基础到交叉的脉络，中间嵌入了力学的两大主流领域。

9787030786173 力学工程问题（全彩版）

  本书与杨卫教授所著的《力学基本问题》构成姊妹篇，引导读者学习力学、研究力学、欣赏力学、热爱力学。本书基于当代工程技术对力学的需求，介绍解决工程力学问题的主要方法和典型案例，为从事工程力学研究做必要准备。全书共15章，分为基本方法篇、动力学篇、固体力学篇、流体力学篇。基本方法篇介绍如何从系统科学高度审视工程中的力学问题，如何对力学问题进行定性研究、机理研究、数据研究，进而把握其内在规律。此后三篇选择我国学者在航天、航空、船舶、交通、建筑、电子、能源、武器等领域的11个工程力学研究案例，分别介绍如何将复杂力学问题进行简化，梳理研究思路，最终解决问题，满足工程设计、研制和运行需求。

力学导论（精装版） 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
第一篇力学往事——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
第一推动·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 最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·最小作用量原理·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…·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·最小势能原理·最小余能原理·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·热力学第一定律·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…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… 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
罗梭的万能工人·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·第一性原理计算·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 盾构力学——大地深处的破坏力学 312
盾构施工法·盾构施工的力学
参考文献 313
思考题 314
第12章 流程力学 315
12.1 多相流——多相介质的传质与传热 315
流程工业·多相流·反应过程·燃烧过程
12.2 多尺度模拟——力之贯通与流之协调 317
连续介质尺度·细观尺度·气体动力学尺度·宏细微观模拟
12.3 流变学——流者恒流、变者善变 320
流变体·本构模拟·率相关流变过程
12.4 力化学——力场下的化学行为 323
反应热力学·反应动力学·催化过程
12.5 压裂过程——大地深处的断裂与渗流 325
压裂·定向井与丛式井·水平钻井·水力压裂·渗流
参考文献 328
思考题 329
第13章 制造力学 330
13.1 成形力学——压应力主导下的塑性流动 330
压力加工·压力加工原理·应力状态·摩擦与润滑·型腔控制
13.2 相变力学——材料组织的再造 332
材料的相图·相变热力学·液态凝固的形核与长大·过冷与冷却过程图·相变动力学·固态相变·马氏体型相变·块型转变·有序无序转变·亚稳分域·软模·畴变·相变应力·形变能·回复·再结晶·外延生长
13.3 材料加工——塑性流动与局部化 339
切削·冲压·挤压·锻压·轧制
13.4 装甲力学——矛与盾之歌 342
高速碰撞·侵彻·穿甲过程·破甲过程·穿透深度·复合装甲·反应装甲
参考文献 348
思考题 349
第14章 交通力学 350
14.1 船舶流体力学——流线与波浪 350
流线型·流体阻力·摩擦阻力与压差阻力·球鼻艏劈波·波浪理论·伯格斯方程·波浪与船舶的相互作用·减摇·横倾·舟自横·船舶/海水界面·艇桨舵系统·气垫船·水翼船
14.2 船舶结构力学——从骨架式到框架式 356
船体的龙骨设计·密封舱体技术与低应力脆断·潜艇的耐压性、续航性与静音性·潜艇的主承力艇体设计
14.3 潜艇的减振降噪——从敲锣打鼓到洋底寂舟 358
机械振动噪声与水流动力噪声·动力系统减振降噪·浮筏隔振·螺旋桨设计·低频振动与群模式·桨鳍舵一体化设计·数值潜艇
14.4 高铁动力学——速度的力之歌 360
高速列车的分布式动力驱动·列车的气动阻力·高速列车的升力与脱轨系数·高速列车与基础结构的动力相互作用·高速列车的减振设计与舒适性
14.5 高铁可靠性——血染的理论 363
行车网与信号安全控制·运行线路的防沉降设计·轮轴的高周疲劳可靠性
14.6 轮轨关系——碰撞导致的蠕滑与振动 365
轮轨关系·垂向运动·横向运动·轮轨碰撞力学·蠕滑·横向稳定性·…线通过理论·防脱轨设计·抑制轮轨接触碰撞振动
14.7 汽车力学：动力链——吸压燃排的四重奏 368
汽车发动机·四冲程汽油机·汽车排放·轮胎·抓地性
14.8 汽车力学：成形加工——压力变形的精准控制 373
大型结构件的锻压加工·板材加工·机器人装配线与工业4.0
14.9 汽车力学：轻量化——比强度与塑性动力学 374
轻量化·铝合金·镁合金·碳纤维增强复合材料·交通事故·耐撞性
参考文献 380
思考题 381
第15章 运动力学 383
15.1 运动的力学测量——运动学状态的闪照 383
运动体的测量·三维重建技术·“华南虎”照片的鉴定·激光测速与激光测角·高速摄影运动分析·光学相干层析成像
15.2 运动的流体力学——凭流而翔 390
香蕉球·奥运的皮划艇设计·赛艇的前进力·泳姿的进步·划臂动作
15.3 运动的减阻——边界层的功效 394
高尔夫球·“鲨鱼皮”泳衣·冰雪运动·摩擦阻力
15.4 高性能运动器械——弹性与储能 398
设计原则与选材·撑杆·球拍·蹦极
15.5 弹道动力学——射击者的制胜轨迹 402
弹道设计·弹膛内推进过程·弹道动力学控制
参考文献 406
思考题 408
第三篇力学前瞻——力学3.0：学科的嬗变
三元世界
第16章 生命力学 415
16.1 生命体中力的产生——力之源泉 415
分子马达·希尔模型·横桥动力学模型
16.2 康复力学——应力与生长 417
康复力学·生物力学·应力与生长
16.3 细胞力学——细胞与分子层次的力生物学 419
力生物学·力学化学耦合·红细胞的拉伸·细胞通道·细胞凋亡·基因编辑·生命体修复
16.4 生命体的柔性电子诊测——人机界面的多物理对话 421
柔性电子·可延展性·岛桥结构·柔性医疗器械·界面多物理对话·多尺度力生物学
16.5 脑科学——意念、信息、质流三元聚顶 424
脑核磁·脑机接口·脑起搏器·智慧软物质·类脑计算·神经元激发·意念力·扩散张量影像·神经网联·智能介质力学
16.6 生命力——源与泉 430
生命力的三方面·四种关联形式
参考文献 432
思考题 434
第17章 信息力学 436
17.1 物理时空与信息时空的关联——信息力学与牛顿力学的相似性 436
时空观·驱动量·作用力·熵·介质·基本规律·缺陷·破坏·隔离·外界作用·转变
17.2 虚拟现实关联——数字孪生与混合增强 440
虚拟影像·数字孪生技术·混合增强·虚拟实验技术
17.3 数据驱动——数据的流与力 443
大数据研究·数据类型·数据的统计性·数据驱动与传播·数据驱动的力学研究
17.4 CPH三元互动——智质志融合 445
信息物理系统·三元智质志融合
17.5 人工智能缘起——三个力学来源与组成部分 446
人工智能的三个来源·力学信息学
参考文献 449
思考题 450
第18章 数据学习与数据驱动机器人 451
18.1 深度学习——向深度发掘的函数构造方式 451
视觉识别·深度前馈网络·卷积神经网络·循环神经网络
18.2 …控制与强化学习——沿不同角度：尝试，失败与反思 457
…控制·强化学习
18.3 步态学习——足式动物的力学智慧 461
步态行为·步态转换·步态动力学模型
18.4 生物的数字孪生体——数据驱动的步态自适应生成 464
生物的数字孪生体·运动步态·监督学习·步态生成算法
18.5 数据驱动的足式机器人——由虚拟走向现实 466
新的挑战·深度强化学习·灵巧操作算法·向实际机器人迁移·数据驱动四足机器人·深度模仿学习
参考文献 472
思考题 473
第19章 社会力学 475
19.1 社会物理学——机械世界观的问世 475
机械世界观·社会力学·社会生产力·社会统计学·社会物理学·社会实验室
19.2 社会体的连续介质描述——社会介质的时空观 478
社会空间·社会介质·连续介质描述·社会化学·广义软物质
19.3 社会韧性与社会安全——社会介质的断裂与修复 481
韧性·社会韧性·可恢复性·力学描述·双网络·自然灾害·社会伦理·水凝胶模型
19.4 社会的多层次跨界流动——多相流力学 486
人口动力学·多相流·社会可塑性·城市3.0
参考文献 490
思考题 492
结束语 493
力学之先行 493
力学之广袤 494
航空航天·武器装备·高端装备·基础设施建设
力学之交 496
数据动力学·物理力学·力学与材料·力化学与环境力学·生命力学·智能介质力学·研究命题的交
力学之根骨 500
力学之未来 500
参考文献 501
思考题 502

力学工程问题【全彩版】 目录
前言
第一篇 基本方法篇
第1章 工程研究的系统思维 003
1.1 科学、技术、工程 003
1.1.1 科学、技术、工程的界定 003
1.1.2 科学技术工程的三元论 004
1.1.3 颠覆性技术 006
1.1.4 工程科学观 007
1.2 系统科学 009
1.2.1 系统与系统思维 009
1.2.2 系统科学及其特征 009
1.3 工程系统 010
1.3.1 工程系统的主要特征 011
1.3.2 工程系统的模型化 014
1.4 系统工程 015
1.4.1 系统工程的概念 015
1.4.2 大系统分解协调方法 016
1.4.3 综合集成方法 017
1.5 基于模型的系统工程 018
1.5.1 系统工程的新发展 018
1.5.2 产品的模型体系 019
1.5.3 产品的研制流程 021
思考题 022
拓展阅读文献 022
第2章 工程力学的定性研究 024
2.1 因果分析 024
2.1.1 因果关系 024
2.1.2 相关关系 027
2.2 量纲分析 028
2.2.1 量纲分析的原理 029
2.2.2 量纲分析的步骤 032
2.2.3 量纲分析的局限与改进 036
2.3 相似分析 039
2.3.1 相似模型 039
2.3.2 相似变量 041
2.4 对称性分析 043
2.4.1 镜像对称系统 044
2.4.2 循环对称系统 050
2.4.3 对称性破缺 055
思考题 056
拓展阅读文献 057
第3章 工程力学的机理研究 058
3.1 稳定性分析 058
3.1.1 静态稳定性 058
3.1.2 动态稳定性 066
3.1.3 流动稳定性 073
3.2 非线性分析 077
3.2.1 几何非线性 077
3.2.2 物理非线性 081
3.2.3 计算和分析方法 087
3.2.4 典型现象及其机理 092
3.3 多尺度分析 097
3.3.1 空间多尺度问题 098
3.3.2 时间多尺度问题 106
3.3.3 时空多尺度问题 109
3.4 耦合分析 110
3.4.1 耦合的简化 110
3.4.2 刚柔耦合问题 112
3.4.3 流固耦合问题 115
3.4.4 力热耦合问题 122
3.4.5 力电耦合问题 129
3.5 延迟分析 133
3.5.1 几种典型延迟 133
3.5.2 稳定性切换 135
3.5.3 Hopf分岔 137
3.6 不确定性分析 139
3.6.1 不确定性参数 140
3.6.2 随机过程与随机场 143
3.6.3 随机激励下的系统响应 146
3.6.4 含不确定参数的系统响应 149
思考题 153
拓展阅读文献 154
第4章 工程力学的数据研究 155
4.1 数据采集 155
4.1.1 Nyquist采样 156
4.1.2 压缩感知 157
4.2 数据分析 160
4.2.1 Fourier分析 160
4.2.2 小波分析 165
4.2.3 本征正交分解 169
4.3 数据驱动建模 174
4.3.1 线性回归模型 175
4.3.2 神经网络模型 178
4.3.3 嵌入知识建模 183
思考题 188
拓展阅读文献 188
第二篇 动力学篇
第5章 “嫦娥二号”拓展任务的飞行轨道设计 193
5.1 研究背景 193
5.2 对飞往日地Lagrange点的认识 194
5.2.1 简化模型 194
5.2.2 Lagrange点及其附近的轨道 196
5.3 从绕月轨道至日地L2点的转移轨道设计 200
5.3.1 低能耗轨道转移的可行性 201
5.3.2 低能耗转移轨道设计 202
5.3.3 任务实施效果 205
5.4 再次拓展任务分析 206
5.4.1 行星际飞行任务及其约束 206
5.4.2 行星际飞行任务的探测目标选择 207
5.4.3 飞越探测近地小行星的目标选择 208
5.5 飞越探测小行星的轨道设计 211
5.5.1 转移轨道设计 211
5.5.2 任务实施效果 213
5.6 问题与展望 214
思考题 216
拓展阅读文献 217
第6章 高速铁路的动力学选线设计 218
6.1 研究背景 218
6.1.1 传统铁路选线设计 218
6.1.2 现代铁路动力学选线设计理念 219
6.2 对车辆 轨道耦合动力学的认识 220
6.2.1 车辆轨道耦合动力学模型 221
6.2.2 车辆轨道耦合动力学数值仿真 229
6.2.3 车辆轨道耦合动力学案例 231
6.3 高速铁路线路平纵断面优化设计方法 233
6.3.1 列车与线路动态性能最佳匹配设计原理 233
6.3.2 线路平纵断面动态优化设计方法 234
6.4 高速铁路动力学选线设计应用实践 235
6.4.1 广深港高速铁路选线设计 236
6.4.2 京沪高速铁路选线设计优化 240
6.5 问题与展望 243
思考题 243
拓展阅读文献 244
第7章 高层建筑结构的抗震整体可靠性分析 245
7.1 研究背景 245
7.2 对高层建筑结构地震响应的认识 247
7.2.1 高层建筑结构的主要类型 247
7.2.2 高层建筑结构的地震响应问题 247
7.3 高层建筑结构的线性地震响应 249
7.3.1 高层建筑结构的简化力学模型 249
7.3.2 地震动的加速度功率谱密度 254
7.3.3 随机地震响应分析 255
7.4 高层建筑结构的非线性地震响应与整体可靠性 258
7.4.1 非线性结构响应精细化分析的力学基础 258
7.4.2 随机动力系统的概率密度演化 264
7.4.3 非线性随机地震响应与结构整体可靠性 267
7.5 问题与展望 270
思考题 270
拓展阅读文献 271
第三篇 固体力学篇
第8章 装备结构的轻量化设计 275
8.1 研究背景 275
8.2 对结构轻量化设计的认识 277
8.2.1 轻量化设计的表述 277
8.2.2 材料的选择 278
8.2.3 材料与形状组合的选择 279
8.3 轻质结构的力学设计 282
8.3.1 舰船升降跳板及其力学模型 282
8.3.2 轻质夹层结构的刚度设计 283
8.3.3 轻质夹层结构的强度设计 287
8.3.4 结构轻量化设计的流程 291
8.4 轻巧承力功能一体超结构研究 292
8.4.1 轻巧承力散热超结构 293
8.4.2 轻巧承力可重构超结构 294
8.4.3 轻巧承力吸能一体超结构 294
8.4.4 轻巧承力吸能 降噪一体超结构 296
8.4.5 轻巧承力吸能一体…面超结构 297
8.4.6 轻巧承力吸能含液多孔超结构 298
8.5 问题与展望 299
思考题 300
拓展阅读文献 300
第9章 大推力火箭发动机的主传力结构设计 302
9.1 研究背景 302
9.2 对主传力结构优化设计的认识 303
9.2.1 结构设计需求分析 303
9.2.2 设计目标与约束条件 304
9.2.3 优化设计问题的表述 305
9.2.4 结构优化概述 305
9.3 空间桁架型主传力结构的优化设计 306
9.3.1 基结构法与等应力准则 306
9.3.2 主传力结构的优化设计案例 309
9.4 连续体型主传力结构的优化设计 314
9.4.1 连续体拓扑优化方法简介 315
9.4.2 主传力结构的优化设计案例 319
9.4.3 拓扑优化结果的几何重建 320
9.4.4 拓扑优化结果的校核 320
9.4.5 关于优化设计效能的讨论 322
9.5 问题与展望 322
思考题 323
拓展阅读文献 324
第10章 基于高温复合材料的空天结构设计 325
10.1 研究背景 325
10.2 对高温复合材料结构力学设计的认识 327
10.2.1 高温复合材料结构力学设计的载荷约束 327
10.2.2 高温复合材料结构力学设计面临的挑战 328
10.2.3 高温复合材料结构力学设计思路 329
10.3 高温复合材料结构力学设计方法 331
10.3.1 材料的微结构设计 332
10.3.2 材料高温力学性能与行为实验表征 333
10.3.3 材料本构关系和断裂强度理论 335
10.3.4 结构功能一体化设计 340
10.3.5 结构高温强度定量评价 342
10.4 工程实践 火箭用发动机喷管结构力学设计与评价 345
10.4.1 喷管结构的服役工况与边界条件 345
10.4.2 喷管结构的承载／防隔热一体化设计 346
10.4.3 发动机喷管考核验证 348
10.5 问题与展望 349
思考题 350
拓展阅读文献 350
第11章 柔性电子器件的结构力学设计 352
11.1 研究背景 352
11.2 对电子器件结构柔性化的认识 353
11.2.1 可弯…结构 354
11.2.2 可延伸结构 354
11.3 结构柔性化设计 355
11.3.1 波浪结构 355
11.3.2 岛桥结构 362
11.3.3 三维可延伸柔性结构 366
11.3.4 柔性基体结构设计 370
11.4 问题与展望 375
思考题 376
拓展阅读文献 377
第四篇 流体力学篇
第12章 风力发电机叶片的气动设计 381
12.1 研究背景 381
12.2 对风力机叶片设计的认识 383
12.2.1 叶片设计的前提 383
12.2.2 叶片汲取风能的简化分析 384
12.2.3 叶片设计思路 386
12.3 风力机叶片的气动设计方法 389
12.3.1 几何特性描述 389
12.3.2 气动特性描述 390
12.3.3 叶素动量理论 392
12.3.4 气动弹性分析 396
12.3.5 气动设计流程 399
12.4 风力机叶片设计的工程实践 400
12.4.1 翼型族选取 400
12.4.2 气动外形设计 401
12.4.3 结构性能设计 402
12.4.4 气动弹性考核 403
12.5 问题与展望 405
思考题 405
拓展阅读文献 406
第13章 武器战斗部的聚能射流效应设计 407
13.1 研究背景 407
13.2 对聚能射流效应的认识 408
13.2.1 聚能射流的基本概念 408
13.2.2 聚能射流的形成过程 410
13.2.3 聚能射流对靶板的破甲 411
13.3 聚能射流及其破甲的近似理论 413
13.3.1 聚能射流效应的近似分析 413
13.3.2 破甲深度的近似分析 416
13.4 聚能射流效应设计方法 418
13.4.1 炸药及其装药设计 418
13.4.2 药型罩设计 419
13.4.3 炸高设计 422
13.5 反坦克火箭弹的聚能射流战斗部设计 423
13.5.1 理论设计 423
13.5.2 数值模拟和实验验证 425
13.6 问题与展望 426
思考题 427
拓展阅读文献 427
第14章 船舶螺旋桨的空泡流预报 428
14.1 研究背景 428
14.2 对螺旋桨空泡流的认识 430
14.2.1 空化的物理机制 430
14.2.2 空泡类型与关键动力因素 432
14.3 螺旋桨空泡流建模和分析 434
14.3.1 球泡动力学模型 434
14.3.2 空化模型的建立与多相流模拟 436
14.4 螺旋桨空泡流模拟及其应用 439
14.4.1 螺旋桨性能及水洞实验 440
14.4.2 均匀流场的螺旋桨空泡预报 443
14.4.3 非均匀伴流场的螺旋桨空泡预报 444
14.5 螺旋桨的梢涡空泡噪声预报 448
14.6 问题与展望 451
思考题 453
拓展阅读文献 454
第15章 高超声速飞行的流动失稳和转捩预报 455
15.1 研究背景 455
15.2 对流动失稳及转捩的认识 457
15.2.1 失稳模态与转捩路径 457
15.2.2 边界层失稳与转捩的典型结果 459
15.3 流动稳定性分析与案例 462
15.3.1 流动稳定性分析概述 462
15.3.2 特征值问题的数值求解方法 464
15.3.3 绝热平板附近流动的稳定性 465
15.3.4 流动稳定性的中性…线 468
15.4 高超声速边界层流动转捩的数值预报 469
15.4.1 湍流模式简介 469
15.4.2 流动转捩过程的间歇性 471
15.4.3 考虑扰动特征尺度的边界层转捩模式 471
15.4.4 转捩模式的考核案例 473
15.4.5 x51A飞行器风洞模型的转捩预报 475
15.5 问题与展望 477
思考题 478
拓展阅读文献 479

力学基本问题【全彩版】 目录
前言
引言 001
0.1 循史：力学的引领式发展 001
0.2 前瞻：力学3.0的构架 004
0.3  物质世界的力学 006
力学基本问题01怎样完整、清晰地定义力学的基本内涵？
力学基本问题02如何多关联地体现跨层次、跨介质的过渡？
0.4 精神世界的力学 008
第一篇 基础力学
第1章 确定性与不确定性 015
1.1 从牛顿力学到可知论到机械唯物论 015
力学基本问题03区别不同的宏观与微观场景（包括宏微观关联），如何表示力学量和力学过程内在的确定性和不确定性？我们可以精确地模拟宏观和微观世界吗？
1.2 理性力学与公理化体系 016
1.3  本原不确定性：海森堡原理 018
1.4 随机与统计：薛定谔方程的演变 019
力学基本问题04量子不确定性和非局部性背后是否有更深刻的原理?
1.5 自然法则的不确定性：对因果律的争论 020
力学基本问题05为什么可以超距实现量子信息的纠缠，它对应于什么样的信息纠缠力？
1.6 数学不确定性：非线性、分、混沌与奇怪吸引子 022
力学基本问题06我们是否能够更准确地预测灾害性事件（海啸、飓风、地震）？
1.7 信息不确定性：模糊力学 024
1.8 宏观不确定性 025
力学基本问题07有可能预知未来吗？
第2章 连续与离散 030
2.1 稠密性与连续性 030
2.2 连续与离散的跨层次交替 032
2.3  泡利不相容原理 033
2.4 量子化：能量、空间与时间 035
力学基本问题08时空的最小尺度是多少？
2.5 符号主义：数理逻辑与算符演绎 036
第3章 因果与关联 038
3.1 力学基本规律的因果陈述：从墨子到亚里士多德到牛顿 038
3.2 因果表达的对称性与美感 042
力学基本问题09宏观世界的因果表达为什么具有对称性？
3.3 从还原论到归纳法 044
3.4 唯象理论：从现象关联到数据关联 045
3.5 人工智能的三个来源 046
3.6 非结构化数据 047
3.7 关联度空间与数据驱动 048

力学基本问题10数据会主动地进行关联吗？数据什么时候会产生思想？它能否成为一种新的科学范式？
3.8 因果律与关联律的互鉴049
第4章 时间的指向与时空观052
4.1 时间指向与记忆衰减原理 052
力学基本问题11为什么时间似乎只朝一个方向流动？
力学基本问题12为什么力学定解方程的不同部分有不同的时间箭头作
用？逆时演化或多路径演化可能吗？
4.2 老化与回复 053
4.3  熵增原理与不可逆过程 054
4.4 量子态的时空观 057
力学基本问题13量子多体纠缠比量子场更为基本吗？
4.5 物质态的光速不可逾越与量子信息态的瞬时改变 058
力学基本问题14为什么真空光速为定值？我们能以光速行驶吗？
力学基本问题15我们最多可以将粒子加速到多快？
4.6 时间的最小步长 060
第5章 质量的起源与表象 062
5.1 牛顿质量：物质的含量 062
5.2 质量与速度：爱因斯坦的质能公式 063
力学基本问题16质量可以转化为能量，能量可以凝聚为质量吗？
5.3  质量与时空的交织：广义相对论与引力波 064
力学基本问题17什么是引力？
力学基本问题18爱因斯坦的广义相对论是正确的吗？
5.4 费米子与玻色子 067
力学基本问题19什么是物质的最小组成部分？
5.5 中微子的质量与中微子振荡 068
5.6 杨米尔斯场与质量的缺失 071
力学基本问题20质量的起源是什么？
5.7 质量赋予机制：希格斯理论 073
5.8 质量描述：自发对称性的破缺 075
力学基本问题21会有“万有理论”吗？
力学基本问题22能找到宇宙中所有未呈现的物质吗？
第6章 NS方程与湍流 081
6.1 千禧年的七大数学问题 081
6.2 NS方程解的存在性与光滑性 082
力学基本问题23NS问题会得到解决吗？
力学基本问题24NS方程、玻尔兹曼方程和薛定谔方程三者之间有何联系？
6.3  从机翼绕流看涡街和湍流的形成 086
6.4 湍流的统计理论 088
6.5 湍流层次律 090
力学基本问题25湍流的最终统计不变性是什么？
力学基本问题26湍流的能量级联与气体连续变化的分子自由程有关吗？
6.6 湍流的场平均与模式理论 093
力学基本问题27如何利用AI来封闭NS方程的平均场计算？
6.7 湍流的结构理论 095
6.8 湍流的能量级联 098
力学基本问题28如何融汇湍流的结构理论和统计理论？
6.9 NS方程的计算 100
第7章 涡的物质与时空描述 105
7.1 涡动力学 105
7.2 无黏流体的涡面守恒律 108
力学基本问题29涡面有物质（或类物质）的描述吗？
7.3  物质面的拉格朗日描述 109
7.4 涡面场演化的跟踪 109
力学基本问题30对涡结构有几何（或流形）描述吗？
7.5 涡面场的三参数表征理论 112
第8章 分子自由程：从稀薄气体到非牛顿流体 117
8.1 分子自由程与结构特征尺度 117
力学基本问题31如何量化流体性质与分子自由程的关系？
8.2 玻尔兹曼统计理论 118
8.3 格子玻尔兹曼方法 120
8.4 玻尔兹曼方程的矩统计 121
8.5 稀薄气体力学的四种表征形态 121
8.6 高阶矩统计 123
8.7 非牛顿流体 124
第9章 阻力与升力的极致构象 128
9.1 普朗特机翼理论 129
9.2 布拉修斯层流边界层解 132
9.3 转捩与二次扰动 133
9.4 湍流边界层 136
9.5 阻力与升力的计算 137
力学基本问题32阻力存在极小值吗？存在全域超滑行为吗？
力学基本问题33如何找到自适应的…升力构形？
9.6 高速列车与极低轨空天飞行器理论 138
第10章 燃烧与爆轰 143
10.1 热传导与辐射 143
力学基本问题34物质传热的极限是什么？
10.2 强对流 146
10.3 多相流 146
10.4 PDF方法 148
10.5 湍流燃烧 149
力学基本问题35什么样的湍流燃烧可以达到最充分的或最快的燃烧？
10.6 火焰稳定性 152
力学基本问题36可实现火焰稳定性的…高超燃马赫数是多少？
10.7 爆轰波 153
第11章 理想强度与理想硬度 161
11.1 Frenkel理想强度 161
11.2 Griffith缺陷理论 162
力学基本问题37理想强度可以实现吗？
力学基本问题38理想硬度可以实现吗？
11.3 Lindemann理论 165
11.4 Born的晶格稳定性理论 165
11.5 强硬固体的探求 166
11.6 理想硬度：缺陷移动的密集防御 167
11.7 理想强度：消除临界尺寸以上的缺陷 169
11.8 调控塑性：重塑能带的输运行为 173
力学基本问题39施加应变可以改变固体的输运性质吗？
力学基本问题40压力诱导的高温超导的微观机理是什么？
第12章 纳米尺度下的极端力学 179
12.1 低维固体 179
力学基本问题41低维固体可以在何种价键结构下形成？
12.2 Rayleigh不稳定性——EUV原理 183
12.3 从粉笔到珍珠贝 184
力学基本问题42能够产生仿生命过程的神奇固体行为吗？
12.4 高熵合金的应变熔化 186
力学基本问题43室温下单纯施加应变可以使固体直接熔化吗？
12.5 纳米冰单晶纤维的极致弹性 191
12.6 原子精度制造 195
第13章 模量的可控性与输运性能 200
13.1 光、电、磁、声、力的基本方程与斗篷理论 200
13.2 变换效应 202
力学基本问题44何种物理场（或耦合场）下的斗篷最难实现？
13.3 五模材料 203
13.4 超材料与输运性能的调制 206
力学基本问题45可以制作出真人大小的隐形斗篷吗？
13.5 能带设计与能带工程 208
第14章 缺陷运行的极限速度 214
14.1 Eshelby的位错运行极限速度 214
14.2 裂纹运行速度的禁区 215
14.3 跨声速分层理论 215
14.4 地震中的超剪切与激波 216
14.5 超声速扩展裂纹 218
14.6 超声速位错运行 220
14.7 高能流引致的缺陷演化 222
力学基本问题46缺陷传播的极限速度是什么？是波速、光速、还是超距？
第15章 可编程固体 227
15.1 多物理场下的固体变形 227
15.2 传感/致动/控制与可编程 228
力学基本问题47实现可编程固体的主要瓶颈是什么？
15.3 3D打印技术 230
15.4 4D打印技术与时空设计 231
15.5 从智柔体到生命体 234
力学基本问题48如何在智柔体中注入生命元素？
力学基本问题49物质如何被编码而成为生命材料？
力学基本问题50为什么生命需要手性？
第四篇 交力学
第16章 介质交 239
16.1 流固介质交：广义软物质 239
力学基本问题51广义软物质的力学框架是什么？
16.2 软物质力学 241
16.3 可转变性与可控制性 243
16.4 智柔体力学 243
16.5 生命力学 247
力学基本问题52人体组织或器官可以完全再生吗？
第17章 层次交 255
17.1 层次交的三种路线 255
力学基本问题53如何开展互动式层次交？
力学基本问题54集体运动的基本原理是什么？
力学基本问题55群体智能是如何出现的？
17. 2跨层次实验观察 257
力学基本问题56如何在微观层面测量界面现象？
17.3 跨层次模拟计算 259
力学基本问题57能实现全宇宙（63个量级）的宏微观跨层次模拟吗？
17.4 跨层次信号感知 262
17.5 跨层次失效控制 263
力学基本问题58如何（主动或被动地）实现跨层次失效控制？
17.6 跨层次多物理耦联 265
第18章 刚柔交 269
18.1 刚柔动力学 269
18.2 刚柔组合体的控制——达·芬奇手术机器人 271
18.3 刚柔协同控制 272
18.4 高机动性足式机器人：本征动力学 274
力学基本问题59足式机器人能达到或超越足式动物的机动性吗？
18.5 足式机器人的步态转换与地形适应 279
18.6 极高静水压力下的刚柔组合体 281
力学基本问题60极高静水压下工作的刚柔组合体要遵循什么样的设计准则？
第19章 质智交 286
19.1 物理/生命/信息三元世界 286
力学基本问题61在物理/生命/信息三元世界中，有什么类型的力？
19.2 生命力的体现 287
力学基本问题62意识存在于何处？
力学基本问题63我们可以阻止自己衰老吗？
19.3 信息力的体现 289
19.4 数字孪生与阿凡达模拟范式 291
力学基本问题64是否有可能创建有感知力的机器人？
力学基本问题65能否数字化地存储、操控和移植人类记忆？
19.5 数智能力向实质物体的迁移 293
力学基本问题66我们可以和计算机结合以形成人机混合物种吗？
19.6 通用人工智能 294
力学基本问题67量子人工智能可以模仿人脑吗？
力学基本问题68机器人或AI可以具有人类创造力吗？
力学基本问题69人工智能会取代人类吗？
结束语 298
1.宏微观结合的力学 298
力学基本问题70空间中有多少个维度？
2.多物理场共融的力学 300
3.有形与无迹之间的力学 300