新書推薦(1)——《工程結構優化設計》
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| 《工程結構優化設計》 |
（中國工程院院士吳中如） 由蔡新教授等編著的《工程結構優化設計》一書，即將由中國水利水電出版社出版，我很榮幸能閱讀原稿，并欣然應允為本書寫篇序言。 工程結構設計是建立結構方案的過程。隨著計算機軟硬件的飛速發展，借助于計算機，利用數學、力學等方法對工程結構進行最優化設計得到了廣泛的應用。結構優化設計與傳統結構設計均遵循相似的設計原則和設計過程。所不同的是傳統設計缺乏安全性和經濟性等衡量的標準；而最優設計是在明確結構的經濟性與安全性等指標下，結合計算機輔助設計，很方便地實現分析計算、設計、出圖等全過程的自動化，提高了設計效率和質量。 作者十多年來在水工結構工程、建筑與土木工程、港口航道工程、交通工程等領域做了大量的科研項目和工程項目。在結構優化設計的理論與方法及其應用研究方面取得了一大批成果，在總結研究成果的基礎上，吸收國內外優化理論成果，撰寫成此書。 本書首先詳細闡述了結構最優化設計的理論與方法，包括最優化設計的基本概念，優化準則法，無約束優化方法，線性規劃法，非線性規劃法，結構設計靈敏度分析等，還介紹了現代最新研究的不確定性優化方法，拓撲優化方法的概念，使讀者對“優化”這一概念有較全面的認識和理解。然后著重介紹了優化設計理論在實際工程中的應用。包括土木工程中鋼筋混凝土梁、柱及結構的優化設計；地下埋管結構的優化設計；水利工程中水庫大壩如重力壩、拱壩、土石壩，渡槽結構等的優化設計；港航交通工程中碼頭結構的優化設計等。針對不同的研究對象，建立合適的優化設計數學模型，選擇適當的優化方法，解決了多個工程的實際問題。因此本書既有詳細的理論方法內容，又有豐富的工程應用實例，是典型的理論聯系實際的著作。不僅具有較高的學術水平，而且具有重要的參考應用價值。可作為高等學校水利、水電、土木、港航和工程力學等專業的本科生與研究生的教材或教學參考書，也可供從事水利水電工程、建筑與土木工程、港口航道工程等領域的工程技術人員參考。 2002年12月 隨著我國改革開放的深入，經濟實力的不斷提升，我國基礎設施的建設上了一個新的臺階。大中小型土木建筑工程、水利水電工程、交通能源工程等可持續發展建設項目的開發利用正在與時俱進。這些工程項目的建設離不開規劃設計，而結構設計是其中的一部分。結構設計是創造結構方案的過程，傳統的結構設計是設計者按設計要求和設計者的實踐經驗，參考類似工程，通過判斷創造結構方案，然后進行力學分析或按規范要求作安全校核，再修改設計。這一過程繁復，且往往只能創造出可行方案。而結構優化設計則把力學概念和優化技術有機地結合，根據設計要求，使參與計算的量部分以變量出現，形成全部可能的結構設計方案域，利用數學手段在域中找出滿足預定要求的不僅可行而且最好的設計方案。實踐證明，結構優化設計能縮短設計周期、提高設計質量和水平，取得顯著的經濟效益和社會效益。 本書稿的講義在河海大學工程力學、土木建筑工程等專業本科生、研究生中試用了多年，其間曾作過修訂，并一直得到了楊仲侯教授、王德信教授等的悉心指導，凝聚了河海大學結構優化設計與CAD研究室成員的心血。在此一并表示感謝。這次正式出版之際，對全書內容又作了適當的調整，吸收了同類書籍理論精華，在總結作者十多年來所進行的科研項目的研究成果和經驗體會的基礎上，撰寫成本書。 本書分兩篇，第一篇“結構優化設計基本理論”，第二篇為“工程結構優化設計”。全書共13章。主要介紹結構優化設計基本理論及其在水利工程、土木工程、港口工程等領域的實際應用。由蔡新主編，蔡新、郭興文、張旭明編著。孫林松、謝能剛、方維鳳、吳威也參加了部分編寫工作。姜冬菊、楊建貴、方忠強及楊付權、杜榮強等參加了例題的計算校核工作。張媛、張梅靜、張允領承擔了書稿的排版及CAD繪圖和校對工作。 本書稿在定稿出版過程中還得到了清華大學博士生導師范欽珊教授的指導、關心和幫助，特此致謝。 本書稿由河海大學博士生導師王德信教授和水利部、交通部、電力工業部南京水利科學研究院博士生導師張瑞凱教授擔任主審。他們對本書的初稿進行了詳細的審閱，提出了寶貴的修改意見，作者表示誠摯的謝意。 限于作者水平，書中難免存在不妥和謬誤之處，懇請讀者批評指正。 本書受水利部、交通部、電力工業部南京水利科學研究院出版基金資助出版。
本書主要介紹結構優化設計的基本概念、方法及其在土木、水利、港航等工程中的應用。分上、下兩篇，上篇介紹結構優化設計的基本概念、優化準則法、無約束優化法、線性規劃法、非線性規劃法、結構設計靈敏度分析、模糊優化法和拓撲優化法的概念；下篇介紹工程結構中梁柱及混凝土結構的優化設計、地下埋管、渡槽、重力壩、拱壩、土石壩、高樁碼頭等結構的優化設計。 本書內容廣泛、注重理論聯系實際，所列算例多為工程實例。 本書可作為高等學校土木、水利、港航、工程力學等專業的本科生、研究生的教材或教學參考書，也 可供從事水利水電工程、建筑與土木工程、港口與航道工程及其他相關工程領域的工程技術人員閱讀參考。 序 前言 第一篇 結構優化設計基本理論 第1章 最優化設計的基本概念 1.1 函數的極值 1.2 普通設計與最優化設計 1.3 結構最優化設計的基本概念 1.4 工程結構優化設計發展 第2章 最優準則法 2.1 滿應力設計 2.2 齒行法 2.3 桁架滿位移設計 2.4 能量準則法 習題 第3章 無約束極值問題 3.1 “成功-失敗”法 3.2 Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ法 3.3 0.６１８法 3.4 牛頓法 3.5 變尺度法 3.6 共軛方向法 第4章 線性規劃 4.1 線性規劃問題的數學模型 4.2 線性規劃問題的解法 4.3 線性規劃的對偶問題 習題 第5章 非線性規劃 5.1 拉格朗日乘子法 5.2 庫恩-塔克條件 5.3 罰函數法 5.4 可行方向法 5.5 復形法 5.6 序列二次規劃 5.7 罰乘子法 習題 第6章 結構設計靈敏度分析 6.1 有限差分法 6.2 半解析法 6.3 基于有限單元法的解析設計靈敏度分析 第7章 結構拓撲優化設計 7.1 結構拓撲優化設計的思想 7.2 “自洽”原則 7.3 均勻化方法 第8章 結構模糊優化設計 8.1 模糊性的基本概念 8.2 結構設計中的模糊因素 8.3 普通結構的模糊優化設計 8.4 模糊荷載作用下結構的優化設計 8.5 雙目標兩層次模糊優化設計 第二篇 工程結構優化設計 第9章 簡單結構的優化設計 9.1 構件的優化設計 9.2 鋼筋混凝土結構的優化設計 9.3 薄腹梁渡槽槽身結構優化設計 9.4 地下埋管結構優化設計 第10章 重力壩斷面優化設計 10.1 實體重力壩斷面優化設計 10.2 寬縫重力壩斷面優化設計 10.3 空腹重力壩斷面優化設計 10.4 大頭壩優化設計 10.5 考慮深層滑動的重力壩優化設計 第11章 拱壩體型優化設計 11.1 描述拱壩體型的幾何模型 11.2 拱壩體型優化設計數學模型 11.3 拱壩體型優化中的結構分析方法 11.4 拱壩體型多目標模糊優化設計 11.5 工程實例 第12章 土石壩斷面優化設計 12.1 巖基上混凝土面板堆石壩斷面優化設計 12.2 覆蓋層地基上混凝土面板堆石壩斷面優化設計 12.3 土質心墻堆石壩斷面優化設計 12.4 土石壩廣義模糊優化設計 第13章 板梁式高樁碼頭整體優化設計 13.1結構分析原則 13.2高樁碼頭結構的整體優化設計原則 13.3構件的局部最優化設計原則 13.4工程算例 |
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