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理性力学教程


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理性力学教程
  • 书号:9787030646330
    作者:赵亚溥
  • 外文书名:
  • 丛书名:中国科学院大学本科生教材系列
  • 装帧:平装
    开本:大16
  • 页数:531
    字数:840000
    语种:zh-Hans
  • 出版社:科学出版社
    出版时间:2020-03-01
  • 所属分类:
  • 定价: ¥158.00元
    售价: ¥126.40元
  • 图书介质:
    纸质书

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本书是为中国科学院大学工程科学学院与数学科学学院二年级本科生所撰写的教材,在体系结构上,本书较为平衡地讨论了固体力学和流体力学问题,增加了现代数学对张量的定义、拓扑、群论、微分流形上的张量分析、狄拉克符号,流体动力学客观性,脑科学的连续介质力学张量图,人工智能中的张量流(TensorFlow)、张量网络(TensorNetwork)以及连续介质力学在思维动力学、金融动力学、社会动力学和管理动力学中的应用等新内容,在使理性连续介质力学教材的现代化方面做出了深入探索。
  本书既注重对相关科学史的深入挖掘,又十分关注本学科领域的最新发展,很多文献已经更新到2019年。本书的创作过程充分地遵循了培根的名言“历史使人聪明,诗歌使人机智,数学使人精细,哲学使人深邃,道德使人严肃,逻辑与修辞使人善辩。”努力使本书成为既在专业上艰深、前沿,又活泼有趣,使本科生能够萌发对该学科的兴趣和进行深入探索的冲动!
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    前言
    第1章 基础知识 1
    §1. 理性力学、相关数学术语和空间 1
    l.1 什么是理性力学? 1
    1.2 数学术语 5
    1.3 理性力学常用的空间 11
    §2. 连续介质假设 20
    2.1 物质世界的特征尺度 20
    2.2 努森数与四种流动区间 22
    2.3 连续介质假定 24
    §3. 运动的两种描述方法——欧拉和拉格朗日观点 26
    §4. 从质点和刚体动力学到连续介质力学 30
    4.1 质点和刚体力学概述 30
    4.2 从离散到连续的微元体方法 32
    4.3 连续介质力学研究的几位先驱性的工作 36
    思考题和补充材料 38
    参考文献 60
    第2章 矢量分析 62
    §5. 矢量分析中的狄拉克符号 63
    §6. 刚体平衡的两个条件 64
    §7. 质点动力学中速度和加速度的合成 65
    §8. 克罗内克δ和置换符号 68
    8.1 克罗内克δ符号 68
    8.2 置换符号的基本定义 70
    8.3 混合积和置换符号 71
    思考题和补充材料 75
    参考文献 83
    第3章 张量代数和微积分 84
    §9. 张量的引入,二阶投影张量 84
    9.1 二阶张量作为并矢的引入 84
    9.2 现代数学对张量的引入一多重线性映射 86
    9.3 二阶投影张量的引入 88
    §10. 爱丁顿张量和张量方程的广义量纲原理 91
    §11. 张量的缩并 94
    11.1 解缩并 94
    11.2 张量的幂 95
    11.3 双缩并 95
    11.4 三缩并 97
    §12. 张量的转置、逆、对称化、反对称化,科恩不等式 97
    §13. 谱定 31 104
    13.1 谱分解定理的基本内容 104
    13.2 谱定理在应力分解中的应用 107
    §14. 数学算子一拉普拉斯和黑森算子 108
    14.1 拉普拉斯算子▽2=▽·▽=△ 109
    14.2 黑森算子▽▽=▽*▽ 109
    §15. 轻度量张量 112
    §16. 克里斯托费尔符号和联络 124
    16.1 曲纹坐标系的基矢量、黎曼度规张量 124
    16.2 第二类克里斯托费尔符号 125
    16.3 克里斯托费尔符号的应用 126
    §17. 张量的标量函数的泰勒展开 129
    17.1 多元矢量函数的泰勒展开 129
    17.2 张量的标量函数的一阶泰勒展开 130
    §18. 张量的标量函数的微分 131
    18.1 直角坐标系下的时间导数 132
    18.2 张量的标量函数的微分 132
    18.3 物质时间导数和空间时间导数之间的关系 137
    §19. 四阶单位张量、对称的四阶单位张量、四阶投影张量 138
    19.1 四阶单位张量、对称的四阶单位张量 138
    19.2 四阶投影张量 140
    思考题和补充材料 141
    参考文献 151
    第4章 旋转群,拓扑,微分流形上的张量分析 153
    §20. 理性力学中常用的群论 153
    20.1 对称与群 153
    20.2 外尔的小册子——《对称》 155
    20.3 旋转李群——SO(n)和 SU(n) 157
    20.4 理性力学中常用的正交群 161
    20.5 阿贝尔、伽罗瓦在建立群论过程中曲折经历 165
    §21. 微分流形 167
    21.1 高斯与内蕴微分几何 168
    21.2 黎曼与流形 169
    21.3 流形的定义 170
    §22. 拓扑学与拓扑相变 171
    22.1 拓扑学与亏格 171
    22.2 拓扑相变 173
    §23. 微分同胚,坐标图册,切空间,余切空间 176
    23.1 微分同胚 176
    23.2 坐标图册 178
    23.3 切空间,余切空间 180
    §24. 微分形式,外微分运算 181
    24.1 微分形式的引入 181
    24.2 外微分运算,庞加莱引理 182
    24.3 斯托克斯定理 186
    24.4 霍奇星算子和对偶 187
    24.5 霍奇星号在麦克斯韦方程组中的应用 190
    §25. 流形上的矢量和张量分析 192
    25.1 推前和拉回映射 192
    25.2 李导数 193
    25.3 黎曼度量与黎曼流形 194
    思考题和补充材料 195
    参考文献 197
    第5章 变形运动学、功共轭 198
    §26. 变形梯度F及其极分解 198
    26.1 变形梯度张量F及其转置、逆、逆的转置的详细推导 198
    26.2 变形梯度的极分解 203
    §27. 拉格朗日描述下的格林应变与欧拉描述下的阿尔曼西应变 204
    27.1 拉格朗日描述下有限变形的格林应变 204
    27.2 欧拉描述下有限变形的阿尔曼西应变 213
    §28. 赛斯-希尔应变度量 214
    28.1 希尔应变度量 214
    28.2 赛斯应变度量 216
    §29. 功共轭 218
    29.1 面元变换的南森公式 218
    29.2 基尔霍夫应力、第一类和第二类皮奥拉—基尔霍夫应力(PK1和PK2) 220
    29.3 功共轭 221
    思考题和补充材料 227
    参考文献 237
    第6章 守恒律与场方程 238
    §30. 雷诺输运定理 238
    §31. 质量守恒 240
    31.1 欧拉描述下的质量守恒方程 240
    31.2 拉格朗日描述下的质量守恒方程 242
    31.3 笛卡儿坐标系、柱坐标系和球坐标系下的质量守恒方程 243
    §32. 动量守恒 243
    32.1 动量守恒与空间平移不变性 243
    32.2 欧拉描述下流体的动量守恒方程 244
    32.3 欧拉描述下固体的动量守恒方程 244
    32.4 拉格朗日描述下固体的动量守恒方程 245
    §33. 动量矩守恒 246
    33.1 角动量守恒与空间旋转不变性 247
    33.2 柯西应力的对称性 247
    33.3 用PK1表示应力的对称性条件 247
    §34. 能量守恒 248
    34.1 能量守恒与时间平移不变性 248
    34.2 欧拉描述下流体力学的能量守恒 248
    34.3 固体力学中的动能定理 250
    34.4 固体力学中的能量守恒律 250
    §35. 熵守恒和热力学不等式 251
    35.1 熵平衡方程和熵不等式 251
    35.2 热力学第二定律在固体力学中的应用 252
    思考题和补充材料 255
    参考文献 257
    第7章 连续介质力学中的客观性 258
    §36. 标量,位移、速度、加速度矢量的欧几里得客观性 258
    36.1 欧几里得变换 258
    36.2 标量和位移矢量的欧几里得客观性 259
    36.3 速度矢量的欧几里得客观性 259
    36.4 加速度矢量的欧几里得客观性 259
    §37.张量的欧几里得客观性和客观率 261
    37.1 变形梯度张量的欧几里得客观性 261
    37.2 柯西应力的欧几里得客观性 262
    37.3 PK1和PK2应力张量的欧几里得客观性 262
    37.4 速度梯度、应变率、旋率张量的欧几里得客观性 263
    37.5 客观矢量率的定义 263
    37.6 客观张量率的定义 264
    §38. 流体动力学的客观性 265
    38.1 基本方程组 265
    38.2 基本方程组的无量纲化 267
    38.3 雷诺数相似性 268
    38.4 时空不变性 268
    38.5 时间反演不变性 269
    38.6 旋转和反射不变性 269
    38.7 伽利略不变性 270
    38.8 扩展伽利略不变性 270
    38.9 标架旋转 271
    38.10 关于虚拟力的进一步讨论 272
    思考题和补充材料 273
    参考文献 274
    第8章 本构关系 275
    §39. 理性力学中的公理 275
    39.1 本构公理的提出与建立 275
    39.2 里夫林等学者对连续介质力学公理的批评 277
    §40. 线弹性本构关系——广义胡克定律 278
    40.1 材料力学和弹性力学中的广义胡克定律(应变-应力关系式) 279
    40.2 应力-应变关系式 282
    40.3 对弹性常数的限制 283
    40.4 固体力学材料常数常用关系的简单证明 284
    §41. 流体力学本构关系 285
    41.1 帕斯卡定律和帕斯卡水桶实验 286
    41.2 流体本构关系的一般形式 286
    41.3 牛顿流体本构关系的一般形式 287
    §42. 不可压缩超弹性材料的新胡克本构模型 288
    §43. 超弹性材料的本构方程和应力 292
    43.1 用PK1表示的不可压缩(J=1)和可压缩(J≠1)的超弹性本构关系 292
    43.2 用PK2和PK1表示的可压缩和不可压缩的超弹性本构关系 293
    43.3 用柯西应力表示的可压缩和不可压缩的超弹性本构关系 294
    §44. 可压缩超弹性体材料的穆尼-里夫林本构模型 299
    思考题和补充材料 301
    参考文献 303
    第9章 虚功原理在连续介质力学中的应用 305
    §45. 微元长度、面积、体积和雅可比的变分 305
    45.1 知道虚位移后如何确定虚体积? 305
    45.2 知道虚位移后如何确定雅可比的变分? 305
    45.3 知道虚位移后如何确定微线段矢量的变分? 306
    45.4 知道虚位移后如何确定微面积矢量的变分? 307
    §46. 虚功原理在连续介质力学中的应用 308
    46.1 当前构形中的虚位移 308
    46.2 和变形梯度张量相关的变分 309
    46.3 格林和柯西应变张量的变分 309
    46.4 虚功原理 310
    §47. 贝蒂定理与材料弹性模量对称性之间的关系 311
    47.1 积分法 311
    47.2 微分法 312
    思考题和补充材料 313
    参考文献 314
    第10章 固体力学要义 315
    §48. 材料力学之提纲挈领 315
    §49. 弹性力学提法和方程 324
    49.1 弹性力学平衡方程 324
    49.2 弹性模量独立分量的个数 325
    49.3 勒让德-阿达玛不等式 331
    思考题和补充材料 334
    参考文献 338
    第11章 流体动力学 340
    §50. 从哈维的血液循环学说到血压计的发明 340
    §51. 伯努利方程的建立 342
    51.1 星光灿烂的伯努利家族 342
    51.2 伯努利定律 344
    §52. 流体力学势流问题 350
    52.1 势流的特点 350
    52.2 不可压缩流体的特性与势流方程 351
    52.3 势流的分析 351
    52.4 基本流 352
    §53. 流变体与牛顿流体 357
    53.1 流变体的定义 357
    53.2 牛顿流体 358
    53.3 牛顿流体的本构关系 359
    §54. 哈根-泊肃叶流动定律 361
    §55. 达朗贝尔佯谬 364
    55.1 马略特有关流体阻力的研究 364
    55.2 达朗贝尔佯谬 365
    §56. 纳维托克斯方程 367
    56.1 用拉格朗日方程推导纳维-斯托克斯方程 367
    56.2 纳维托克斯方程的无量纲化及无量纲数 371
    56.3 用快速匹配法获得纳维-斯托克斯方程的无量纲数 373
    56.4 相似律 374
    §57. 马赫数、马赫锥、马赫角 378
    §58. 斯托克斯阻力 379
    58.1 斯托克斯流动 379
    58.2 斯托克斯阻力公式 380
    §59. 从层流到端流的转捩 386
    59.1 雷诺1883年的经典论文 386
    59.2 卡门涡街——科学与艺术结合的典范 388
    59.3 费曼等对溫流的论述 394
    59.4 理查森的串级 394
    59.5 柯尔莫哥洛夫的K41理论的2/3标度律 395
    59.6 奥布霍夫的-5/3标度律,柯尔莫哥洛夫-奥布霍夫标度 398
    §60. 杨-拉普拉斯方程 400
    60.1 谁最先提出了表面张力的概念? 400
    60.2 应用能量法推导杨名普拉斯方程 401
    60.3 应用力平衡法推导杨^普拉斯方程 402
    60.4 应用矢量法推导杨名普拉斯方程 402
    §61. 润滑近似和液滴铺展的动力学方程 404
    61.1 润滑近似下膜厚方程的推导 404
    61.2 薄膜铺展的标度律 406
    §62. 流体动力学中的不稳定性理论 407
    62.1 里克特迈耶-梅什科夫(RM)不稳定性 407
    62.2 瑞利-泰勒(RT)不稳定性 408
    62.3 开尔文-亥姆霍兹(KH)不稳定性 409
    62.4 普拉托-瑞利(PR)不稳定性 410
    62.5 萨夫曼-泰勒(ST)不稳定性 416
    思考题和补充材料 420
    参考文献 430
    第12章 连续介质力学新发展——思维动力学、金融动力学、社会动力学、管理动力学 436
    §63. 脑科学中的首张连续介质力学张量图 436
    63.1 左脑的批判性思维与右脑的创造性思维的对比 436
    63.2 大脑发育过程的首张连续介质力学张量图 437
    63.3 思维动力学 441
    §64. 连续介质力学在人工智能中的应用一张量流和张量网络 443
    64.1 麦卡锡是如何受冯·诺依曼启发创始人工智能这一学科的? 443
    64.2 机器学习在材料设计中的应用 448
    64.3 深度学习 448
    64.4 张量流 451
    64.5 维度坦咒与张量网络 451
    §65. 连续介质力学在社会动力学、金融动力学和管理学动力学中的应用 453
    65.1 社会心理学中的场论和生活空间 453
    65.2 连续介质力学在社会动力学中的应用 455
    65.3 金融动力学 460
    65.4 弹性、刚性、柔性、韧性等概念在社会及管理动力学上的推广和延深 467
    65.5 黏性概念在社会及管理动力学上的推广和延深 469
    65.6 金融动力学中的艾略特波浪理论 470
    65.7 金融数学 472
    思考题和补充材料 474
    参考文献 478
    附录A 和本书内容相关的科学大事年表 481
    附录B 连续介质力学中的相关物理量 485
    附录C 连续介质力学中的无量纲数 490
    附录D 弗雷歇导数和加托导数 493
    D.1 可微、可偏导、连续的关系 493
    D.2 弗雷歇导数、加托导数 495
    附录E 玻尔兹曼动理学方程、BBGKY级联、利用玻尔兹曼方程对连续介质力学守恒律的证明 499
    E.1 玻尔兹曼动理学方程(1872) 499
    E.2 BBGKY级联 500
    E.3 应用玻尔兹曼方程对连续介质力学守恒律的证明 502
    E.4 结束语 506
    参考文献 508
    索引 509
    人像索引 529
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