反应堆结构力学 / 现代工程结构力学丛书
定价：￥118.00
作者： 侯钢领，李朋洲，罗家成
出版时间：2026-05-07
出版社：机械工业出版社
国家出版基金项目
- 机械工业出版社
- 9787111802273
- 1-1
- 2026-05-07
- 410
内容简介
本书共10章，主要内容有三部分：第一部分包括材料力学性能的辐照影响、弹塑性力学、板壳弹性力学、核结构力学、断裂力学等基础力学知识；第二部分包括核设施结构的应力强度对抗模型、疲劳、热棘轮、热应力、断裂等安全性能力学分析；第三部分包括核设施结构的流固耦合、地震安全和隔震减振等特殊需求的力学应用。
本书从核设施结构特有的安全问题出发，以板壳、三维结构和组合结构为主要研究对象，编写了该类结构的力学分析基础知识；根据核纵深防御安全技术要求，总结了核设施性能的分析方法及其基本原理和关键内容；立足于提高核设施的灾害安全水准，探索了应用力学方法解决核设施结构安全的关键问题。
本书适合高等院校相关核科学与技术专业和土木工程等传统专业，以及核电厂建设与运维新兴专业的高年级本科生和研究生使用，也可供核科学与技术领域的工程技术人员参考。
本书从核设施结构特有的安全问题出发，以板壳、三维结构和组合结构为主要研究对象，编写了该类结构的力学分析基础知识；根据核纵深防御安全技术要求，总结了核设施性能的分析方法及其基本原理和关键内容；立足于提高核设施的灾害安全水准，探索了应用力学方法解决核设施结构安全的关键问题。
本书适合高等院校相关核科学与技术专业和土木工程等传统专业，以及核电厂建设与运维新兴专业的高年级本科生和研究生使用，也可供核科学与技术领域的工程技术人员参考。
目录
前言
第 1 章 绪论 1
1. 1 核结构安全 1
1. 1. 1 核电厂发展历程 1
1. 1. 2 核电厂的安全要求 2
1. 2 核设施结构安全与反应堆结构
力学 3
1. 2. 1 核设施结构安全 3
1. 2. 2 反应堆结构力学 3
参考文献 4
第 2 章 核结构材料力学性能和辐照
影响 5
2. 1 材料的力学性能 6
2. 1. 1 拉伸性能试验 6
2. 1. 2 强度和塑性 8
2. 1. 3 韧性和脆性 11
2. 2 核结构材料的力学性能 14
2. 2. 1 蠕变性能 14
2. 2. 2 疲劳性能 16
2. 2. 3 冲击性能 18
2. 3 辐照影响 19
2. 3. 1 辐照作用 19
2. 3. 2 辐照损伤 21
2. 3. 3 辐照效应 23
思考 24
参考文献 24
第 3 章 结构弹塑性力学分析 25
3. 1 弹性与塑性力学的分析方法 26
3. 1. 1 位移法 26
3. 1. 2 应力法 26
3. 2 弹性变形时应力和应变的关系 26
3. 3 塑性变形时应力和应变的关系 27
3. 3. 1 增量理论 27
3. 3. 2 全量理论 29
3. 4 基本方程与问题的基本解法 30
3. 4. 1 平面问题和应力函数 33
3. 4. 2 逆解法和半逆解法 36
3. 4. 3 塑性力学的解题方法 41
3. 5 屈服准则 43
3. 5. 1 屈服准则的通用形式 43
3. 5. 2 Tresca 屈服准则 44
3. 5. 3 Mises 屈服准则 44
3. 6 屈服准则的几何表达 45
3. 6. 1 应力空间中的屈服轨迹 45
3. 6. 2 各向同性硬化材料的屈服轨迹 47
3. 7 屈服准则的实验验证 47
思考 49
参考文献 49
第 4 章 板壳结构弹性力学 50
4. 1 薄板小挠度弯曲 50
4. 1. 1 基本概念与基本假定 50
4. 1. 2 弹性薄板弯曲的平衡方程及
内力 52
4. 1. 3 边界条件 56
4. 1. 4 例题 57
4. 2 壳体的弹性力学分析 61
4. 2. 1 基本概念和计算假定 61
4. 2. 2 壳体的正交曲线坐标 62
4. 2. 3 壳体的几何方程 63
4. 2. 4 壳体的内力与物理方程 65
4. 2. 5 壳体的平衡微分方程 68
4. 2. 6 壳体的边界条件 70
4. 2. 7 薄壳的无矩理论 72
4. 3 旋转壳 74
4. 3. 1 中面的几何性质 74
4. 3. 2 无矩理论 75
4. 3. 3 轴对称问题的无矩计算 76
4. 4 柱壳 80
4. 4. 1 柱壳的无矩理论 80
4. 4. 2 柱壳的有矩理论 84
思考 87
参考文献 90
第 5 章 核结构力学性能分析 91
5. 1 核结构性能分析 91
5. 1. 1 应力强度对抗模型 91
5. 1. 2 力学性能的基本概念 91
5. 1. 3 性能要求 92
5. 1. 4 性能分析 93
5. 2 疲劳分析 96
5. 2. 1 疲劳破坏 96
5. 2. 2 疲劳分析方法 97
5. 2. 3 基于规范的疲劳累积损伤判定 100
5. 2. 4 疲劳损伤的防护 101
5. 3 热棘轮分析 101
5. 3. 1 热棘轮机理 102
5. 3. 2 热棘轮评估 103
思考 105
参考文献 105
第 6 章 核结构的断裂力学分析 106
6. 1 核结构断裂现象及其特点 106
6. 2 能量平衡理论、 张开型裂纹尖端
附近的应力和位移 109
6. 2. 1 能量平衡理论 109
6. 2. 2 张开型裂纹尖端附近的应力 110
6. 3 应力强度因子与脆性断裂的 K 准则 111
6. 3. 1 应力强度因子 111
6. 3. 2 应力强度因子与应变能释放率的
关系 112
6. 3. 3 脆性断裂的 K 准则 113
6. 4 弹塑性断裂力学 COD 准则 114
6. 4. 1 弹塑性断裂力学 114
6. 4. 2 COD 114
6. 5 J-积分准则 115
6. 5. 1 J-积分定义 115
6. 5. 2 J-积分的守恒性 116
6. 5. 3 J-积分与 KⅠ 的关系 117
6. 5. 4 J-积分断裂准则 119
6. 6 基于规范的核结构断裂力学分析 120
6. 6. 1 应力强度因子估算 120
6. 6. 2 断裂失效初步评定 126
6. 7 算例 129
思考 132
参考文献 132
第 7 章 安全壳结构热应力分析 133
7. 1 温度场及导热微分方程 133
7. 1. 1 温度场 133
7. 1. 2 导热微分方程 134
7. 2 安全壳结构温度场分布 136
7. 2. 1 安全壳结构的第三类边界条件 136
7. 2. 2 第三类与第一类边界条件的
转换 143
7. 3 安全壳结构的热应力 148
7. 3. 1 基本微分方程 149
7. 3. 2 圆筒壁热应力计算 151
7. 3. 3 球壳热应力计算 154
7. 4 内压-温度作用下安全壳承载力
分析 158
7. 4. 1 安全壳分析模型 158
7. 4. 2 安全壳平面简化承压分析 160
7. 4. 3 内压-温度作用下安全壳极限
承载力分析 165
思考 168
参考文献 168
第 8 章 安全壳水箱结构流固耦合响应
分析 170
8. 1 水箱结构流固耦合的变分原理 170
8. 1. 1 不可压缩黏性流体的功率型变分
原理 170
8. 1. 2 不可压缩黏性流体的功能型拟
变分原理 172
8. 1. 3 水箱结构流固耦合问题的应用
研究 175
8. 2 水箱结构及其液动压力 182
8. 2. 1 刚性壁水箱液动压力 182
8. 2. 2 弹性壁水箱液动压力 185
8. 3 弹性壁水箱液动压力的 Mises 应力
理论解 189
8. 3. 1 圆柱壳的有矩理论分析 189
Ⅷ
8. 3. 2 静水压力弹性壁 Mises 应力
理论解 191
8. 3. 3 液动压力弹性壁 Mises 应力
理论解 193
思考 194
参考文献 194
第 9 章 核设施结构的地震响应分析 196
9. 1 地震动随机模型与反应谱 196
9. 1. 1 地震动 196
9. 1. 2 地震动随机模型 197
9. 1. 3 核设施分析反应谱 201
9. 1. 4 核设施设计地震动加速度时程
生成方法 204
9. 2 核岛厂房的地震响应 208
9. 2. 1 核岛厂房多自由度计算模型 208
9. 2. 2 结构振型及振型的正交性 211
9. 2. 3 振型分解反应谱法 212
9. 2. 4 时程分析法 217
9. 3 核岛厂房地震安全分析 219
9. 3. 1 结构的抗力计算 219
9. 3. 2 核电厂抗震设计基准 220
9. 3. 3 核电厂地震作用分析 220
9. 4 核岛传统结构地震响应分析 221
9. 4. 1 传统结构计算模型 221
9. 4. 2 传统结构地震响应分析 222
思考 223
参考文献 223
第 10 章 核岛隔震减振结构 224
10. 1 隔振 (震) 结构的减振机理 224
10. 1. 1 共振 224
10. 1. 2 两类隔振 (震) 的减振机理 228
10. 1. 3 两类隔振 (震) 的区别和
联系 229
10. 2 普通建筑的基础隔震结构 231
10. 2. 1 基础隔震结构的特点 231
10. 2. 2 基础隔震结构的设计 232
10. 3 核岛基础隔震结构 233
10. 3. 1 核岛基础隔震结构的减振
目标 233
10. 3. 2 核岛基础隔震结构的设计 235
10. 4 消能减振结构 238
10. 4. 1 消能减振原理 238
10. 4. 2 消能减振装置 238
10. 4. 3 消能器的恢复力模型 241
10. 4. 4 消能减振结构设计 242
10. 5 基础隔震-TMD 混合隔震减振结构 243
10. 5. 1 传统 TMD 的减振机理 243
10. 5. 2 核岛基础隔震-TMD 隔震减振
结构 249
思考 254
参考文献 254
附录 张量符号记法 255
第 1 章 绪论 1
1. 1 核结构安全 1
1. 1. 1 核电厂发展历程 1
1. 1. 2 核电厂的安全要求 2
1. 2 核设施结构安全与反应堆结构
力学 3
1. 2. 1 核设施结构安全 3
1. 2. 2 反应堆结构力学 3
参考文献 4
第 2 章 核结构材料力学性能和辐照
影响 5
2. 1 材料的力学性能 6
2. 1. 1 拉伸性能试验 6
2. 1. 2 强度和塑性 8
2. 1. 3 韧性和脆性 11
2. 2 核结构材料的力学性能 14
2. 2. 1 蠕变性能 14
2. 2. 2 疲劳性能 16
2. 2. 3 冲击性能 18
2. 3 辐照影响 19
2. 3. 1 辐照作用 19
2. 3. 2 辐照损伤 21
2. 3. 3 辐照效应 23
思考 24
参考文献 24
第 3 章 结构弹塑性力学分析 25
3. 1 弹性与塑性力学的分析方法 26
3. 1. 1 位移法 26
3. 1. 2 应力法 26
3. 2 弹性变形时应力和应变的关系 26
3. 3 塑性变形时应力和应变的关系 27
3. 3. 1 增量理论 27
3. 3. 2 全量理论 29
3. 4 基本方程与问题的基本解法 30
3. 4. 1 平面问题和应力函数 33
3. 4. 2 逆解法和半逆解法 36
3. 4. 3 塑性力学的解题方法 41
3. 5 屈服准则 43
3. 5. 1 屈服准则的通用形式 43
3. 5. 2 Tresca 屈服准则 44
3. 5. 3 Mises 屈服准则 44
3. 6 屈服准则的几何表达 45
3. 6. 1 应力空间中的屈服轨迹 45
3. 6. 2 各向同性硬化材料的屈服轨迹 47
3. 7 屈服准则的实验验证 47
思考 49
参考文献 49
第 4 章 板壳结构弹性力学 50
4. 1 薄板小挠度弯曲 50
4. 1. 1 基本概念与基本假定 50
4. 1. 2 弹性薄板弯曲的平衡方程及
内力 52
4. 1. 3 边界条件 56
4. 1. 4 例题 57
4. 2 壳体的弹性力学分析 61
4. 2. 1 基本概念和计算假定 61
4. 2. 2 壳体的正交曲线坐标 62
4. 2. 3 壳体的几何方程 63
4. 2. 4 壳体的内力与物理方程 65
4. 2. 5 壳体的平衡微分方程 68
4. 2. 6 壳体的边界条件 70
4. 2. 7 薄壳的无矩理论 72
4. 3 旋转壳 74
4. 3. 1 中面的几何性质 74
4. 3. 2 无矩理论 75
4. 3. 3 轴对称问题的无矩计算 76
4. 4 柱壳 80
4. 4. 1 柱壳的无矩理论 80
4. 4. 2 柱壳的有矩理论 84
思考 87
参考文献 90
第 5 章 核结构力学性能分析 91
5. 1 核结构性能分析 91
5. 1. 1 应力强度对抗模型 91
5. 1. 2 力学性能的基本概念 91
5. 1. 3 性能要求 92
5. 1. 4 性能分析 93
5. 2 疲劳分析 96
5. 2. 1 疲劳破坏 96
5. 2. 2 疲劳分析方法 97
5. 2. 3 基于规范的疲劳累积损伤判定 100
5. 2. 4 疲劳损伤的防护 101
5. 3 热棘轮分析 101
5. 3. 1 热棘轮机理 102
5. 3. 2 热棘轮评估 103
思考 105
参考文献 105
第 6 章 核结构的断裂力学分析 106
6. 1 核结构断裂现象及其特点 106
6. 2 能量平衡理论、 张开型裂纹尖端
附近的应力和位移 109
6. 2. 1 能量平衡理论 109
6. 2. 2 张开型裂纹尖端附近的应力 110
6. 3 应力强度因子与脆性断裂的 K 准则 111
6. 3. 1 应力强度因子 111
6. 3. 2 应力强度因子与应变能释放率的
关系 112
6. 3. 3 脆性断裂的 K 准则 113
6. 4 弹塑性断裂力学 COD 准则 114
6. 4. 1 弹塑性断裂力学 114
6. 4. 2 COD 114
6. 5 J-积分准则 115
6. 5. 1 J-积分定义 115
6. 5. 2 J-积分的守恒性 116
6. 5. 3 J-积分与 KⅠ 的关系 117
6. 5. 4 J-积分断裂准则 119
6. 6 基于规范的核结构断裂力学分析 120
6. 6. 1 应力强度因子估算 120
6. 6. 2 断裂失效初步评定 126
6. 7 算例 129
思考 132
参考文献 132
第 7 章 安全壳结构热应力分析 133
7. 1 温度场及导热微分方程 133
7. 1. 1 温度场 133
7. 1. 2 导热微分方程 134
7. 2 安全壳结构温度场分布 136
7. 2. 1 安全壳结构的第三类边界条件 136
7. 2. 2 第三类与第一类边界条件的
转换 143
7. 3 安全壳结构的热应力 148
7. 3. 1 基本微分方程 149
7. 3. 2 圆筒壁热应力计算 151
7. 3. 3 球壳热应力计算 154
7. 4 内压-温度作用下安全壳承载力
分析 158
7. 4. 1 安全壳分析模型 158
7. 4. 2 安全壳平面简化承压分析 160
7. 4. 3 内压-温度作用下安全壳极限
承载力分析 165
思考 168
参考文献 168
第 8 章 安全壳水箱结构流固耦合响应
分析 170
8. 1 水箱结构流固耦合的变分原理 170
8. 1. 1 不可压缩黏性流体的功率型变分
原理 170
8. 1. 2 不可压缩黏性流体的功能型拟
变分原理 172
8. 1. 3 水箱结构流固耦合问题的应用
研究 175
8. 2 水箱结构及其液动压力 182
8. 2. 1 刚性壁水箱液动压力 182
8. 2. 2 弹性壁水箱液动压力 185
8. 3 弹性壁水箱液动压力的 Mises 应力
理论解 189
8. 3. 1 圆柱壳的有矩理论分析 189
Ⅷ
8. 3. 2 静水压力弹性壁 Mises 应力
理论解 191
8. 3. 3 液动压力弹性壁 Mises 应力
理论解 193
思考 194
参考文献 194
第 9 章 核设施结构的地震响应分析 196
9. 1 地震动随机模型与反应谱 196
9. 1. 1 地震动 196
9. 1. 2 地震动随机模型 197
9. 1. 3 核设施分析反应谱 201
9. 1. 4 核设施设计地震动加速度时程
生成方法 204
9. 2 核岛厂房的地震响应 208
9. 2. 1 核岛厂房多自由度计算模型 208
9. 2. 2 结构振型及振型的正交性 211
9. 2. 3 振型分解反应谱法 212
9. 2. 4 时程分析法 217
9. 3 核岛厂房地震安全分析 219
9. 3. 1 结构的抗力计算 219
9. 3. 2 核电厂抗震设计基准 220
9. 3. 3 核电厂地震作用分析 220
9. 4 核岛传统结构地震响应分析 221
9. 4. 1 传统结构计算模型 221
9. 4. 2 传统结构地震响应分析 222
思考 223
参考文献 223
第 10 章 核岛隔震减振结构 224
10. 1 隔振 (震) 结构的减振机理 224
10. 1. 1 共振 224
10. 1. 2 两类隔振 (震) 的减振机理 228
10. 1. 3 两类隔振 (震) 的区别和
联系 229
10. 2 普通建筑的基础隔震结构 231
10. 2. 1 基础隔震结构的特点 231
10. 2. 2 基础隔震结构的设计 232
10. 3 核岛基础隔震结构 233
10. 3. 1 核岛基础隔震结构的减振
目标 233
10. 3. 2 核岛基础隔震结构的设计 235
10. 4 消能减振结构 238
10. 4. 1 消能减振原理 238
10. 4. 2 消能减振装置 238
10. 4. 3 消能器的恢复力模型 241
10. 4. 4 消能减振结构设计 242
10. 5 基础隔震-TMD 混合隔震减振结构 243
10. 5. 1 传统 TMD 的减振机理 243
10. 5. 2 核岛基础隔震-TMD 隔震减振
结构 249
思考 254
参考文献 254
附录 张量符号记法 255
