内容简介

前言

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内容简介

本书为德文第八版译本，介绍了汽车与机械制造中轻量化设计的基础知识，并特别注重实际应用。本书采用了对操作技术和设计问题给予解答的编排方法。本书的目的是通过讲述原理与进行类比推理，帮助读者针对所面临的问题自己找到适当的解决方法。本书附有大量练习题，特别适合读者自学。书中所给出的众多针对实际问题的指导可对工程师提供咨询和帮助。

前言

在本书又一次售罄之后，很多同学和同行希望我能推出新的版本。我很愿意遵循这些建议，因为在过去的几年里，本书已经成为高校和生产实践中的教材。一些同事指出，随着轻量化的发展，结构声学变得越来越重要。基于此，我在本版中加入了新的一章和一些练习题。在该版本里的其他改动则覆盖了轻量化设计领域发展的最新内容。

如以前出版的版本一样，本书的修订工作得到了轻量化专业同事的大力支持。在此特别要感谢温特女士，她负责了编辑校对工作，并完成了电子版的文稿。 卡塞尔，2009年1月

伯恩德·克莱恩

图书在版编目（CIP）数据

书名：轻量化设计：计算基础与构件结构丛书：汽车先进技术译丛

作者：（德）Ｂ.克莱恩著；陈力禾译

出版社：机械工业出版社

出版时间：2010年11月第1版第1次印刷

标准书号：ISBN 978-7-111-31567-4

定价：83.00元

目录

第8版前言

第1版前言

物理量符号表

书中常见的德文缩写含义

1.轻量化的目标1

2.轻量化的问题结构3

2.1降低自重3

2.2成本模型5

2.3设计的边界条件与使用条件6

3.轻量化的方法和辅助工具9

3.1设计技术9

3.2计算方法11

3.3测试技术12

3.4试验技术13

4.轻量化构造15

4.1差动构造15

4.2整体构造16

4.3集成构造16

4.4复合构造17

4.5实壁体与壳体18

5.材料选择的准则19

5.1性能参数19

5.2线弹性特征值19

5.3非线弹性特征值21

5.4载荷性能23

5.5相关材料性能24

5.5.1比容积24

5.5.2比刚度24

5.5.3稳定性阻力25

5.5.4断裂系数25

5.5.5材料评估25

5.6品质指数25

5.7轻量化指数26

5.8材料选择的要点29

6.轻量化材料31

6.1钢31

6.1.1改变特性32

6.1.2种类32

6.1.3物理力学性能34

6.2铸铁材料34

6.3铝35

6.3.1改变特性36

6.3.2变形铝合金36

6.3.3铸造铝合金37

6.3.4物理力学性能38

6.3.5烧结铝38

6.3.6泡沫铝39

6.4镁40

6.4.1镁合金40

6.4.2物理力学性能42

6.5钛42

6.5.1纯钛43

6.5.2钛合金43

6.5.3物理力学性能44

6.6塑料45

6.7超轻合金45

6.8纤维增强材料47

6.8.1纤维增强塑料47

6.8.2纤维增强金属51

7.轻量化设计原则54

7.1结构特征55

7.2设计原则55

8.弹性理论基础62

8.1构造单元62

8.2几何特征值63

8.2.1面积惯性矩63

8.2.2Steiner定理64

8.2.3组合型材的面积惯性矩65

8.2.4转换面积惯性矩65

8.2.5主面积惯性矩67

8.3弹性方程67

8.3.1偏移与扭曲67

8.3.2扭曲与应力69

8.3.3平衡70

8.3.4平面弹性等式71

8.4变形能72

8.5杆形单元弹性定律73

8.6面积单元弹性定律74

8.6.1盘单元74

8.6.2板单元78

8.6.3壳单元83

9.薄壁型杆86

9.1力流86

9.2力流与内力变量89

9.3剪切力弯曲90

9.3.1剪切力流分布90

9.3.2剪切中心91

9.3.3闭口对称设计型材94

9.3.4闭口不对称型材96

10.型杆的扭转100

10.1基本关系100

10.2实心横截面与管横截面101

10.3闭口薄壁横截面103

10.4开口薄壁横截面105

10.5带有腹板的空心横截面107

10.6横截面的翘曲109

10.7简单型材的翘曲阻力112

11.开口型杆的弯曲116

11.1广义法向应力问题116

11.2任意横截面的几何特征值119

12.抗剪壁桁梁型材122

12.1应力载荷模型122

12.2剪切力流导致的力和力矩124

12.3抗剪壁桁梁型材的剪切中心125

12.4组合式抗剪壁桁梁型材126

13.剪场设计128

13.1剪场128

13.2理想拉伸场129

14.加固箱式型材134

14.1四弦杆模型134

14.2扭转应力载荷135

14.3开口138

15.能量原理与做功原理142

15.1能量原理142

15.2做功原理144

16.静态不确定结构147

16.1外在不确定性147

16.2内在不确定性148

16.2.1框架结构148

16.2.2平面桁架结构148

16.2.3空间桁架结构149

16.3用于静态不确定结构的弹性方程150

16.4闭口框架150

17.三明治构件153

17.1构造原理153

17.2材料性能154

17.3均质形芯156

17.3.1基本载荷情形156

17.3.2临界应力载荷160

17.4部分挠曲方法161

17.5杆压弯163

17.6结构化形芯164

17.6.1蜂窝形芯的抗剪强度164

17.6.2管形芯167

17.7不稳定形状169

18.杆与梁的稳定性171

18.1基本效应171

18.2型杆的压弯172

18.2.1欧拉弯曲压弯情形172

18.2.2双对称与点对称型杆的压弯175

18.2.3简单对称型杆的压弯176

18.2.4不对称型材的压弯177

18.3弹塑性压弯178

18.4倾斜181

19.板材域和管的凸起184

19.1凸起方程184

19.2凸起方程的求解185

19.3简单凸起情形187

19.4凸起情形对照190

19.5管凸起193

19.6加固盘195

19.7型材的凸起198

19.8卷边201

20.加固性设计205

20.1壳状构造205

20.2压槽206

20.2.1加固效果206

20.2.2设计实现211

20.3加强肋212

20.4边界加固214

20.5翻孔214

21.力的导入216

21.1加固盘216

21.2常应力的导入弦杆220

22.连接技术223

22.1使用范围223

22.2铆接224

22.2.1出头铆钉连接224

22.2.2埋头铆钉连接226

22.2.3铆接的切应力与拉应力叠加227

22.3焊接229

22.4粘接232

22.4.1粘接材料232

22.4.2基体材料234

22.4.3应力载荷模型234

22.4.4切应力载荷下粘接连接中的应力分布235

22.4.5不同求解表达式的对比240

22.4.6法向应力影响估计241

22.4.7用于粘接连接的设计规则243

22.4.8粘接连接的抗振强度245

22.5特殊连接方法247

23.结构优化249

23.1数学优化表达式249

23.2结构参数的极值251

23.3简单最小化计算253

23.3.1抗弯梁的重量最小化253

23.3.2压弯杆的重量最小化255

23.4简化的数值优化方法257

24.振动应力载荷结构261

24.1设计哲学261

24.2计算验证的难点262

24.3应力载荷变化过程评估262

24.4失效行为266

24.5机械做功损伤累积269

24.6判断准确性的改进274

24.7残余强度问题276

24.8广义裂纹生长问题280

24.9机械断裂累积284

24.10非线性损伤假定286

25.结构可靠性290

25.1可靠性分析290

25.2布尔基本排列290

25.3静态使用292

25.4随机失效294

25.5早期失效和磨损失效295

26.结构声学297

26.1噪声的起因297

26.2声学行为298

26.3固体声传播299

26.4波形应力载荷301

26.5阻抗302

26.6理想结构的阻抗303

26.7加固措施的量化304

26.8材料与连接技术的影响306

轻量化练习307

练习1 2.2节“成本模型”练习309

练习2 第5章和第6章“材料性能/轻量化材料”练习312

练习3 第6章“轻量化材料”练习321

练习4 第7章“构造原理”练习324

练习5 8.5节“杆形构件”练习326

练习6 8.6.1节“盘构件”练习329

练习7 9.1、9.2节“薄壁型材的力流”练习332

练习8 9.3.2节“剪切中心”练习335

练习9 10.4节“开口薄壁横截面”练习337

练习10 10.5节“带隔板的空心横截面”练习339

练习11 10.6节“横截面扭曲”练习341

练习12 10.6节“横截面的翘曲”练习343

练习13 10.6、10.7节“翘曲力扭转”练习345

练习14 第13章“剪场设计”练习348

练习15 第14章“箱型梁的加固”练习350

练习16 15.1节“能量原理”练习353

练习17 15.2节“被动变形功”练习355

练习18 15.2节“做功原理”练习357

练习19 16.4节“封闭框架”练习362

练习20 17.1节“三明治件?构造原理”练习364

练习21 17.4节“三明治件?部分挠曲”练习367

练习22 18.2节“型杆压弯”练习370

练习23 18.2.2节“双对称型杆压弯”练习373

练习2418.2节“型杆压弯”练习376

练习25 18.4节“不对称型材的压弯”练习378

练习26 第19章“板场凸起”练习381

练习27 20.2节“压槽”练习385

练习28 20.5节“翻孔”练习387

练习29 第23章“结构优化”练习389

练习30 第24章“振动应力载荷结构”练习392

练习31 24.8节“广义裂纹生长问题”练习395

练习32 26.4节“阻抗的确定”练习397

练习33 26.4节“隔离振动下的阻抗”练习402

参考文献404