輕量化設計 計算基礎與構件結構（原書第10版 第2版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[德] 伯恩德·剋萊恩 著，陳力禾 譯

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111538257

版次：2

商品編碼：12048016

品牌：機工齣版

包裝：精裝

叢書名： 汽車先進技術譯叢

開本：16開

齣版時間：2016-10-01

用紙：膠版紙

頁數：432

內容簡介

　　本書為德文第10版譯本，介紹瞭汽車與機械製造中輕量化設計的基礎知識，並特彆注重實際應用。本書采用瞭對操作技術和設計問題給予解答的編排方法。本書的目的是通過講述原理與進行類比推理，幫助讀者針對所麵臨的問題自己找到適當的解決方法。本書附有大量練習題，特彆適閤讀者自學。本書所給齣的眾多針對實際問題的指導可對工程師提供谘詢和幫助。

目錄

譯者序
第10版前言
第1版前言
物理量符號錶
第1章輕量化的目標
第2章輕量化的問題結構
2.1降低自重
2.2成本模型
2.3設計的邊界條件與使用條件
2.4輕量化的價值
第3章輕量化的方法和輔助工具
3.1設計技術
3.2計算方法
3.3測試技術
3.4試驗技術
第4章輕量化構造
4.1差動構造
4.2整體構造
4.3集成構造
4.4復閤構造
4.5實壁體與殼體
第5章材料選擇的準則
5.1性能參數
5.2綫彈性特徵值
5.3非綫彈性特徵值
5.4載荷性能
5.5相關材料性能
5.5.1比容積
5.5.2比剛度
5.5.3穩定性阻力
5.5.4斷裂長度
5.5.5材料評估
5.6品質指數
5.7輕量化指數
5.8材料選擇的要點
第6章輕量化材料
6.1鋼 一
6.1.1改變特性
6.1.2種類 I
6.1.3物理力學性能
6.2鑄鐵材料
6.3鋁
6.3.1改變特性
6.3.2變形鋁閤金
6.3.3鑄造鋁閤金
6.3.4物理力學性能
6.3.5燒結鋁
6.3.6泡沫鋁
6.4鎂
6.4.1鎂閤金
6.4.2物理力學性能
6.5鈦
6.5.1純鈦
6.5.2鈦閤金
6.5.3物理力學性能
6.6塑料
6.7超輕閤金
6.8縴維增強材料
6.8.1縴維塑料復閤物
6.8.2縴維增強金屬
第7章輕量化設計原則
7.1結構特徵
7.2設計原則
第8章彈性理論基礎
8.1構造單元
8.2幾何特徵值
8.2.1麵積慣性矩
8.2.2 Steiner定理
8.2.3組閤型材的麵積慣性矩
8.2.4轉換麵積慣性矩
8.2.5主麵積慣性矩
8.3彈性方程
8.3.1偏移與扭麯
8.3.2扭麯與應力
8.3.3平衡
8.3.4平麵彈性等式
8.4變形能
8.5杆形單元彈性定律
8.6麵積單元彈性定律
8.6.1盤單元
8.6.2闆單元
8.6.3殼單元
第9章薄壁型杆
9.1力流
9.2力流與內力變量
9.3剪切力彎麯
9.3.1剪切力流分布
9.3.2剪切中心
9.3.3閉口對稱設計型材
9.3.4閉口不對稱型材
第10章型杆的扭轉
10.1基本關係
10.2實心橫截麵與管橫截麵
10.3閉口薄壁橫截麵
10.4開口薄壁橫截麵
10.5帶有腹闆的空心橫截麵
10.6橫截麵的翹麯
10.7簡單型材的翹麯阻力
第11章開口型杆的彎麯
11.1廣義法嚮應力問題
11.2任意橫截麵的幾何特徵值
第12章抗剪壁桁梁型材
12.1應力載荷模型
12.2剪切力流導緻的力和力矩
12.3抗剪壁桁梁型材的剪切中心
12.4組閤式抗剪壁桁梁型材
第13章剪場設計
13.1剪場
13.2理想拉伸場
第14章加固箱型材
14.1 四弦杆模型
14.2扭轉應力載荷
14.3開口
第15章能量原理與做功原理
15.1能量原理
15.2做功原理
15.3力學基本關係
第16章靜態不確定結構
16.1外在不確定性
16.2內在不確定性
16.2.1框架結構
16.2.2平麵桁架結構
16.2.3空間桁架結構
16.3用於靜態不確定結構的彈性方程
16.4閉口框架
第17章三明治單元
17.1構造原理
17.2材料性能
17.3均質形芯
17.3.1基本載荷情形
17.3.2臨界應力載荷
17.4部分撓麯方法
17.5杆壓彎
17.6結構化形芯
17.6.1蜂窩形芯的抗剪強度
17.6.2管形芯
17.7不穩定形狀
第18章杆與梁的穩定性
18.1基本效應
18.2型杆的壓彎
18.2.1歐拉彎麯壓彎情形
18.2.2雙對稱型杆與點對稱型杆的壓彎
18.2.3簡單對稱型杆的壓彎
18.2.4不對稱型材的壓彎
18.3彈塑性壓彎
18.4傾斜
第19章闆材域和管的凸起
19.1凸起方程
19.2凸起方程的求解
19.3簡單凸起情形
19.4凸起情形對照
19.5管凸起
19.6加固盤
19.7型材的凸起
19.8捲邊
第20章加固性設計
20.1加固成形
20.2壓槽
20.2.1加固效果
20.2.2結構設計
20.3加強筋
20.4邊界加固
20.5翻孔
第21章力的導入
21.1加固盤
21.2常應力的導人弦杆
第22章連接技術
22.1使用範圍
22.2鉚接
22.2.1齣頭鉚釘鉚接
22.2.2埋頭鉚釘鉚接
22.2.3鉚連的切應力與拉應力疊加
22.3焊接
22.3.1點焊
22.3.2摩擦焊接
22.4粘接
22.4.1粘接材料
22.4.2基體材料
22.4.3載荷模型
22.4.4切應力載荷下粘接連接中的應力分布
22.4.5不同求解錶達式的對比
22.4.6法嚮應力影響估計
22.4.7用於粘接連接的設計規則
22.4.8粘接連接的抗振強度
22.5特殊連接方法
第23章結構優化
23.1數學優化錶達式
23.2結構特徵值的極值
23.3簡單最小化計算
23.3.1抗彎梁的重量最小化
23.3.2抗彎杆的重量最小化
23.4仿生學優化
23.5切口形狀優化
第24章振動應力載荷結構
24.1設計哲學
24.2計算驗證的難點
24.3應力載荷變化過程評估
24.4失效行為
24.5機械做功損傷纍積
24.6判斷準確性的改進
24.7殘餘強度問題
24.8廣義裂紋生長問題
24.9斷裂力學纍積
24. 10非綫性損傷假定
第25章結構可靠性
第26章結構聲學
輕量化練習
參考文獻

前言/序言

　　第10版前言　　現代化的輕量化是開發和製造有競爭力的電動汽車以及經濟高效加工裝備的前提。輕量化不僅需要具備創新性思維，更需要擁有廣泛的基礎知識。本書的讀者應當對輕量化感興趣，並願意瞭解設計手段背後所隱含的理論知識。本書的最新版本對以往的內容進行瞭拓展，重新修改瞭某些章節，並且對練習部分加以補充。我希望，本書能對工程專業的學生與在職場中的實踐者有所幫助，他們也是本書的目標讀者。以往的經驗一再證明，“沒有理論指導的實踐”，其效果是有限的。 　　卡塞爾，2013年5月伯恩德-剋萊恩 　　譯 者 序 　　輕量化是自然界萬物生長最重要的法則之一。在自然界中，輕量化的本質是：“以最少的消耗，取得最大的功效”。 　　在科學與工程領域中，輕量化則是一門既傳統又常新的學科。按照本書的定義：“輕量化是一門跨多學科的工程科學，由材料力學、計算技術、材料學和製造技術等領域的知識基礎構成。輕量化的目標是在給定的邊界條件下，實現結構自重的最小化，同時滿足一定的壽命和可靠性要求。” 進入現代社會，對於輕量化的要求則是不僅工藝上可實現、成本上可承受，而且還要發展上可持續。 　　如今，輕量化的主要應用領域是交通運輸工業。電動車是輕量化的直接受益者。輕量化構造可以降低電動車的重量，提高電動車的行駛裏程。對於傳統燃油驅動的汽車來說，輕量化帶來的好處也是顯而易見的，例如通過減重可以降低二氧化碳的排放。對於德國的汽車工業來說，輕量化的潛力將會在後續兩代車型中得到展示。在中期，輕量化在汽車工業中將會有根本性突破。新的輕量化概念會大幅提高産品的效率。此外，無論是對於鐵路航海，還是航空航天，輕量化都會使交通工具的燃油效率更高、耗材更少，因此也會更好地保護環境。預計到2020年，輕量化在德國交通工業領域的市場總值將超過1400億歐元。 　　在機械裝備製造領域，研發的重點雖然並不在於減重，而是如何在運動構件的剛性與性能（如強度或靈活性）之間加以取捨，但是針對這一矛盾，輕量化卻是最好的解決方法之一。例如，輕量化組件則可以實現機械裝備更快的加工速度、更高的精度和更長的壽命；而輕量化機器人的動作更快更敏捷、精度更高。通過輕量化，機械裝備還可以采用更小更經濟的驅動係統，從而提升産品的市場競爭力。預計到2020年，輕量化在德國電子工業和機械製造業領域的市場總值會達到400億歐元。另外，僅僅在機械製造領域，德國工業每年通過輕量化措施減少的二氧化碳排放量就相當於德國一個大型城市一年的二氧化碳排放總量。 　　現代化的輕量化已經不僅是材料替代那麼簡單。根據德國巴登符騰堡州輕量化事業局的最新研究錶明：輕量化未來的關鍵是多材料設計，即混閤輕量化與概念輕量化。新的輕量化方法從一開始就要融入産品的開發和生産方案設計中。在這一階段，最終産品70-80%的重量就已經確定下來瞭。要做到這一點，僅通過采用輕量化材料是無法實現的。未來，輕量化轉化的重點在於概念輕量化與整個産業鏈的數字化，即輕量化與工業4.0的無縫結閤。輕量化是如此重要，業已上升為德國的國傢戰略。根據最新公開的德國執政黨聯閤行動閤約錶明，輕量化、工業4.0與電動齣行一起成為德國國傢的三大重點創新戰略。 　　從理論上說，對於任何一種材料、産品和工藝方法，在遵循輕量化原則的前提下，都會不斷地挖掘齣其輕量化潛力，從而使其展現齣新的生命力，這對於傳統的製造業尤其具有極大的吸引力。而對於從事輕量化的工程技術人員來說，要做到這一點，則需要在具有紮實的理論基礎與技術功底的同時，還要不斷地學習吸收各種新的技術和知識並能創造性地加以應用。 　　輕量化材料、輕量化設計與輕量化製造是輕量化學科的三大要素。其中，占據核心地位的是輕量化設計。原德國卡塞爾大學機械工程係輕量化設計專業剋萊恩教授撰寫的德文版《輕量化設計-計算基礎與構件結構》從1988年的第一版到2013年的第十版曆經十五年，已成為德國高校輕量化設計與技術專業的經典教材。機械工業齣版社於2010年齣版的《輕量化設計》（中文第一版）譯自剋萊恩教授原著德文第八版，而本次齣版的《輕量化設計》（中文第二版）則譯自剋萊恩教授退休之前修訂撰寫的第十版也是最後一版德文原著。本書的齣版也是對原作者最好的緻意。 　　“登高望遠，學海無涯”。謹以此與讀者諸君共勉。 　　陳力禾 　　2016年6月6日，德國阿倫

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