轻量化设计 计算基础与构件结构（原书第10版 第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[德] 伯恩德·克莱恩 著，陈力禾 译

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111538257

版次：2

商品编码：12048016

品牌：机工出版

包装：精装

丛书名： 汽车先进技术译丛

开本：16开

出版时间：2016-10-01

用纸：胶版纸

页数：432

内容简介

　　本书为德文第10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。本书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。

目录

译者序
第10版前言
第1版前言
物理量符号表
第1章轻量化的目标
第2章轻量化的问题结构
2.1降低自重
2.2成本模型
2.3设计的边界条件与使用条件
2.4轻量化的价值
第3章轻量化的方法和辅助工具
3.1设计技术
3.2计算方法
3.3测试技术
3.4试验技术
第4章轻量化构造
4.1差动构造
4.2整体构造
4.3集成构造
4.4复合构造
4.5实壁体与壳体
第5章材料选择的准则
5.1性能参数
5.2线弹性特征值
5.3非线弹性特征值
5.4载荷性能
5.5相关材料性能
5.5.1比容积
5.5.2比刚度
5.5.3稳定性阻力
5.5.4断裂长度
5.5.5材料评估
5.6品质指数
5.7轻量化指数
5.8材料选择的要点
第6章轻量化材料
6.1钢 一
6.1.1改变特性
6.1.2种类 I
6.1.3物理力学性能
6.2铸铁材料
6.3铝
6.3.1改变特性
6.3.2变形铝合金
6.3.3铸造铝合金
6.3.4物理力学性能
6.3.5烧结铝
6.3.6泡沫铝
6.4镁
6.4.1镁合金
6.4.2物理力学性能
6.5钛
6.5.1纯钛
6.5.2钛合金
6.5.3物理力学性能
6.6塑料
6.7超轻合金
6.8纤维增强材料
6.8.1纤维塑料复合物
6.8.2纤维增强金属
第7章轻量化设计原则
7.1结构特征
7.2设计原则
第8章弹性理论基础
8.1构造单元
8.2几何特征值
8.2.1面积惯性矩
8.2.2 Steiner定理
8.2.3组合型材的面积惯性矩
8.2.4转换面积惯性矩
8.2.5主面积惯性矩
8.3弹性方程
8.3.1偏移与扭曲
8.3.2扭曲与应力
8.3.3平衡
8.3.4平面弹性等式
8.4变形能
8.5杆形单元弹性定律
8.6面积单元弹性定律
8.6.1盘单元
8.6.2板单元
8.6.3壳单元
第9章薄壁型杆
9.1力流
9.2力流与内力变量
9.3剪切力弯曲
9.3.1剪切力流分布
9.3.2剪切中心
9.3.3闭口对称设计型材
9.3.4闭口不对称型材
第10章型杆的扭转
10.1基本关系
10.2实心横截面与管横截面
10.3闭口薄壁横截面
10.4开口薄壁横截面
10.5带有腹板的空心横截面
10.6横截面的翘曲
10.7简单型材的翘曲阻力
第11章开口型杆的弯曲
11.1广义法向应力问题
11.2任意横截面的几何特征值
第12章抗剪壁桁梁型材
12.1应力载荷模型
12.2剪切力流导致的力和力矩
12.3抗剪壁桁梁型材的剪切中心
12.4组合式抗剪壁桁梁型材
第13章剪场设计
13.1剪场
13.2理想拉伸场
第14章加固箱型材
14.1 四弦杆模型
14.2扭转应力载荷
14.3开口
第15章能量原理与做功原理
15.1能量原理
15.2做功原理
15.3力学基本关系
第16章静态不确定结构
16.1外在不确定性
16.2内在不确定性
16.2.1框架结构
16.2.2平面桁架结构
16.2.3空间桁架结构
16.3用于静态不确定结构的弹性方程
16.4闭口框架
第17章三明治单元
17.1构造原理
17.2材料性能
17.3均质形芯
17.3.1基本载荷情形
17.3.2临界应力载荷
17.4部分挠曲方法
17.5杆压弯
17.6结构化形芯
17.6.1蜂窝形芯的抗剪强度
17.6.2管形芯
17.7不稳定形状
第18章杆与梁的稳定性
18.1基本效应
18.2型杆的压弯
18.2.1欧拉弯曲压弯情形
18.2.2双对称型杆与点对称型杆的压弯
18.2.3简单对称型杆的压弯
18.2.4不对称型材的压弯
18.3弹塑性压弯
18.4倾斜
第19章板材域和管的凸起
19.1凸起方程
19.2凸起方程的求解
19.3简单凸起情形
19.4凸起情形对照
19.5管凸起
19.6加固盘
19.7型材的凸起
19.8卷边
第20章加固性设计
20.1加固成形
20.2压槽
20.2.1加固效果
20.2.2结构设计
20.3加强筋
20.4边界加固
20.5翻孔
第21章力的导入
21.1加固盘
21.2常应力的导人弦杆
第22章连接技术
22.1使用范围
22.2铆接
22.2.1出头铆钉铆接
22.2.2埋头铆钉铆接
22.2.3铆连的切应力与拉应力叠加
22.3焊接
22.3.1点焊
22.3.2摩擦焊接
22.4粘接
22.4.1粘接材料
22.4.2基体材料
22.4.3载荷模型
22.4.4切应力载荷下粘接连接中的应力分布
22.4.5不同求解表达式的对比
22.4.6法向应力影响估计
22.4.7用于粘接连接的设计规则
22.4.8粘接连接的抗振强度
22.5特殊连接方法
第23章结构优化
23.1数学优化表达式
23.2结构特征值的极值
23.3简单最小化计算
23.3.1抗弯梁的重量最小化
23.3.2抗弯杆的重量最小化
23.4仿生学优化
23.5切口形状优化
第24章振动应力载荷结构
24.1设计哲学
24.2计算验证的难点
24.3应力载荷变化过程评估
24.4失效行为
24.5机械做功损伤累积
24.6判断准确性的改进
24.7残余强度问题
24.8广义裂纹生长问题
24.9断裂力学累积
24. 10非线性损伤假定
第25章结构可靠性
第26章结构声学
轻量化练习
参考文献

前言/序言

　　第10版前言　　现代化的轻量化是开发和制造有竞争力的电动汽车以及经济高效加工装备的前提。轻量化不仅需要具备创新性思维，更需要拥有广泛的基础知识。本书的读者应当对轻量化感兴趣，并愿意了解设计手段背后所隐含的理论知识。本书的最新版本对以往的内容进行了拓展，重新修改了某些章节，并且对练习部分加以补充。我希望，本书能对工程专业的学生与在职场中的实践者有所帮助，他们也是本书的目标读者。以往的经验一再证明，“没有理论指导的实践”，其效果是有限的。 　　卡塞尔，2013年5月伯恩德-克莱恩 　　译 者 序 　　轻量化是自然界万物生长最重要的法则之一。在自然界中，轻量化的本质是：“以最少的消耗，取得最大的功效”。 　　在科学与工程领域中，轻量化则是一门既传统又常新的学科。按照本书的定义：“轻量化是一门跨多学科的工程科学，由材料力学、计算技术、材料学和制造技术等领域的知识基础构成。轻量化的目标是在给定的边界条件下，实现结构自重的最小化，同时满足一定的寿命和可靠性要求。” 进入现代社会，对于轻量化的要求则是不仅工艺上可实现、成本上可承受，而且还要发展上可持续。 　　如今，轻量化的主要应用领域是交通运输工业。电动车是轻量化的直接受益者。轻量化构造可以降低电动车的重量，提高电动车的行驶里程。对于传统燃油驱动的汽车来说，轻量化带来的好处也是显而易见的，例如通过减重可以降低二氧化碳的排放。对于德国的汽车工业来说，轻量化的潜力将会在后续两代车型中得到展示。在中期，轻量化在汽车工业中将会有根本性突破。新的轻量化概念会大幅提高产品的效率。此外，无论是对于铁路航海，还是航空航天，轻量化都会使交通工具的燃油效率更高、耗材更少，因此也会更好地保护环境。预计到2020年，轻量化在德国交通工业领域的市场总值将超过1400亿欧元。 　　在机械装备制造领域，研发的重点虽然并不在于减重，而是如何在运动构件的刚性与性能（如强度或灵活性）之间加以取舍，但是针对这一矛盾，轻量化却是最好的解决方法之一。例如，轻量化组件则可以实现机械装备更快的加工速度、更高的精度和更长的寿命；而轻量化机器人的动作更快更敏捷、精度更高。通过轻量化，机械装备还可以采用更小更经济的驱动系统，从而提升产品的市场竞争力。预计到2020年，轻量化在德国电子工业和机械制造业领域的市场总值会达到400亿欧元。另外，仅仅在机械制造领域，德国工业每年通过轻量化措施减少的二氧化碳排放量就相当于德国一个大型城市一年的二氧化碳排放总量。 　　现代化的轻量化已经不仅是材料替代那么简单。根据德国巴登符腾堡州轻量化事业局的最新研究表明：轻量化未来的关键是多材料设计，即混合轻量化与概念轻量化。新的轻量化方法从一开始就要融入产品的开发和生产方案设计中。在这一阶段，最终产品70-80%的重量就已经确定下来了。要做到这一点，仅通过采用轻量化材料是无法实现的。未来，轻量化转化的重点在于概念轻量化与整个产业链的数字化，即轻量化与工业4.0的无缝结合。轻量化是如此重要，业已上升为德国的国家战略。根据最新公开的德国执政党联合行动合约表明，轻量化、工业4.0与电动出行一起成为德国国家的三大重点创新战略。 　　从理论上说，对于任何一种材料、产品和工艺方法，在遵循轻量化原则的前提下，都会不断地挖掘出其轻量化潜力，从而使其展现出新的生命力，这对于传统的制造业尤其具有极大的吸引力。而对于从事轻量化的工程技术人员来说，要做到这一点，则需要在具有扎实的理论基础与技术功底的同时，还要不断地学习吸收各种新的技术和知识并能创造性地加以应用。 　　轻量化材料、轻量化设计与轻量化制造是轻量化学科的三大要素。其中，占据核心地位的是轻量化设计。原德国卡塞尔大学机械工程系轻量化设计专业克莱恩教授撰写的德文版《轻量化设计-计算基础与构件结构》从1988年的第一版到2013年的第十版历经十五年，已成为德国高校轻量化设计与技术专业的经典教材。机械工业出版社于2010年出版的《轻量化设计》（中文第一版）译自克莱恩教授原著德文第八版，而本次出版的《轻量化设计》（中文第二版）则译自克莱恩教授退休之前修订撰写的第十版也是最后一版德文原著。本书的出版也是对原作者最好的致意。 　　“登高望远，学海无涯”。谨以此与读者诸君共勉。 　　陈力禾 　　2016年6月6日，德国阿伦

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