Mechanical Engineering Design

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出版者:McGraw-Hill Education
作者:Shigley
出品人:
页数:1088
译者:
出版时间:2003-7
价格:GBP 105.11
装帧:Hardcover
isbn号码:9780072520361
丛书系列:
图书标签:
  • engineering
  • technology
  • 机械工程
  • 机械设计
  • 工程设计
  • 机械原理
  • 设计方法
  • 工程力学
  • 材料力学
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  • CAD/CAM
  • 创新设计
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具体描述

《结构力学原理与工程应用》 本书深入探讨了结构力学这一工程学科的基石,系统性地阐述了材料在各种载荷作用下的变形和受力行为。它不仅涵盖了经典力学理论,还聚焦于这些理论在现代工程设计中的实际应用,旨在为读者提供一个扎实的理论基础和解决实际工程问题的能力。 核心内容概述: 1. 基本概念与理论回顾: 应力与应变: 详细介绍应力(正应力、剪应力)和应变(正应变、剪应变)的定义,以及它们之间的关系。通过具体的例子,阐释应力应变在材料内部的分布规律,以及如何描述材料的变形程度。 材料本构关系: 深入讲解线弹性、塑性、粘弹性等不同材料在不同应力状态下的力学响应。着重分析胡克定律、屈服准则(如冯·米塞斯屈服准则、特雷斯卡屈服准则)以及应变硬化等概念,为理解材料的宏观力学行为奠定基础。 弹性力学基础: 介绍连续介质力学的基本方程,包括平衡方程、几何方程和本构方程。重点讲解应力张量、应变张量以及它们之间的关系,以及在三维空间中分析应力分布的通用方法。 能量原理: 阐述虚功原理、最小势能原理等重要的能量方法,展示如何利用能量守恒来分析结构的力学行为,解决复杂结构的问题,并探讨这些原理在数值计算方法中的应用。 2. 梁的弯曲与变形: 梁的分类与载荷: 介绍不同类型的梁(悬臂梁、简支梁、连续梁等)以及作用在梁上的各种载荷(集中力、均布力、力偶等)。 弯矩与剪力图: 详细讲解如何绘制梁的弯矩图和剪力图,以及这些图表如何反映梁内的应力分布。 挠度计算: 介绍计算梁在弯曲作用下的挠度(变形)的方法,包括微分方程法、积分法、弯矩面积法等,并给出不同边界条件下梁的挠度公式。 应力分析: 分析梁在弯曲作用下的正应力和剪应力,特别是如何根据弯矩和剪力计算横截面上的最大应力。 3. 柱的稳定性与失稳: 压杆失稳(屈曲): 深入分析细长压杆在轴向压力作用下可能发生的屈曲现象,介绍欧拉临界屈曲载荷的推导过程及其适用范围。 临界载荷的影响因素: 探讨材料的弹性模量、截面惯性矩、柱的长度以及边界条件(固定端、铰支端等)对临界屈曲载荷的影响。 工程中的稳定性分析: 介绍在实际工程设计中如何评估构件的稳定性,以及如何根据相关标准和规范选择合适的材料和截面来防止失稳。 4. 薄壳与板的力学分析: 薄壳结构: 介绍球形壳、圆柱形壳等薄壳结构的受力特性,分析在内压、外压或外载作用下的应力分布和变形。 板的弯曲: 讲解在各种载荷作用下矩形板和圆形板的弯曲变形和应力分析,介绍板的边界条件对变形和应力的影响。 应用实例: 探讨薄壳和板结构在压力容器、储罐、飞机机身、桥梁面板等工程领域的广泛应用。 5. 疲劳与断裂力学基础: 材料疲劳: 介绍材料在循环载荷作用下发生疲劳失效的机理,包括应力集中、裂纹萌生与扩展等过程。 S-N曲线与疲劳寿命: 讲解S-N曲线(应力-寿命曲线)的含义,以及如何利用它来预测构件的疲劳寿命。 断裂力学: 引入断裂力学(Fracture Mechanics)的概念,介绍裂纹尖端的应力强度因子,以及如何通过断裂韧度来评估材料抵抗裂纹扩展的能力。 安全设计: 强调在实际工程设计中考虑疲劳和断裂的因素,以确保结构的可靠性和安全性。 6. 有限元分析(FEA)入门: 基本原理: 介绍有限元分析的基本思想,即将复杂的连续体离散化为一系列小的、相互连接的单元,并通过求解单元方程组来获得整体结构的响应。 单元类型与节点: 讲解常用的单元类型(如杆单元、梁单元、实体单元等)以及节点自由度的概念。 应用软件简介: 简要介绍当前主流的有限元分析软件(如ANSYS, ABAQUS等),并展示如何利用这些软件进行结构力学问题的模拟和分析。 结果解释: 强调正确解释有限元分析结果的重要性,包括应力、应变、位移的分布规律,以及如何根据分析结果进行设计优化。 工程应用导向: 本书的编写始终贯穿工程应用的主线。在每个章节的理论讲解之后,都会结合具体的工程实例,例如桥梁、建筑物、机械零件、航空航天结构等的受力分析与设计,展示结构力学原理如何指导工程实践。通过分析实际案例,读者可以更好地理解理论知识的价值,并学会如何将所学知识应用于解决实际工程难题。 学习目标: 通过学习本书,读者将能够: 掌握 结构力学分析的基本理论和方法。 理解 材料在各种载荷下的力学行为和变形机理。 能够 分析和计算梁、柱、薄壳、板等结构在静态和动态载荷下的应力、应变和位移。 了解 结构稳定性、疲劳和断裂等关键设计考虑因素。 初步掌握 利用有限元分析工具进行结构力学仿真的能力。 提升 解决复杂工程问题的分析能力和设计水平。 本书适合机械工程、土木工程、航空航天工程、材料科学以及其他相关工程领域的高年级本科生、研究生以及从事工程设计的专业技术人员阅读。它将成为一本不可或缺的参考工具,帮助读者建立起扎实的结构力学知识体系,为未来的工程实践打下坚实基础。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我是一名刚步入职场的机械工程师,对于如何将课堂上学到的理论知识转化为实际可行的设计方案,一直感到有些力不从心。这本书恰好填补了我在这方面的知识空白。它在讲解机械部件设计时,并没有停留在单个零件的孤立分析,而是更加注重部件之间的协同工作以及整个系统的集成。比如,在讲解连接件的设计时,它会从螺纹连接、焊接、铆接等多种连接方式的优缺点入手,并结合具体的应用场景,指导读者如何选择最合适的连接方式,以及如何进行强度校核和可靠性评估。书中的许多插图都非常实用,它们不仅仅是示意图,很多都包含了关键的尺寸标注、公差要求以及表面处理要求,这些都是在实际工程图纸中必须包含的重要信息。我尤其注意到,书中在讲解某个设计实例时,往往会涉及多个工程学科的知识,例如在设计一个小型自动化设备时,它会同时考虑到结构力学、材料学、传动学、甚至控制原理等方面的影响,并给出相应的解决方案。这种跨学科的融合性,让我认识到现代机械设计并非是一个孤立的领域,而是需要与其他工程技术领域紧密结合的。它帮助我建立起了一种“系统性”的设计思维,让我能够从宏观到微观,全面地考虑设计中的各种因素。

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这本书带给我最深刻的印象是它对于“迭代设计”理念的强调。它并没有把设计过程描绘成一条直线,而是清晰地展示了在实际工程中,设计往往需要经过多轮的修改和优化。例如,在讲解强度校核时,它会提示读者,如果计算结果不满足要求,就需要回到前面的概念设计或详细设计阶段,重新考虑材料选择、结构形式或载荷参数等。书中还提供了一些关于如何进行设计验证和原型测试的指导,这对于在正式生产前发现和解决潜在问题至关重要。我注意到,书中在讲解某些复杂结构的设计时,会提供多种不同的实现方案,并对每种方案的优点和缺点进行详细的比较,帮助读者理解在不同的约束条件下,如何做出最优的设计决策。它还提到了知识管理和设计文档的重要性,这对于确保设计过程的可追溯性和团队协作的效率非常关键。总而言之,这本书不仅仅是一本技术手册,更像是一本关于“如何成为一名优秀机械工程师”的指南,它传授的知识和理念,将对我的职业生涯产生深远的影响。

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这本书的结构设计非常人性化,让我在阅读过程中能够根据自己的需求,有选择性地深入学习。我尤其喜欢它在每个章节末尾都设置了“思考题”和“设计练习”,这些题目往往不是简单地重复书本上的内容,而是需要我运用所学知识去分析和解决一些实际问题。我尝试做了一些练习,发现它们非常有挑战性,但也很有启发性,让我能够巩固和加深对知识的理解。它还提供了一些参考文献和相关标准,这对于希望进一步深入研究某个领域的读者来说,是非常宝贵的资源。我感觉作者在内容的组织上,充分考虑到了不同层次读者的需求,既有适合初学者入门的清晰讲解,也有能够满足资深工程师深入探讨的专业内容。书中的许多公式推导都比较详细,对于那些喜欢刨根问底的读者来说,能够从中找到想要的答案。而且,它在讲解某个设计准则时,往往会引用相关的国际标准或行业规范,这让书中的内容更具权威性和实用性。我发现,通过这本书的学习,我不仅掌握了具体的机械设计知识,更重要的是,我开始学会如何像一名工程师那样去思考问题,如何去分析一个设计任务,如何去评估不同的设计方案,并最终做出最优的选择。

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这本书的图文并茂,让我感觉在阅读过程中非常轻松愉悦。作者非常善于利用图表来辅助说明复杂的概念,例如在讲解曲柄滑块机构的运动规律时,书中提供的示意图能够清晰地展现出各个连杆的相对运动和位置关系,这比仅仅依赖文字描述要直观得多。而且,书中的公式推导过程也处理得恰到好处,既有足够的详细度,又不会显得过于冗长。它还会提供一些常用的公式和表格,可以直接用于实际的计算,这大大提高了工作的效率。我特别欣赏它在讲解公差设计和配合选择时,提供的详细指导。在机械加工中,公差控制是一个非常关键的环节,它直接影响到零件的装配精度和最终产品的性能。这本书在这方面提供了非常系统的讲解,包括各种公差类型的定义、公差的分配原则以及如何选择合适的配合。它还提到了表面粗糙度的要求,以及如何通过合理的工艺来实现这些要求。这些细节性的内容,往往是在其他教材中不容易找到的,但它们对于完成高质量的机械设计至关重要。

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这本书在介绍机械设计中的一些关键概念时,往往会将其置于一个更广阔的工程背景下进行讨论。例如,在讲解材料选择时,它不仅仅列举了各种金属、非金属材料的性能参数,更重要的是,它会分析这些材料在不同工况下的适用性,以及如何根据设计要求、成本效益和环境影响等因素进行综合评估。它还提到了材料的加工性能和连接方式,这对于实现整个设计方案至关重要。我发现,书中的许多章节都包含了一些“案例研究”,这些案例都来自于真实的工程项目,详细地描述了设计过程中遇到的挑战、采用的解决方案以及最终取得的成果。通过这些案例,我能够更直观地了解书本上的知识是如何在实际工程中得到应用的,并且能够学到很多在书本上难以找到的“工程经验”。它还提到了可持续设计和绿色制造等新兴概念,这让我认识到,现代机械设计已经不再局限于功能性和经济性,更需要关注环保和社会责任。这本书让我对机械工程的理解,不再局限于狭窄的技术层面,而是上升到了一个更加全面和系统的视角。

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这本书的封面设计,一种沉稳的深蓝色调,配合着银色的立体金属字体,一眼看去就充满了专业与厚重感。拿在手里,纸张的质感也很不错,不是那种过于光滑容易沾指纹的,而是带有一点点粗糙的触感,翻阅时不容易打滑。我一开始是被这个封面吸引的,感觉它传递出的信息是“这是一本严谨、可靠的机械工程参考书”。拿到后,迫不及待地翻开,里面的排版布局也相当清晰,章节的划分、小标题的设置都显得非常有条理。图片和图表的质量也很好,清晰度很高,线条流畅,即使是一些复杂的机械结构图,也能看得明白。感觉作者在内容呈现上花了不少心思,力求让读者能够最直观地理解复杂的工程概念。我之前也看过一些机械工程相关的书籍,但不少都存在内容陈旧、理论脱离实际的问题,或者排版混乱,让人读起来很费力。这本书从初步翻阅来看,在这方面做得都比较好,给人一种“值得深入研读”的初步印象。它似乎不像市面上很多教材那样,只是简单罗列公式和定理,而是更侧重于讲解这些理论是如何应用到实际工程设计中的,这一点对于初学者来说尤其重要,能够帮助我们建立起理论与实践之间的联系,而不是仅仅成为一个“公式背诵者”。我尤其期待它在材料选择、应力分析等方面的讲解,这部分内容往往是机械设计中的难点,希望能从这本书中找到清晰易懂的解释和实用的指导。

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这本书的语言风格非常严谨,对于每一个概念的定义都力求精确,对于每一个公式的推导都进行了详细的说明,这让我感觉它是一本非常可靠的参考书。我注意到,作者在引用某些理论或数据时,都会注明其来源,这增加了书本的可信度,也方便了读者进行进一步的查阅。在讲解某些复杂的设计场景时,它会列出多种可能的解决方案,并对每种方案的优缺点进行详细的分析,帮助读者权衡利弊,做出明智的决策。例如,在讲解轴承的选型时,它会详细分析不同类型轴承的载荷能力、转速限制、安装要求以及成本等因素,并给出具体的选型表格和计算流程。这种细致入微的讲解,让我觉得作者在编写这本书时,付出了极大的心血,力求为读者提供最全面、最准确的信息。我尤其喜欢它在讲解如何进行故障分析和失效模式预测时,提供的系统性方法。在实际工程中,预测和避免失效是至关重要的,这本书在这方面提供了一些非常实用的指导。它鼓励读者从“事前预防”的角度去思考设计,而不是等到问题发生后再去补救。这种前瞻性的设计理念,让我受益匪浅。

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我刚开始接触机械工程领域,对很多概念都感到陌生和困惑,尤其是那些涉及工程原理和设计方法的章节。这本书的语言风格出乎我的意料,并没有像我之前读过的某些理论性很强的著作那样,充满了晦涩难懂的专业术语和冗长的句子。相反,它的叙述方式更加生动形象,常常会用一些贴近日常生活的例子来解释抽象的物理概念,比如在讲解受力分析时,会模拟一些实际的受力场景,让我们能够更容易地理解力的作用和影响。这种“润物细无声”的教学方式,让我感觉自己不像是在被动地学习知识,而是在与一位经验丰富的工程师进行交流,他耐心地解答我的疑问,引导我一步步地掌握设计思维。书中的插图也起到了非常关键的作用,它们不仅仅是简单的示意图,而是精心设计的,能够准确地传达出设计理念和结构特征。我特别喜欢那些剖视图和动态模拟图,它们让我能够清晰地看到内部结构是如何运作的,以及不同零件之间的相互关系。这种可视化讲解,极大地降低了理解门槛,让原本枯燥的理论知识变得鲜活起来。而且,我发现这本书在讲解某个设计原则时,往往会追溯其背后的理论基础,并解释为什么这个原则如此重要,以及在实际应用中需要注意哪些细节。这种深入浅出的讲解方式,让我不仅仅学会了“怎么做”,更理解了“为什么这么做”,这对于培养独立解决问题的能力至关重要。

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阅读这本书,给我最大的感受就是它在理论深度和工程实践之间的平衡做得非常出色。它并没有像某些学术著作那样,过于追求理论的完备性和数学上的严谨性,而是更侧重于那些在实际工程设计中至关重要的理论。例如,在讲解材料力学中的疲劳分析时,它清晰地阐述了S-N曲线、应力集中等概念,并提供了实际的疲劳寿命计算方法,以及如何通过改进设计来提高零件的抗疲劳能力。这对于那些长期承受循环载荷的机械部件来说,其重要性不言而喻。书中的一些图表和数据表格,看起来非常专业,像是直接从工程手册中提取出来的,这大大节省了我们查阅资料的时间。我特别欣赏它在讲解参数化设计和有限元分析(FEA)等现代设计工具时,并没有把它当成是一个“黑盒子”,而是详细地解释了这些工具背后的基本原理,以及如何正确地使用它们来指导设计。它还会强调,即使是再先进的工具,也需要工程师具备扎实的理论基础来正确理解和运用结果。这种“技术与思想并重”的讲解方式,让我觉得这本书不仅能够教会我“如何操作”,更能帮助我“如何思考”。它鼓励我不断地质疑和探索,而不是盲目地依赖某个工具。

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这本书在讲解一些关键设计参数和计算方法时,给我的感觉是严谨而务实的。它似乎并没有过分强调那些过于前沿但实际应用较少的新理论,而是更加聚焦于那些经过时间检验、在工程实践中广泛应用的基础性知识。比如,在讲解轴的设计时,它不仅列出了各种应力分析的公式,更重要的是,它会结合实际的轴承类型、载荷条件、材料特性等因素,来指导读者如何选择合适的计算方法和安全系数。我特别欣赏它在讲解如何优化设计以降低成本和提高效率方面的指导,这在实际工程中是工程师必须考虑的重要因素。它并非仅仅停留在理论层面,而是提供了一套系统性的设计流程,从需求分析、概念设计,到详细设计、制造准备,每个环节都进行了详细的阐述,并配以相应的案例分析。这些案例的选择非常有代表性,涵盖了不同行业和不同类型的机械产品,让我能够看到书本上的知识是如何转化为实际的产品。我记得其中一个关于齿轮传动设计的案例,详细地分析了不同齿形、模数、压力角对传动效率、强度和噪声的影响,并且给出了具体的计算步骤和优化建议。这种实践导向的设计理念,让我觉得这本书非常适合作为一名机械工程师的“案头必备”。它不仅仅是一本“教科书”,更像是一位经验丰富的导师,能够在你面临实际设计难题时,提供及时有效的指导。

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