Design for Minimum Weight. Struts of Uniform Section. Thin-walled Round Tubes. 85014 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:ESDU International PLC

作者:

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1985-06-01

价格:0

装帧:Loose Leaf

isbn号码:9780856795206

丛书系列:

图书标签:

• 结构设计
• 轻量化设计
• 型材设计
• 薄壁圆管
• 均匀截面
• 结构力学
• 工程设计
• 航空航天
• 机械工程
• 优化设计

《钢管结构设计与应用：最小重量优化与薄壁圆管特性》 本书深入探讨了现代结构工程中至关重要的领域——结构构件的最小重量化设计，尤其聚焦于均匀截面钢管（struts of uniform section）的应用。在追求高效、经济且环保的建筑和工程解决方案的过程中，材料的优化使用成为核心议题。本书旨在为工程师、设计师和学生提供一套系统化的知识体系，帮助他们理解和掌握如何通过精妙的设计实现结构重量的最优化，同时充分发挥薄壁圆管（thin-walled round tubes）在承载能力、稳定性和材料经济性方面的独特优势。 核心内容概览： 第一部分：最小重量化设计理论与方法 本部分将从理论层面剖析最小重量化设计的基本原理。我们将首先回顾经典的优化设计理论，包括结构性能与重量之间的关系，以及如何通过数学建模和优化算法来寻找最优解。重点将放在结构构件的承载能力、稳定性和刚度等关键性能指标与材料用量之间的权衡。 结构优化基础： 介绍变分法、枚举法、梯度法等经典优化方法在结构设计中的应用。 性能指标与重量关系： 分析不同截面形式和材料属性对构件承载能力、屈曲稳定性、固有频率等性能的影响，并量化其与构件重量的关联。 约束条件设定： 明确结构设计中的各种约束，如强度约束、稳定性约束、变形约束、几何约束以及材料属性限制。 现代优化技术： 引入如遗传算法（GA）、模拟退火（SA）、粒子群优化（PSO）等启发式算法和元启发式算法在解决复杂结构优化问题中的应用，特别是在多目标优化和非线性问题上的优势。 案例分析： 通过具体的工程实例，展示如何应用这些理论和方法来优化梁、柱、桁架等典型结构构件的截面设计，以达到最小重量目标。 第二部分：均匀截面钢管（Struts of Uniform Section）的设计与分析 均匀截面钢管因其在材料分布上的均匀性，在理论分析和实际制造上具有显著的便利性。本部分将深入研究这类构件在各种力学作用下的行为，并提供详细的设计指南。 轴向受压构件（Struts）的稳定性分析： 欧拉（Euler）屈曲理论： 详细推导和讨论欧拉公式的适用范围和局限性，以及在不同边界条件下的屈曲载荷计算。 延性屈曲与比例极限： 介绍材料屈服后构件的承载能力，讨论延性屈曲现象及其对设计的影响。 截面特性对稳定性的影响： 分析惯性矩、截面模量等几何属性如何影响均匀截面钢管的抗屈曲能力。 设计规范的考量： 结合现行国内外结构设计规范（如AISC, Eurocode等），介绍如何根据规范要求进行轴心受压构件的强度和稳定性设计。 其他受力情况下的设计： 轴向拉力： 分析均匀截面钢管在拉力作用下的强度设计。 弯曲和剪切： 探讨在弯曲和剪切作用下，均匀截面钢管的应力分布和承载能力。 组合受力： 给出轴力、弯矩和剪力共同作用下构件的设计方法。 制造工艺与设计联系： 讨论不同制造工艺（如焊接、无缝成型）对材料性能和构件精度可能产生的影响，以及如何在设计中加以考虑。 第三部分：薄壁圆管（Thin-Walled Round Tubes）的力学特性与优化设计 薄壁圆管作为一种广泛应用的结构形式，其独特的截面特性赋予了其优异的力学性能，尤其是在轻质高强方面。本部分将聚焦薄壁圆管的深入分析和设计优化。 薄壁圆管的应力分析： 内压作用下的应力： 推导薄壁圆管在内压作用下的环向应力和纵向应力。 外压作用下的稳定性： 分析薄壁圆管在外部压力作用下的屈曲模式，包括整体屈曲和局部屈曲。 弯曲与扭转： 探讨薄壁圆管在弯曲和扭转载荷下的应力集中和变形特性。 圆管截面的优势： 等强度性： 分析圆管截面在弯曲和扭转作用下的等强度特性，以及为何在某些情况下比其他截面更具优势。 抗屈曲性能： 讨论圆管截面相比于方管、H型钢等截面在轴向受压时的屈曲性能差异。 流体动力学特性： 对于输送流体的管道，简要提及圆管截面的流体阻力优势。 薄壁圆管的最小重量设计策略： 壁厚优化： 如何根据承载要求精确计算和优化壁厚，以实现材料的最小化使用。 直径与壁厚的匹配： 分析直径和壁厚比例对构件整体性能的影响，寻找最优匹配点。 局部稳定性设计： 关注薄壁圆管在特定应力集中区域的局部屈曲问题，并提出设计对策。 连接与节点设计： 讨论薄壁圆管与其他构件连接时的节点设计，确保连接的强度和稳定性，并尽量减少额外的重量。 实际应用案例： 航空航天结构： 展示薄壁圆管在飞机机身、火箭等结构中的应用，强调轻质高强的优势。 桥梁和高层建筑： 探讨薄壁圆管在特殊结构形式（如空间桁架、筒体结构）中的应用。 海洋工程： 分析薄壁圆管在海洋平台、船舶等环境下的应用，包括耐腐蚀和抗冲击设计。 机械设备与车辆： 介绍薄壁圆管在汽车、机械臂等设备中的轻量化应用。 第四部分：综合应用与发展趋势 本部分将整合前述内容，探讨在实际工程项目中的综合应用，并展望未来的发展方向。 软件工具的应用： 介绍有限元分析（FEA）软件和结构优化软件在薄壁圆管结构设计中的应用，以及如何辅助设计师进行更精密的分析和优化。 新型材料与技术： 探讨复合材料、高强度钢等新型材料在薄壁结构设计中的潜力，以及增材制造（3D打印）等新技术可能带来的变革。 可持续设计与生命周期评估： 结合环境友好和经济效益的视角，讨论如何从材料选择、制造过程到结构寿命周期的全过程进行可持续设计。 未来研究方向： 展望薄壁圆管结构设计在智能化、自适应性结构以及极端环境应用等方面的研究前景。 本书以严谨的学术态度，结合丰富的工程实践经验，旨在为读者提供一个全面、深入且实用的知识框架。通过对最小重量化设计理论的掌握，以及对均匀截面钢管和薄壁圆管力学特性的深刻理解，读者将能够设计出更加高效、经济、可靠且具有竞争力的工程结构。

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