楦型设计原理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:轻工

作者:高士刚

出品人:

页数:154

译者:

出版时间:2010-5

价格:30.00元

装帧:

isbn号码:9787501975136

丛书系列:

图书标签:

• 楦型设计
• 鞋楦
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• 鞋类设计
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• 足部工程学
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• 鞋楦三维设计
• 鞋类工艺

《新材料应用与结构优化研究》图书简介 图书核心聚焦： 本书深入探讨了面向二十一世纪工程挑战的新型材料的特性、制备工艺及其在复杂结构优化设计中的应用策略。全书以提升结构性能、降低材料消耗和实现可持续发展为目标，构建了一个理论分析、实验验证与工程实践相结合的综合研究框架。 第一部分：前沿材料特性解析与表征 本部分系统梳理了近年来在航空航天、土木工程及高端制造领域崭露头角的一系列高性能材料。重点分析了纳米复合材料（如碳纳米管增强聚合物基体、石墨烯/金属层状结构）的界面行为和宏观力学响应。对于这些新型材料，我们不仅关注其传统的拉伸、压缩、疲劳性能，更深入剖析了其在极端温度、高频载荷以及复杂环境介质（如腐蚀、辐射）下的长期稳定性。 具体内容包括： 1. 智能响应材料的机理研究： 形状记忆合金（SMA）的热力学相变过程、压电/热电材料的本构关系及其在传感器和驱动器中的应用潜力。详细分析了应力诱发马氏体转变动力学模型。 2. 增材制造（AM）专用材料的冶金学基础： 针对激光粉末床熔融（LPBF）和定向能量沉积（DED）工艺，研究了不同合金体系（如高熵合金、钛铝系中间相强化合金）在快速凝固过程中的微观组织演变、缺陷控制（如孔隙率、残余应力）及其对最终部件性能的影响。 3. 生物基与可降解高分子材料的性能评价： 探讨了纤维素基、聚乳酸（PLA）等生物可再生材料的分子链结构与力学性能之间的关联，侧重于其在包装、医疗器械中的服役寿命预测和力学性能衰减模型。 第二部分：高级结构分析与建模技术 本章是全书理论层面的核心，旨在为新型材料的集成应用提供可靠的分析工具。传统的有限元方法（FEM）在处理材料非线性和多尺度效应时面临挑战，因此，本书引入了先进的计算方法。 1. 多尺度建模技术： 发展了从原子尺度（分子动力学MD模拟）到介观尺度（晶格玻尔兹曼方法LBM）再到宏观尺度（连续介质力学）的耦合方法。特别关注了如何通过介观尺度信息来精确输入宏观材料参数，以捕捉裂纹萌生和扩展的细微过程。 2. 损伤力学与断裂分析： 引入了内聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）来模拟材料内部界面分离和宏观裂纹扩展的能量释放率。针对脆性材料和粘弹性材料，建立了基于相场（Phase-Field）的连续损伤模型，避免了传统刚度退化方法的数值奇异性问题。 3. 可靠性与不确定性量化（UQ）： 鉴于新材料性能的内在离散性和制造过程的随机性，本书应用概率有限元方法（PFEM）和随机过程理论，对结构在不确定载荷和材料参数下的失效概率进行量化分析，为安全裕度设计提供量化依据。 第三部分：基于性能的需求驱动的结构优化设计 结构优化不再仅仅是尺寸或形状的调整，而是材料选择、制造约束与性能指标的系统性集成。本部分将重点放在如何将前两部分的知识转化为实际的工程解决方案。 1. 拓扑优化与材料分布设计： 详细阐述了密度法、水平集法（Level Set Method）在指导结构材料最优分布中的应用。重点突破在于如何将不同材料的性能指标（如刚度、导热系数）纳入目标函数，实现功能梯度材料（FGM）的优化设计。 2. 疲劳寿命与耐久性优化： 针对动态载荷环境，提出了基于应变寿命法和应力寿命法的优化框架。优化目标函数不仅包括提高临界区域的刚度，还包括通过形状控制来降低局部应力集中，从而延长结构的疲劳累积损伤寿命。 3. 轻量化与多目标优化： 针对航空航天和汽车工业对轻量化的极致追求，采用帕累托前沿（Pareto Front）分析方法，平衡多个相互冲突的目标，如最大刚度、最小重量和最低制造成本。讨论了如何利用晶格结构（Lattice Structures）在保持高比强度前提下实现材料的革命性减重。 4. 制造约束下的优化（DFM/DFA）： 强调优化结果必须可制造。引入了增材制造（AM）特定的约束条件，如最小壁厚、悬空角度限制、支撑结构设计以及打印后处理对残余应力的影响，确保拓扑优化产出的复杂几何结构能够成功落地。 第四部分：案例研究与工程前瞻 本书最后部分通过具体的工程案例来展示理论与方法的实际威力。 1. 高超声速飞行器热防护结构设计： 采用CMC（陶瓷基复合材料）与新型隔热涂层，结合CFD（计算流体力学）与热-结构耦合分析，优化了关键接头部位的应力分布和热边界条件，确保结构在极端热流下的完整性。 2. 大型风力发电机叶片的多场耦合分析： 研究了叶片在气动载荷、冰载荷和运行振动下的疲劳损伤累积，并利用优化方法重新分配了内部加强筋的材料分布，以延长设计服役寿命。 3. 柔性电子器件的结构可靠性： 针对可穿戴设备和柔性显示屏，研究了薄膜材料在反复弯曲和拉伸下的电学性能衰减，提出了基于超弹性模型的应变分布控制设计方案。 本书特色： 本书的独特之处在于其对计算工具的深度整合与对前沿材料的充分认知。它不仅停留在描述“什么材料能做什么”，更侧重于“如何通过科学的优化方法，让现有和未来的材料发挥其极限潜力”。内容紧密结合国际工程研究的最新进展，理论深度与工程实用性兼备，是材料科学、结构工程、机械设计及航空航天领域的研究人员、高级工程师和研究生不可多得的参考手册。 适用读者： 结构力学、应用力学、材料工程、机械工程、土木工程、航空航天工程等相关专业的硕士及博士研究生、从事先进结构设计与分析的工程师、以及致力于新材料应用研究的科研人员。

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