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第1章 轻量化的目标1

第2章 轻量化的问题结构3

2.1 降低自重3

2.2 成本模型5

2.3 设计的边界条件与使用条件6

2.4 轻量化的价值8

第3章 轻量化的方法和辅助工具10

3.1 设计技术10

3.2 计算方法12

3.3 测试技术13

3.4 试验技术14

第4章 轻量化构造16

4.1 差动构造16

4.2 整体构造17

4.3 集成构造17

4.4 复合构造18

4.5 实壁体与壳体19

第5章 材料选择的准则21

5.1 性能参数21

5.2 线弹性特征值21

5.3 非线弹性特征值23

5.4 载荷性能25

5.5 相关材料性能26

5.5.1 比容积26

5.5.2 比刚度26

5.5.3 稳定性阻力27

5.5.4 断裂长度27

5.5.5 材料评估27

5.6 品质指数27

5.7 轻量化指数28

5.8 材料选择的要点31

第6章 轻量化材料33

6.1 钢33

6.1.1 改变特性34

6.1.2 种类34

6.1.3 物理力学性能36

6.2 铸铁材料36

6.3 铝37

6.3.1 改变特性38

6.3.2 变形铝合金38

6.3.3 铸造铝合金39

6.3.4 物理力学性能40

6.3.5 烧结铝41

6.3.6 泡沫铝41

6.4 镁42

6.4.1 镁合金43

6.4.2 物理力学性能45

6.5 钛45

6.5.1 纯钛45

6.5.2 钛合金46

6.5.3 物理力学性能47

6.6 塑料47

6.7 超轻合金48

6.8 纤维增强材料49

6.8.1 纤维塑料复合物50

6.8.2 纤维增强金属55

第7章 轻量化设计原则57

7.1 结构特征58

7.2 设计原则58

第8章 弹性理论基础65

8.1 构造单元65

8.2 几何特征值66

8.2.1 面积惯性矩66

8.2.2 Steiner定理67

8.2.3 组合型材的面积惯性矩68

8.2.4 转换面积惯性矩68

8.2.5 主面积惯性矩70

8.3 弹性方程70

8.3.1 偏移与扭曲70

8.3.2 扭曲与应力71

8.3.3 平衡73

8.3.4 平面弹性等式74

8.4 变形能76

8.5 杆形单元弹性定律76

8.6 面积单元弹性定律78

8.6.1 盘单元78

8.6.2 板单元82

8.6.3 壳单元86

第9章 薄壁型杆90

9.1 力流90

9.2 力流与内力变量93

9.3 剪切力弯曲95

9.3.1 剪切力流分布95

9.3.2 剪切中心96

9.3.3 闭口对称设计型材99

9.3.4 闭口不对称型材100

第10章 型杆的扭转104

10.1 基本关系104

10.2 实心横截面与管横截面105

10.3 闭口薄壁横截面107

10.4 开口薄壁横截面109

10.5 带有腹板的空心横截面112

10.6 横截面的翘曲113

10.7 简单型材的翘曲阻力116

第11章 开口型杆的弯曲121

11.1 广义法向应力问题121

11.2 任意横截面的几何特征值124

第12章 抗剪壁桁梁型材127

12.1 应力载荷模型127

12.2 剪切力流导致的力和力矩129

12.3 抗剪壁桁梁型材的剪切中心130

12.4 组合式抗剪壁桁梁型材131

第13章 剪场设计133

13.1 剪场133

13.2 理想拉伸场134

第14章 加固箱型材139

14.1 四弦杆模型139

14.2 扭转应力载荷140

14.3 开口144

第15章 能量原理与做功原理147

15.1 能量原理147

15.2 做功原理149

15.3 力学基本关系151

第16章 静态不确定结构153

16.1 外在不确定性153

16.2 内在不确定性154

16.2.1 框架结构154

16.2.2 平面桁架结构154

16.2.3 空间桁架结构155

16.3 用于静态不确定结构的弹性方程156

16.4 闭口框架157

第17章 三明治单元160

17.1 构造原理160

17.2 材料性能162

17.3 均质形芯163

17.3.1 基本载荷情形163

17.3.2 临界应力载荷167

17.4 部分挠曲方法169

17.5 杆压弯171

17.6 结构化形芯172

17.6.1 蜂窝形芯的抗剪强度172

17.6.2 管形芯175

17.7 不稳定形状176

第18章 杆与梁的稳定性179

18.1 基本效应179

18.2 型杆的压弯180

18.2.1 欧拉弯曲压弯情形180

18.2.2 双对称型杆与点对称型杆的压弯183

18.2.3 简单对称型杆的压弯184

18.2.4 不对称型材的压弯185

18.3 弹塑性压弯186

18.4 倾斜189

第19章 板材域和管的凸起192

19.1 凸起方程192

19.2 凸起方程的求解193

19.3 简单凸起情形195

19.4 凸起情形对照199

19.5 管凸起201

19.6 加固盘203

19.7 型材的凸起207

19.8 卷边210

第20章 加固性设计213

20.1 加固成形213

20.2 压槽214

20.2.1 加固效果214

20.2.2 结构设计219

20.3 加强筋220

20.4 边界加固223

20.5 翻孔223

第21章 力的导入226

21.1 加固盘226

21.2 常应力的导入弦杆230

第22章 连接技术233

22.1 使用范围233

22.2 铆接234

22.2.1 出头铆钉铆接234

22.2.2 埋头铆钉铆接236

22.2.3 铆连的切应力与拉应力叠加237

22.3 焊接239

22.3.1 点焊240

22.3.2 摩擦焊接242

22.4 粘接243

22.4.1 粘接材料243

22.4.2 基体材料245

22.4.3 载荷模型245

22.4.4 切应力载荷下粘接连接中的应力分布246

22.4.5 不同求解表达式的对比251

22.4.6 法向应力影响估计252

22.4.7 用于粘接连接的设计规则254

22.4.8 粘接连接的抗振强度256

22.5 特殊连接方法258

第23章 结构优化261

23.1 数学优化表达式261

23.2 结构特征值的极值263

23.3 简单最小化计算265

23.3.1 抗弯梁的重量最小化265

23.3.2 抗弯杆的重量最小化267

23.4 仿生学优化270

23.5 切口形状优化272

第24章 振动应力载荷结构274

24.1 设计哲学274

24.2 计算验证的难点275

24.3 应力载荷变化过程评估275

24.4 失效行为279

24.5 机械做功损伤累积282

24.6 判断准确性的改进287

24.7 残余强度问题289

24.8 广义裂纹生长问题293

24.9 断裂力学累积297

24.10 非线性损伤假定299

第25章 结构可靠性303

25.1 可靠性分析303

25.2 布尔基本排列303

25.3 静态特征值305

25.4 随机失效307

25.5 早期失效和后期失效308

第26章 结构声学310

26.1 噪声的起因310

26.2 声学行为311

26.3 固体声传播312

26.4 波应力载荷314

26.5 阻抗316

26.6 理想结构的阻抗316

26.7 加固措施的量化317

26.8 材料与连接技术的影响319

轻量化练习321

练习1 2.2 节“成本模型”练习323

练习2 第5章 和第6章 “材料选择的准则／轻量化材料”练习326

练习3 第6章 “轻量化材料”练习336

练习4 第7章 “轻量化设计原则”练习339

练习5 8.5 节“杆形单元弹性定律”练习341

练习6 8.6.1 小节“盘单元”练习344

练习7 9.2 节“薄壁型材-力流与内力变量”练习347

练习8 9.3.2 小节“剪切中心”练习350

练习9 10.4 节“开口薄壁横截面”练习352

练习10 10.5 节“带有腹板的空心横截面”练习354

练习11 10.6 节“横截面的翘曲”练习（一）356

练习12 10.6 节“横截面的翘曲”练习（二）358

练习13 10.7 节“简单型材的翘曲阻力”练习360

练习14 第13章 “剪场设计”练习363

练习15 第14章 “加固箱型材”练习365

练习16 15.1 节“能量原理”练习368

练习17 15.2 节“做功原理”练习（一）370

练习18 15.2 节“做功原理”练习（二）372

练习19 16.4 节“闭口框架”练习377

练习20 17.1 节“三明治单元-构造原理”练习379

练习21 17.4 节“三明治单元-部分挠曲方法”练习382

练习22 18.2 节“型杆的压弯”练习385

练习23 18.2.2 小节“双对称型杆与点对称型杆的压弯”练习388

练习24 18.2 节“型杆的压弯”练习391

练习25 18.2.4 小节“不对称型材的压弯”练习393

练习26 第19章 “板材域和管的凸起”练习396

练习27 20.1 节“加固构造”（概念轻量化）练习400

练习28 20.2 节“压槽”练习402

练习29 20.5 节“翻孔”练习404

练习30 22.4 节“粘接”练习406

练习31 第23章 “结构优化”练习409

练习32 第24章 “振动应力载荷结构”练习412

练习33 24.8 节“广义裂纹生长问题”练习415

练习34 第25章 “结构可靠性”练习417

练习35 26.5 节“阻抗”练习（一）419

练习36 26.5 节“阻抗”练习（二）424

参考文献426