機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

前言

　　進入21世紀(jì)，面對經(jīng)濟全球化進程明顯加快、科技進步日新月異、綜合國力競爭日益激烈的新形勢，傳統(tǒng)的機械專業(yè)必須加強改革和改造，拓寬基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)口徑，不斷更新教學(xué)內(nèi)容、改革課程體系，加強學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，形成與國家經(jīng)濟、科技和社會發(fā)展相適應(yīng)的課程體系?！　〗Y(jié)構(gòu)計算和設(shè)計是各種機械開發(fā)設(shè)計的主要內(nèi)容之一，它直接關(guān)系到機械的性能指標(biāo)，也是機械設(shè)計的成敗關(guān)鍵之一。因此機械結(jié)構(gòu)計算和設(shè)計的基本知識是機械專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)科目。許多院校一些機械類專業(yè)普遍設(shè)置了《結(jié)構(gòu)力學(xué)》和《金屬結(jié)構(gòu)》課程，對提高學(xué)生的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計能力起到了很好的作用。　　本書正是為了適應(yīng)上述要求，綜合了機械專業(yè)的《結(jié)構(gòu)力學(xué)》和《金屬結(jié)構(gòu)》的主要內(nèi)容，并且把機械的結(jié)構(gòu)計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩者有機融合在一起而編寫的。同時也可作為從事機械結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的工程技術(shù)人員的參考讀物?！　∪珪闹攸c是：在機械結(jié)構(gòu)計算與設(shè)計中所必需的基本力學(xué)知識與基本承載構(gòu)件設(shè)計原理和基礎(chǔ)?；玖W(xué)部分包括簡要概述的結(jié)構(gòu)構(gòu)造分析、結(jié)構(gòu)位移計算、力法計算的基本理論，詳細敘述的位移法和矩陣位移法（桿系有限單元法）的基礎(chǔ)理論和方法；結(jié)構(gòu)設(shè)計部分包括載荷計算及其組合、結(jié)構(gòu)連接方法及計算、受彎構(gòu)件和軸向受力構(gòu)件的構(gòu)造原則及設(shè)計計算原理。　　本書在編寫中參考了歷年有關(guān)的講義和教材，總結(jié)了十多年來《結(jié)構(gòu)力學(xué)》和《金屬結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)實踐經(jīng)驗，結(jié)合計算機技術(shù)的發(fā)展，特別注重突出重點，內(nèi)容精煉，基本理論闡述透徹、嚴密、連貫。全書內(nèi)容編排上注意理論與實際結(jié)合，學(xué)以致用，實例突出實用性，注重提高工程實踐能力。各章都有思考題和習(xí)題，還有課程設(shè)計指導(dǎo)書，有助于自學(xué)和加深理解。本書附有“上機實習(xí)指導(dǎo)’’光盤。詳細敘述了如何應(yīng)用ANSYS程序進行結(jié)構(gòu)有限元分析的入門初步知識，通過六個例題從程序進入、數(shù)據(jù)輸入、計算到結(jié)果讀取的全過程，逐步敘述，適合初學(xué)者閱讀?！　”緯赏瑵髮W(xué)盧耀祖、上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院鄭惠強主編。編寫人員有：盧耀祖（第一、三、五章）、鄭惠強（第二、十一章）、張氫（第四、六章、上機實習(xí)指導(dǎo)）、周奇才（第七章）、鄭惠強、陳衛(wèi)明（第八、九、十章）。主編在統(tǒng)稿過程中對全稿進行了必要的補充和修改?！　”緯赏瑵髮W(xué)伍長振主審。主審對全稿進行了認真的審閱和修改，并且提出了許多建設(shè)性的意見。同濟大學(xué)機械工程學(xué)院的研究生吳鳳宇、喻艷、聶寶珍、常曉清繪制了本書的大部分插圖。在此一并表示衷心感謝。　　本教材的出版得到“同濟大學(xué)教材出版基金”的資助。　　由于編者水平有限，經(jīng)驗不足，書中難免有錯誤和不妥之處，敬請讀者給予批評指正，不勝感謝。

內(nèi)容概要

　　《21世紀(jì)高等學(xué)校機電類重點系列教材·機械結(jié)構(gòu)設(shè)計》綜合了機械專業(yè)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》和《金屬結(jié)構(gòu)》的主要內(nèi)容，并且把兩者有機融合在一起，闡述了在機械結(jié)構(gòu)計算與設(shè)計中所必需的基本力學(xué)知識與基本承載構(gòu)件設(shè)計原理和基礎(chǔ)。力學(xué)部分簡要概述了結(jié)構(gòu)構(gòu)造分析、結(jié)構(gòu)位移計算、力法計算的基本理論，詳細敘述了位移法和矩陣位移法（桿系有限單元法）的基礎(chǔ)理論和方法；結(jié)構(gòu)設(shè)計部分包括載荷計算及其組合、結(jié)構(gòu)連接方法及其計算、受彎構(gòu)件和軸向受力附件的構(gòu)造原則和設(shè)計計算原理?！　　?1世紀(jì)高等學(xué)校機電類重點系列教材·機械結(jié)構(gòu)設(shè)計》結(jié)合計算機技術(shù)的發(fā)展，重點突出，內(nèi)容精練，基本理論闡述透徹，內(nèi)容編排上注意理論的連貫性。各章的思考題和習(xí)題，有助于自學(xué)和加深理解，所附“機械結(jié)構(gòu)設(shè)計上機教材”光盤詳細敘述了應(yīng)用ANSYS程序進行結(jié)構(gòu)有限元分析的入門知識。

書籍目錄

前言第一章 結(jié)論1.1 概論1.2 機械結(jié)構(gòu)的分類1.3 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求1.4 機械結(jié)構(gòu)的計算筒圖1.5 機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究方向思考題第二章 結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算方法2.1 載荷及其組合2.1.1 載荷種類2.1.2 載荷組合2.2 結(jié)構(gòu)承載能力的設(shè)計計算方法2.2.1 許用應(yīng)力法2.2.2 極限狀態(tài)法2.3 許用應(yīng)力2.4 小結(jié)思考題第三章 結(jié)構(gòu)構(gòu)造分析3.1 機械結(jié)構(gòu)構(gòu)造分析的目的3.2 結(jié)構(gòu)的幾何組成分析思考題習(xí)題第四章 結(jié)構(gòu)位移計算4.1 概述4.2 線性變形體系的功能原理4.2.1 功的概念4.2.2 線性變形體系的變形能4.2.3 附加功互等定理4.2.4 虛功原理4.3 單位載荷法的基本原理4.4 在載荷作用下的結(jié)構(gòu)位移計算4.5 用圖形相乘法計算積分4.6 由非力因素引起的結(jié)構(gòu)位移計算4.6.1 由非力因素引起構(gòu)件形狀或尺寸變化4.6.2 由支座位移引起的結(jié)構(gòu)位移思考題習(xí)題第五章 超靜定結(jié)構(gòu)與力法5.1 概論5.1.1 超靜定結(jié)構(gòu)的概念5.1.2 超靜定結(jié)構(gòu)力法計算的基本結(jié)構(gòu)5.2 力法基本原理及計算5.2.1 力法基本原理5.2.2 力法典型方程5.2.3 內(nèi)力圖的校核5.3 力法的計算步驟和超靜定結(jié)構(gòu)的特性5.3.1 力法的計算步驟及示例5.3.2 超靜定結(jié)構(gòu)的特性思考題習(xí)題第六章 位移法和矩陣位移法6.1 位稱法的基本概念6.2 等截面直桿的轉(zhuǎn)角位移方程6.2.1 桿羰位移引起的桿端力6.2.2 載荷與桿端力的關(guān)系6.3 位移法的基本未知量與基本體系6.3.1 結(jié)點角位移及其確定6.3.2 結(jié)點紅位移及其確定6.4 位移法的典型方程6.5 位移法的計算步驟與示例6.6 位移法小結(jié)6.7 矩陣位移法6.7.1 單元坐標(biāo)系中的單元剛度矩陣6.7.2 結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系中的單元剛度矩陣6.7.3 結(jié)構(gòu)剛度矩陣的形成及其性質(zhì)6.7.4 直接剛度法及示例6.7.5 綜合結(jié)點載荷列矩陣6.7.6 矩陣位移法的計算步驟與示例6.8 矩陣位移法小結(jié)思考題習(xí)題第七章 機構(gòu)結(jié)構(gòu)的連接……第八章 受彎構(gòu)件第九章 軸心受力構(gòu)件第十章 偏心受力構(gòu)件第十一章 機構(gòu)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計附錄參考文獻光盤 機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計上機教材

章節(jié)摘錄

　　1）受彎構(gòu)件　如龍門起重機的水平橫梁，輪式起重機車架的縱梁和橫架等。這些構(gòu)件的受力特點是僅受彎矩作用?！　?）軸心受力構(gòu)件　如汽車起重機人字架的拉、壓桿，車架的支腿，壓桿式塔式起重機的臂架等。其受力特點是構(gòu)件僅承受通過截面形心的拉力或壓力（簡稱軸心受拉或受壓）?！　?）壓彎構(gòu)件　如小車變幅式塔式起重機的水平臂架、汽車起重機臂架等。這種構(gòu)件的受力特性是除了受軸心壓力外，同時還承受橫向彎曲，或者軸力不通過構(gòu)件截面形心且有一定偏心距，以致產(chǎn)生偏心彎矩?！　∫陨先N基本構(gòu)件的設(shè)計和計算理論，將分別在后面的相關(guān)章節(jié)中加以討論。　　§1.3　機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求　　工程機械是一種工作十分繁忙的重型機械設(shè)備，經(jīng)常承受變化的動力載荷，工作環(huán)境差。作為工程機械骨架的金屬結(jié)構(gòu)，其設(shè)計制造質(zhì)量的好壞將直接影響整機的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和壽命。因此，為了保證機械正常作業(yè)，設(shè)計金屬結(jié)構(gòu)時應(yīng)滿足一些基本要求?！　∽鳛楣こ虣C械的一個組成部分，金屬結(jié)構(gòu)首先必須符合整機設(shè)計要求，包括作業(yè)空間要求和機構(gòu)動力學(xué)要求，保證機械能夠有良好的運動性能。其次，金屬結(jié)構(gòu)必須具備足夠的承載能力，應(yīng)有足夠的靜強度及規(guī)定壽命下的疲勞強度和構(gòu)件的整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定。金屬結(jié)構(gòu)還應(yīng)具有足夠的靜態(tài)剛性和動態(tài)剛性，以保證機械能夠有良好的工作性能?！　〗饘俳Y(jié)構(gòu)的構(gòu)造形式與受力情況、制造工藝有關(guān)，應(yīng)盡量使構(gòu)造合理，適應(yīng)結(jié)構(gòu)的受力特點，并有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，以方便安裝、維修和運輸?！　」こ虣C械的造型取決于結(jié)構(gòu)的造型。因此，設(shè)計金屬結(jié)構(gòu)時，應(yīng)盡量使造型美觀、大方。　　§1.4　機械結(jié)構(gòu)的計算簡圖　　實際的機械結(jié)構(gòu)一般都很復(fù)雜，想要完全按照結(jié)構(gòu)的真實情況去進行分析，往往很難辦到，對于少數(shù)問題也許有可能，但從實用觀點來看是沒有必要的。因此，對實際結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析時，總是需要作出一些簡化和假設(shè)，略去某些次要因素，保留其主要受力特性，從而使計算切實可行。這種把實際結(jié)構(gòu)作適當(dāng)簡化，用作力學(xué)分析的結(jié)構(gòu)圖形，就稱為結(jié)構(gòu)計算簡圖，或者叫做結(jié)構(gòu)計算模型?！　嶋H結(jié)構(gòu)作力學(xué)分析，是通過結(jié)構(gòu)計算簡圖來進行的，結(jié)構(gòu)計算簡圖的力學(xué)分析結(jié)果，又是實際結(jié)構(gòu)桿件截面的設(shè)計依據(jù)。

編輯推薦

　　《21世紀(jì)高等學(xué)校機電類重點系列教材·機械結(jié)構(gòu)設(shè)計》作為高等院校機械專業(yè)的教材，對從事機械結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的工程技術(shù)人員也很有參考價值。

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