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页数:229

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出版时间:2009-6

价格:26.00元

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isbn号码:9787111266273

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• 模具设计
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• 工程技术
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• 冲压模具
• 注塑模具
• 模具材料

结构力学与有限元分析基础 本书旨在为工程技术人员、研究人员以及相关专业学生提供一套全面而深入的结构力学与有限元分析（FEA）理论基础与实践指导。 本书内容侧重于如何将复杂的工程结构问题抽象化为数学模型，并利用现代计算工具进行精确求解，从而指导实际工程设计与优化。全书结构严谨，逻辑清晰，理论推导详实，并辅以大量工程实例加以说明。 第一部分：结构力学的基本理论与方法 本部分回顾并深化了经典结构力学在现代工程分析中的应用基础。重点在于建立对物体受力、变形及稳定性的深刻理解。 第一章：材料本构关系与应力-应变分析 本章首先介绍了工程中常用材料（如钢材、铝合金、复合材料）的宏观力学性能，包括弹性、塑性、蠕变和疲劳特性。深入探讨了线弹性本构关系，特别是广义胡克定律，并详细推导了在三维应力状态下，应力张量与应变张量之间的关系。重点分析了平面应力与平面应变状态下的本构方程简化，以及如何通过Mohr圆（应力圆与应变圆）进行二维状态下的应力/应变分量转换与主值求解。此外，本章也引入了非线性材料模型（如理想弹塑性模型）的初步概念，为后续的非线性分析打下基础。 第二章：结构静力学与平衡方程 本章的核心是结构平衡原理的应用。内容涵盖了结构自由体分离、反力求解、内力图（轴力图、剪力图、弯矩图）的绘制与计算。详细阐述了梁、框架、桁架等典型结构的求解方法，包括虚功原理、位移法和挠度系数法。特别强调了位移法（经典力学中的力矩分配法的基础）在分析超静定结构中的应用，以及如何建立刚度矩阵的初步概念，为后续的有限元刚度矩阵形成做铺垫。 第三章：结构动力学基础 结构动力学是分析地震、风载等时变载荷下结构响应的关键。本章从单自由度系统（SDOF）的自由振动、受迫振动开始，推导了运动方程。重点分析了固有频率、振型、阻尼效应（粘性阻尼）及共振现象。随后，将分析扩展到多自由度系统（MDOF），引入质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，推导了特征值问题（求解固有值和特征向量），这是模态分析的基础。对步进激励和冲击响应的初步分析方法也进行了介绍。 第四章：结构稳定性理论 本章专注于结构的失稳问题，特别是屈曲分析。详细讲解了欧拉屈曲公式的推导及其适用范围。针对复杂截面和边界条件，引入了临界载荷的概念，并讨论了柔性屈曲、侧向扭转屈曲等失稳模式。对于受压构件的设计，结合稳定系数和容许应力法，提供了工程实践中的指导性原则。 第二部分：有限元分析（FEA）的理论基石与实现 本部分是全书的重点和难点，旨在系统阐述有限元方法（FEM）的数学原理、离散化过程及其在工程求解器中的实现机制。 第五章：有限元法的基本原理与离散化 本章引入变分原理（如最小势能原理和虚功原理）作为建立有限元方程的数学基础。详细解释了有限元分析的三个核心步骤：离散化（网格划分）、单元选择与插值函数（形函数）的构建，以及单元刚度矩阵的推导。重点分析了形函数的性质（如满足一致性、相容性要求）如何保证解的准确性和收敛性。 第六章：一维与二维单元的推导 一维单元： 详细推导了梁单元（考虑弯曲和轴向变形）和桁架单元的刚度矩阵。以欧拉-伯努利梁理论为基础，通过形函数插值推导了经典梁单元的有限元方程。 二维单元（平面问题）： 深入探讨了二维弹性力学问题的处理。重点推导了常应变三角形（CST）单元和四边形（Q4/Q8）单元的刚度矩阵和应力计算公式。对单元的“剪切锁定”等数值问题进行了讨论，并介绍了高阶单元的优势。 第七章：三维单元与场变量分析 本章将分析扩展到三维空间。介绍了三维实体单元（如四面体单元Tetrahedron和六面体单元Hexahedron）的构建。重点讲解了线性应力分析（全应力分析）中，如何使用三维单元来模拟复杂体。此外，本章还涉及了非结构单元的建模，如壳单元（Thin/Thick Shell Elements）的理论基础，该单元是分析钣金件和薄壁结构的关键。 第八章：载荷施加、边界条件与求解 本章关注如何将真实的工程约束和载荷映射到有限元模型中。详细讨论了节点载荷、均布载荷、面压力以及热载荷的施加方式。边界条件的施加（位移约束）是保证求解稳定的关键。最后，详细介绍了求解集成的全局刚度方程 $[K]{u} = {F}$ 的数值方法，包括直接求解法（如Cholesky分解）和迭代求解法，并探讨了求解过程中的精度控制和误差估计。 第三部分：高级分析技术与应用扩展 本部分涵盖了结构分析中更复杂、更贴近实际工程的分析类型，以及对计算结果的深入理解。 第九章：非线性有限元分析 本章专注于解决非线性问题，包括几何非线性（大变形）、材料非线性（塑性、超弹性）和接触非线性。详细阐述了求解非线性方程 $[K(u)]{u} = {F}$ 的迭代方法，如牛顿-拉夫逊法及其修正算法（如弧长法），以确保在载荷增量步下解的收敛性。 第十章：模态分析与特征值问题求解 本章深化了动力学分析。重点讲解了如何利用有限元模型求解系统的固有频率和振型。讨论了大规模特征值问题的求解算法，如子空间迭代法和Lanczos方法，并解释了如何利用模态叠加法进行瞬态动力学分析。 第十一章：接触与连接分析 结构连接（如螺栓连接、焊缝、胶接）和部件间的接触是复杂装配体分析的核心难点。本章详细介绍了接触算法，包括点对点、点对面接触的定义和惩罚刚度法的应用。分析了摩擦（库仑摩擦模型）对接触面应力分布的影响。 第十二章：结果后处理与工程应用实例 本章强调了“仿真”的最终目标是指导工程决策。内容包括：如何正确解读应力云图（避免过度依赖最大主应力）、疲劳寿命的初步评估（S-N曲线法在FEA中的应用）、以及网格敏感性研究（网格收敛性验证）。最后，通过几个具体的工程案例（如压力容器的应力集中分析、复杂机械部件的刚度优化），展示如何将理论知识转化为可靠的工程解决方案。 --- 本书的特点： 本书不侧重于特定商业软件的操作手册，而是聚焦于背后的物理意义和数学原理。读者在学完本书后，将能够批判性地评估有限元软件的计算结果，理解不同单元类型和求解器的局限性，从而设计出既安全又经济的工程结构。本书对理论推导的严谨性要求较高，适合作为高级结构分析课程的教材或工程师进阶学习的参考书。

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这本书的结构安排，坦白地说，初期让我有些摸不着头脑。它似乎跳过了我们通常认为的“标准学习路径”，一开始就深入到了与分析和验证相关的章节。例如，在讲解型腔分割和拔模方向确定时，它直接引入了有限元分析（FEA）的初步概念，而不是先铺垫大量的几何知识。这对于习惯于线性学习的读者来说，可能需要一定的适应期。然而，一旦适应了这种“先给出问题，再回溯原理”的叙事方式，你会发现它带来的思维冲击是巨大的。它强迫你从一开始就站在一个更高的维度去思考设计决策的后果。书中对“公差配合”的讨论，更是让我耳目一新。它没有停留在机械制图标准上，而是结合了实际的加工设备精度和材料收缩率的波动范围，去讨论如何通过设计冗余来确保最终装配的成功率。这种结合了理论物理、材料科学和精密制造的综合性视角，使得这本书的厚度不仅仅是页数上的堆积，更是知识维度的延展。我感觉自己不光是在学习模具设计，更是在学习如何进行系统性的工程决策。这种跨学科的融合，是很多专业书籍所欠缺的，它提供了一种更接近现代复杂工程实践的视角。

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我必须承认，这本书的深度远超我的预期，但这种深度并非建立在故弄玄虚的数学推导之上，而是体现在对工艺流程之间微妙关系的洞察力上。阅读过程中，我时常会产生一种“原来如此”的恍然大悟感。最让我感到震撼的是它对“冷却系统设计”这部分内容的阐述。市面上很多书籍对冷却都会一笔带过，只提均匀冷却的重要性，但这本书却将流体力学原理巧妙地融入到实际的模具结构设计中。它详细分析了水路布置的角度、直径，甚至水管与型腔壁之间的最佳距离，并结合具体的注塑件截面图，推演了热量如何在不同区域散失，以及这如何直接影响到产品的缩水率和内应力分布。更妙的是，作者没有停留在理论层面，而是提供了一套基于经验参数的快速估算方法，这对于项目初期需要在短时间内给出初步设计方案的设计师来说，简直是救命稻草。我用它提供的方法对照我最近设计的一个复杂外壳，发现我之前凭感觉设置的冷却排布，在某些关键部位确实存在明显的热点集中区，这让我对自己的专业判断有了一个更客观的审视。这本书的价值就在于，它把那些藏在“经验”背后的科学原理，用一种近乎透明的方式展示了出来，让人学到的不仅仅是“怎么做”，更是“为什么这么做”。

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这本书拿到手的时候，我其实是抱着非常复杂的心情。首先是它的装帧和设计感，老实说，非常朴实，甚至有点跟不上现在流行的设计潮流。内页的排版也比较紧凑，字号偏小，对于我这种需要戴老花镜才能看清细节的人来说，阅读体验一开始是有点吃力的。我本来以为这是一本侧重于理论基础，那种需要反复啃读的教科书，所以准备了好些时间来应对可能出现的晦涩难懂的公式和概念。然而，翻阅前几章后，我发现它的切入点非常接地气。它似乎没有急于展示那些高深的理论模型，而是将重点放在了实际操作中可能遇到的各种“坑”和经验教训上。比如，书中对常见材料在不同温度和压力下的表现做了详尽的对比，这部分内容不是那种干巴巴的表格堆砌，而是通过一些具体的案例分析，展示了材料选择失误可能导致的灾难性后果。我印象特别深刻的是其中关于“拔模斜度”的章节，作者用了大量的篇幅去解释为什么不同复杂度的曲面需要不同的斜度设置，并且配上了非常直观的插图，这些图示的精细程度，远超我之前看过的任何一本同类书籍。整体感觉，它更像是一位经验丰富的老工程师，带着你深入车间，手把手地指导你如何避开那些前辈们用血泪换来的教训。尽管阅读起来需要一定的耐心，但每一页似乎都沉甸甸地压着实实在在的干货，而不是那些可有可无的理论装饰。

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说实话，这本书的叙事风格是相当硬朗和直接的，几乎没有闲暇让你去感叹文字的美妙，它的一切都服务于效率和精确性。我之前读过一些偏向美学或结构创新类的设计书籍，那些往往充满了对未来趋势的畅想和对艺术线条的赞美，读起来非常愉悦，但实操性上总感觉差点火候。而这本则完全是另一番景象——它更像一本技术手册，但又比标准手册多了几分人文关怀。比如，在介绍如何使用CAD软件进行三维建模时，它没有简单地罗列快捷键，而是针对模具设计中反复出现的特征（如倒扣处理、流道分型面生成），提供了若干套不同的建模思路，并详细分析了每种思路在后续加工和装配环节中的优缺点。这对于我们这些需要在不同项目间快速切换的设计团队来说，极大地拓宽了我们的工具箱。我特别欣赏作者在描述模具维护和拆卸流程时所采用的视角——他似乎把自己想象成了一个需要在连续工作制下快速解决问题的维修工。他对润滑脂的选择、模具预热的温度控制、顶杆的保养周期，都给出了非常具体的建议和预警信号，这些都是在学校里绝对学不到的。读完这部分，我感觉自己对模具的整个生命周期都有了更全面的掌控感。

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坦率地说，这本书的插图和图表设计，如果用现代的审美标准来衡量，确实显得有些陈旧和保守，很多线条都是传统的黑白手绘风格，缺乏现在设计软件渲染出的那种光泽感和立体感。但这恰恰是它独特的魅力所在。这些图示，没有被过分精美的效果图所迷惑，而是极其清晰、准确地传达了结构上的关键信息。我特别喜欢作者在解释一些复杂机构，比如多角度分型机构或热流道系统布置时，所采用的剖面图和爆炸图。这些图纸的清晰度，似乎超越了任何软件能瞬间生成的快照，它们更像是经过精心计算和筛选的最佳视角，旨在暴露结构中最本质的受力关系和运动轨迹。阅读时，我常常需要停下来，仔细对比不同视图之间的对应关系，这种“慢阅读”的过程，反而加深了我对结构逻辑的理解。它教会我，真正的设计深度，不在于表面有多炫酷的三维效果，而在于底层逻辑和结构表达的准确性。这本书更像是一部工程学的经典著作，它超越了特定软件版本的限制，其传达的工程智慧是永恒的。对于那些真正想沉下心来理解设计本质的工程师而言，这种朴素的表达方式，反而是一种高效的学习工具。

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