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出版者:Springer-Verlag Telos

作者:Y. M. Xie

出品人:

页数:188

译者:

出版时间:1997-08

价格:USD 117.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540761532

丛书系列:

图书标签:

结构优化
进化算法
拓扑优化
有限元分析
优化设计
工程设计
计算力学
材料力学
结构力学
多学科优化

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具体描述

Evolutionary Structural Optimization (ESO) is a design method based on the simple concept of gradually removing inefficient material from a structure as it is being designed. Through this method, the resulting structure will evolve towards its optimum shape. The latest techniques and results of ESO are presented here, illustrated by numerous clear and detailed examples. Sections cover the fundamental aspects of the method, the application to multiple load cases and multiple support environments, frequency optimization, stiffness and displacement constraints, buckling, jointed frame structures, shape optimization, and stress reduction. This is followed by a section describing Evolve97, a software package which will allow readers to try the ideas of ESO themselves and to solve their optimization problems. This software is provided on a computer diskette which accompanies the book.

结构与形态的精妙交织：从经典力学到现代工程的应用图书名称：结构与形态的精妙交织：从经典力学到现代工程的应用作者： [此处可填写虚构作者名称，例如：张宏、李明] 出版社： [此处可填写虚构出版社名称，例如：创新工程技术出版社] --- 图书简介本书旨在深入探讨结构力学、材料科学与几何形态设计之间的复杂关系，为读者构建一个从基础理论到前沿应用的全面知识框架。我们聚焦于如何通过对结构形态的精确控制和优化，以实现材料性能的最大化利用、结构的轻量化设计以及整体可靠性的提升。本书的视角超越了传统结构分析的范畴，强调结构作为一个有机整体，其性能不仅依赖于所用材料的强度，更深刻地植根于其几何布局和拓扑构造之中。第一部分：结构力学的基石与形态的内生性（约 400 字）本部分首先回顾了结构力学的基本原理，包括应力、应变、弹性理论和塑性行为的经典描述。然而，与传统教科书不同，本书迅速将焦点转向“形态如何决定功能”。我们详细分析了构件的截面设计，探讨了梁、柱、板壳结构在不同载荷条件下的内力分布特征，并引入了“等效应力线”和“形态受力路径”的概念。形态的内生性是本书的核心论点之一。我们认为，一个高效的结构形态并非凭空产生的，而是对外部载荷和约束条件的内在响应。通过对悬索结构和拱形结构的深入剖析，展示了力的自然传播路径如何指导几何形状的形成。此外，我们引入了几何非线性分析的基础，以理解在大幅度变形下，结构形态如何影响其承载能力和稳定性。这一部分为后续更复杂的优化奠定了坚实的理论基础，强调了理解力的“自然选择”过程对于结构设计的重要性。第二部分：材料属性与微观尺度的影响（约 350 字）结构性能的实现离不开对材料特性的深刻理解。本部分将理论分析延伸至材料科学的领域，但着重于材料性能如何与宏观结构形态相互作用。我们探讨了各向异性材料（如木材、纤维增强复合材料）在不同受力方向上的响应差异，以及这些差异如何需要在结构布局中被精心管理。书中详细分析了韧性、脆性和疲劳行为对结构寿命的决定性作用。例如，在循环载荷下，材料内部的微裂纹萌生和扩展过程与结构关键节点的几何集中效应如何协同作用，加速失效。我们引入了损伤容限设计的概念，强调结构设计不仅要确保初始强度，更要保证在局部损伤发生后，整体结构仍能通过形态重构（如应力重新分配）维持功能。本章还简要介绍了梯度功能材料（FGM）的基本思想，即材料属性在空间上的连续变化如何与结构形态变化相结合，以应对多尺度、多功能的工程挑战。第三部分：拓扑学在结构设计中的应用（约 400 字）拓扑学为我们提供了一种超越传统尺寸优化的强大工具。本部分的核心是介绍结构拓扑优化的理论框架及其在现代工程实践中的应用。我们详细阐述了密度法（SIMP）和水平集方法等主流算法的数学基础，解释了如何通过迭代过程，从一个初始的、填充完整的材料域中“减去”不必要的材料，最终形成最优的力流路径支撑结构。重点分析了如何设置合理的约束条件（如制造约束、最小特征尺寸限制），以确保获得的拓扑解在工程上是可制造和可实现的。书中通过多个案例研究，展示了拓扑优化如何在航空航天、汽车轻量化领域帮助工程师发现非直觉的、但力学性能卓越的仿生形态。这部分强调了“去除冗余”的设计哲学，将结构优化提升到决定材料存在与否的层面。第四部分：仿生形态与先进制造的融合（约 350 字）理解了理论和拓扑优化后，本部分转向了如何将这些先进的设计理念转化为实际产品。我们深入研究了仿生结构设计，分析自然界中高效的力学形态，例如骨骼的微结构、蜂巢的填充模式，以及叶脉的支撑系统。这些仿生形态为我们提供了避免应力集中和实现多功能集成的新思路。同时，先进制造技术，特别是增材制造（3D打印），为实现这些复杂、高度定制化的形态提供了可能。本书探讨了增材制造工艺（如选择性激光熔化SLM）如何改变了结构设计的边界，使得具有复杂内部孔隙率分布和曲面的结构设计成为可能。我们分析了打印工艺参数（如层高、扫描速度）对最终结构机械性能的反馈影响，强调了“设计-制造-分析”的闭环反馈机制。最终，本书以对未来结构工程的展望作结，预示着结构设计将更加精细化、智能化，追求人造结构与自然效率的和谐统一。 --- 目标读者：本书适合高等院校结构工程、机械工程、材料科学及土木工程专业的高年级本科生、研究生，以及从事结构设计、研发和先进制造领域的工程师和研究人员。核心价值：本书提供了一个跨学科的视角，将基础力学与尖端优化技术紧密结合，指导读者从“抵抗力”的传统思维，转向“引导力”的现代设计哲学。