Lightweight Sandwich Construction

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出版者:
作者:Davies, J. M. 编
出品人:
页数:384
译者:
出版时间:2001-7
价格:1467.00 元
装帧:
isbn号码:9780632040278
丛书系列:
图书标签:
  • 复合材料
  • 三明治结构
  • 轻量化设计
  • 结构工程
  • 航空航天
  • 汽车工程
  • 材料科学
  • 力学
  • 结构优化
  • 制造工程
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具体描述

Sandwich panels are being used increasingly as the cladding of buildings like factories, warehouses, cold stores and retail sheds. This is because they are light in weight, thermally efficient, aesthetically attractive and can be easily handled and erected. However, to date, an authoritative book on the subject was lacking. This new reference work aims to fill that gap. The designer, specifier and manufacturer of sandwich panels all require a great deal of information on a wide range of subjects. This book was written by a group of European experts under the editorship of a UK specialist in lightweight construction. It provides guidance on: * materials used in manufacture * thermal efficiency and air- and water-tightness * acoustic performance * performance in fire * durability * special problems of sandwich panels in cold stores and chill rooms * architectural and aesthetic considerations * structural design at the ultimate and serviceability limit states * additional structural considerations including fastenings, the effect of openings and the use of sandwich panels as load-bearing walls * test procedures The book concludes with some numerical design examples and is highly illustrated throughout.

超越界限:现代材料科学与结构工程的深度探索 图书名称: 超越界限:现代材料科学与结构工程的深度探索 图书简介 本书《超越界限:现代材料科学与结构工程的深度探索》并非聚焦于轻量化夹层结构(Lightweight Sandwich Construction)的具体应用或设计规范,而是将视野拓展至支撑现代工程奇迹的更宏大、更基础的科学原理与前沿技术领域。本书旨在为结构工程师、材料科学家、高级技工以及对未来制造技术充满热情的读者,提供一套深入且全面的理论框架与实践指导,以应对二十一世纪在能源效率、可持续发展和极端环境适应性方面日益增长的挑战。 本书的结构设计,旨在引导读者从微观的材料本质出发,逐步攀升至宏观的系统集成与复杂结构设计,确保读者在理解现代工程设计复杂性的同时,能掌握驱动这些创新的核心科学驱动力。 --- 第一部分:先进材料的本征特性与设计哲学 本部分致力于解析那些驱动下一代结构性能提升的先进功能材料的深层物理化学机制。我们摒弃对特定结构形式的讨论,转而深入探究材料如何从根本上决定了其宏观响应。 第一章:晶体学与微观结构对力学性能的影响 本章详细探讨了材料的微观结构——从晶格缺陷、晶界排列到晶粒尺寸分布——如何直接调控其屈服强度、疲劳寿命和蠕变行为。我们引入了先进的计算材料学方法(如密度泛函理论DFT和分子动力学模拟MD),用于预测新合金和陶瓷在不同应力状态下的原子级别响应。讨论的重点在于如何通过精确控制合成过程中的热力学和动力学参数,来“设计”出具有特定宏观性能的晶体结构,而非仅仅是被动地接受材料的固有属性。 第二章:智能与自适应材料的维度 本章着重于那些能够感知环境变化并做出可逆响应的“活性”材料。我们深入研究了形状记忆合金(SMA)中的马氏体相变机制,以及它们在创建无源或主动阻尼系统中的潜力。此外,压电材料和电活性聚合物(EAP)的工作原理也被详尽剖析,强调了如何通过精确的电场或温度梯度调控,实现对结构形状、刚度和振动模式的实时控制。本书关注这些材料在构建“活的”或“可呼吸的”结构中的理论基础,而非它们在夹层板中的应用。 第三章:极端环境下的材料可靠性 本章探讨了材料在非标准操作条件下的行为,特别是超高温、深冷和高辐射环境。我们分析了陶瓷基复合材料(CMC)和金属间化合物(IMC)在热氧化和热腐蚀中的失效模式,并引入了基于概率论的损伤容限设计理念。这部分内容侧重于概率密度函数在预测材料长期服役可靠性中的应用,为设计需要在极端环境下长期稳定运行的部件提供理论支持。 --- 第二部分:结构动力学与非线性响应分析 本部分将视角从材料本身提升到材料集合体——结构系统。重点关注系统层面的复杂动力学行为和超越经典线性理论的分析方法。 第四章:非线性有限元方法的深化应用 本书详述了处理结构非线性问题的数值方法,包括大变形分析中的拉格朗日和欧拉描述的转换、接触算法(如惩罚法和增广拉格朗日法)的精确实施,以及材料本构模型(如弹塑性、粘弹性)的数值实现。重点在于解析数值稳定性问题,尤其是在处理应力集中和局部屈曲等高度非线性区域时的收敛准则与网格依赖性问题。 第五章:随机振动与结构健康监测(SHM)的耦合 我们探讨了如何将随机载荷(如风致湍流、地震激励)纳入结构响应分析的框架。这涉及到随机振动理论(如功率谱密度分析)在预测结构疲劳累积损伤中的应用。紧接着,本章详细介绍了利用模态识别技术和高精度传感器网络(如光纤布拉格光栅FBG)进行状态估计的方法论,目标是构建一个能够实时评估结构剩余使用寿命的数学模型。 第六章:复杂系统中的稳定性与分岔理论 本章超越了简单的临界载荷计算,深入研究了结构在受载过程中的稳定性丧失机理——失稳与分岔。我们采用微分方程组分析了屈曲与后屈曲行为,特别是针对那些具有多模态耦合或负刚度区域的系统。理解结构如何从一个稳定的平衡态“跳跃”到另一个状态,是设计具有高安全裕度结构的关键。 --- 第三部分:可持续性、制造集成与未来展望 最后一部分着眼于结构工程在更广阔的社会与技术生态系统中的角色,探讨如何通过先进制造技术实现设计理念的无缝转化。 第七章:增材制造(AM)对结构拓扑优化的推动 本章讨论了增材制造技术(如激光粉末床熔融L-PBF和电子束熔融EBM)如何从根本上改变了设计与制造的边界。重点不在于描述机器本身,而在于如何利用AM实现的几何自由度,进行拓扑优化(Topology Optimization, TO)和梯度材料(Graded Materials)的设计。我们分析了如何通过局部晶粒取向控制来优化构件在特定受力方向上的性能,实现传统减材制造无法企及的轻量化与性能集成。 第八章:生命周期评估(LCA)与循环经济原则 本章将结构设计置于环境影响的背景下进行审视。我们详细介绍了成熟的生命周期评估方法论,用于量化材料的“摇篮到坟墓”的环境足迹,包括能源消耗、碳排放和水资源利用。核心讨论是如何将循环经济原则内嵌到早期设计阶段,例如通过设计易于解耦、回收和再利用的连接节点和材料体系,以最小化结构退役后的负面影响。 第九章:面向大规模集成的数字孪生与仿真闭环 本章展望了集成式结构管理平台的未来。我们探讨了如何将高度精细的物理模型(基于前述的先进材料和动力学分析)与实时传感器数据相结合,创建高保真度的“数字孪生体”。重点在于如何利用机器学习算法处理海量传感器数据,校准和修正初始物理模型中的不确定性参数(如材料疲劳系数),从而实现从设计、制造、运行到维护的闭环优化管理,确保结构在整个服役期内都能维持最优的性能水平。 本书通过对这些基础科学和前沿方法的深度解析,为读者构建了一个超越具体结构范式的、关于如何理解、预测和创造下一代高性能结构系统的坚实知识体系。

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读后感

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用户评价

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这本书的封面设计,说实话,有点出乎意料。我原本以为会是那种非常技术性、充斥着各种复杂的工程图和材料科学术语的教科书模样,但它给我的感觉更像是一本精心策划的建筑设计杂志。纸张的质感很棒,拿在手里有一种沉甸甸的信赖感,这在很多同类书籍中并不常见。翻开扉页,首先映入眼帘的是一系列令人惊艳的彩色照片,展示了各种创新的结构应用场景,从现代的模块化住宅到高性能的交通工具外壳。这些视觉元素为接下来的阅读定下了一个非常高的基准,让我立刻对接下来的内容充满了期待。我特别欣赏作者在排版上的用心,文字的留白恰到好处,字体选择既专业又不失现代感,阅读起来非常舒适,即便是在长时间阅读后,眼睛也不会感到疲劳。这种对细节的关注,无疑提升了整体的阅读体验,让人觉得这不是一本快餐式的参考书,而是一件值得收藏的作品。整体来说,这本书的外观和初步触感,完美地传达了一种“精致与实用并存”的理念,成功地在众多专业书籍中脱颖而出,让人忍不住想立刻深入了解其核心内容。

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阅读这本书的过程中,我发现它在方法论的探讨上走得相当深入,远超我预期的广度。它似乎没有直接跳入具体的计算公式或规范罗列,而是首先构建了一个宏大的哲学框架,来探讨“轻量化”本身对于结构效率的意义。这种自上而下的解析方式,对于我们这些长期在具体工程问题中打转的人来说,提供了一个非常宝贵的、审视问题的全新视角。作者似乎非常擅长将看似抽象的概念具象化,他使用了一系列精妙的比喻和案例研究来阐述复杂的多层材料如何协同工作,以达到结构完整性和材料节省之间的完美平衡。我尤其欣赏其中关于“界面行为”的讨论,这部分内容详尽地剖析了不同材料层之间的粘结、剪切和热膨胀差异所带来的潜在风险与机遇。这种对系统层面相互作用的深入剖析,而不是仅仅停留在单个组件性能的堆砌上,显示出作者深厚的专业功底和独到的洞察力。读完这部分,我感觉自己对“结构优化”的理解从“减重”提升到了“效能最大化”的层面。

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这本书在探讨未来趋势和技术展望方面,展现了令人振奋的前瞻性。它没有沉溺于对现有技术的复述,而是大胆地将讨论延伸到了下一个十年的研发热点。特别是在关于智能化制造与材料自修复能力结合的部分,作者提出了一些非常尖锐且具有启发性的观点,这些观点似乎尚未在主流工程界得到广泛讨论,却具有巨大的潜力。书中对“数字孪生体”在结构健康监测中的应用进行了深入的推演,并详细描绘了如何利用AI算法来实时优化轻质结构在非预期载荷下的响应。这种对跨学科融合的探讨,使得这本书不仅对结构工程师有价值,对于材料科学家、机器人专家乃至系统架构师都具有强烈的吸引力。它不只是告诉你“现在该做什么”,更重要的是,它在引导你思考“未来什么才是真正值得投入的研发方向”。读完最后一页,我感受到的不是知识的满足,而是一种被激发出的强烈的创新冲动,仿佛已经看到了行业下一波变革的浪潮。

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这本书的案例研究部分是其最大的亮点之一,它们极具说服力和现实参考价值。与一些只提供理想化模型进行分析的著作不同,这里展示的每一个案例都仿佛是从实际工程现场直接提取出来的,充满了真实世界的“不完美性”。例如,书中对某大型工业设备外壳在极端温度循环下的长期疲劳测试结果进行了细致的分析,不仅展示了最终的成功方案,还非常坦诚地揭示了早期设计阶段遇到的几次关键失败。这种透明度是极其宝贵的,因为它允许读者从别人的错误中吸取教训,避免重蹈覆辙。每一个案例都配有大量的实测数据图表,这些图表清晰明了,即便是初学者也能快速把握核心的性能指标。更令人赞叹的是,作者不仅仅停留在结果层面,而是追溯了从最初概念设计到最终制造实施的全过程决策链,解释了为何在众多技术选项中,最终选择了某一种特定的复合结构。这种流程化的叙事方式,极大地增强了这本书作为实践指导手册的价值。

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从语言风格上来说,这本书的作者展现了一种罕见的、既严谨又充满魅力的写作天赋。它完全避免了学术著作中常见的枯燥和晦涩,行文流畅,逻辑推进自然得如同高手间的棋局对弈,每一步都蓄势待发,却又水到渠成。我发现自己很少需要停下来查阅专业词典,因为作者总能用最精确且易于理解的语言来定义每一个新引入的概念。有一种段落,我读了不止一遍,不是因为没懂,而是因为那种对技术细节的描述方式本身就具有一种美感——它像是一位经验丰富的大师在向你娓娓道来他毕生的绝学,语气中充满了对工程艺术的热爱。例如,描述某类预应力加载技术时,作者采用了类似“像是在用看不见的线束,为结构注入了永恒的宁静”这样的措辞,这种兼具文学性和技术准确性的表达,着实让人耳目一新。这本书让我意识到,最顶尖的工程学写作,完全可以做到既是严谨的工具,又是愉悦的阅读体验。

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