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