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轻量化设计:构件结构与应用示例

时间:2023-09-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:在实际中可以看到很多按照这一构造原理的应用例子,比如薄壁型杆与闭口管材,或者是扇形的平面支承结构与带加强筋的平面支承结构。这样的结构因为不会遇到不稳定的情况,所以不需要有抗弯刚度。平面结构的刚度则通过生长路径来形成(如树叶),这类同时分割的结构具有很高的抗弯刚度和翘曲刚度。

轻量化设计:构件结构与应用示例

自然界的一个基本原则是“适合躯体的质量”在遇到最大载荷的地方优先得到“生长”:即均匀表面应力公理。在承受很小载荷的地方,材料则减少。在实际中可以看到很多按照这一构造原理的应用例子,比如薄壁型杆与闭口管材,或者是扇形的平面支承结构与带加强筋的平面支承结构。这里,型材总是按照载荷最优化来设计的。其原则如下[WIE 84]:

●如果可能的话,尽量将结构设计成承受拉应力载荷。这样的结构因为不会遇到不稳定的情况,所以不需要有抗弯刚度

●如果遇到压应力载荷,为了提高稳定性,可采取成形、分割或者支承连接等措施,但这样一来,结构的重量通常会增加。(www.xing528.com)

●在实心的横截面中要避免弯曲应力载荷或者扭转应力载荷,因为这种横截面没有得到正确的利用。

在自然界中,有的材料具有极小的密度(如:蜘蛛丝ρ≈0.11kg/dm3,鸟的羽毛:ρ≈0.115kg/dm3,甲壳[1]ρ≈0.14kg/dm3,管状骨:0.05~0.30kg/dm3),这些材料都是通过植入带有橡胶性能(ρ=1.2kg/dm3E≈10~20N/mm2)的弹性朊、骨胶原与节支弹性蛋白来形成稳定性。平面结构的刚度则通过生长路径来形成(如树叶),这类同时分割的结构具有很高的抗弯刚度和翘曲刚度。

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