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附录Ⅰ : 推荐手册与公式

2020年6月30日  来源:结构是什么 作者:[英]J.E.戈登 提供人:huangtang13......

在过去的150年里,弹性理论研究者分析了各种结构的应力与挠度,几乎包含每一种能想到的形状和负载条件。这一切都很好,但这些人发表出来的结果,其原始形式通常太过数学化,也太复杂,对于那些急于设计某些相当简单东西的普通人来说,没有多大的直接用处。

所幸,大量这样的信息可被还原为一套标准的案例或实例,其答案可以用相当简单的公式表示出来。这种类型的公式几乎涵盖了任何可能的结构性意外,你可以在手册里找到,特别是罗克(R. J. Roark)的《应力与应变的公式》(Formulas for Stress and Strain )。只需要储备一些常识、一点儿基础的代数知识和本书第3章的内容,像你我这样的人也可以使用这些公式了。其中几个公式将在接下来的附录Ⅱ和附录Ⅲ中给出。

谨慎地运用这类公式,确实非常有益,而对大多数工程设计师和制图员来说,它们其实构成了专业上的惯用手段。根本不必为使用它们而感到难为情,事实上我们都是这样做的,但务必要谨慎使用。

1. 确保你真的理解这个公式在表达什么。

2. 确保它真的适用于你的特定情境。

3. 切记,切记,切记,这些公式没有考虑应力集中或其他特殊的局部条件。

之后,将适当的载荷与尺寸代入公式即可,但要确保单位统一并校准零位。然后,做一点儿基本的算术,就会得出有关应力或挠度的数据。

现在,以令人厌恶的怀疑目光审视一下这个数据,想想它看起来让你感觉是否正确。不管怎样,你最好检查一下你的算术:你确定没有算出两个结果?

无论是数学还是手册公式自然都不会为我们“设计”出一个结构。凭借我们可以把握的经验、智慧和直觉,我们必须自己做设计;当我们完成设计后,可以通过计算分析设计并大致预计应力和挠度有多大。

因此在实践中,设计流程经常是这样的。先确定该结构可以承受的最大载荷和允许的挠度。这两者有时都是由现有的规章制度决定的,若不是这样,它们可能就不是特别容易确定了。这需要一定的判断力,若有疑虑,力求保守显然更好,尽管如我们所见,在错误的位置承载太多重量很可能会因太离谱而引发危险。

当负载条件确定后,我们就可以按比例草拟一个粗略的设计,设计师通常用方格纸簿完成他们的草图。然后,我们可以用适当的公式来计算应力和挠度。一开始,这些值可能太高或太低,因此我们需要继续修正草图,直到它们看上去是合适的。

当这一切都完成后,才能制作可用于大规模生产的“适当”图纸。因为零件需要按常规的工业流程制造,所以正规的工程图纸非常必要,但它们制作起来很麻烦,简单或业余的工作可能就不需要了。然而,照我的经验,对于任何具有商业性和潜在危险性的东西,如果一个企业能制作的唯一“图纸”仅是一幅画在信封背面的草图,那么一旦将来到了法庭上,它就会显得非常愚蠢。

如果你打算制造的结构很重要,并且你已拥有一张施工图,那么接下来要做的就是一件天经地义的事,那就是夙夜为之忧虑。当我忙于在飞机上引入塑料零件时,我常常为其担忧得夜不能寐,因为几乎所有零件都依赖于担忧带来的好处。事故来源于自信,而受阻于忧心。因此,不能仅对你的计算做一两次检查,而要一而再、再而三地检查。

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