本书是高等院校理工科近机类专业必修的材料力学、理论力学等基础力学课程相关的工程技术案例集，书中案例大都是大连理工大学工程力学系基础力学教学团队成员结合自身教学科研经历总结凝练而来的，与材料力学（强度、刚度、稳定性及综合问题）和理论力学（静力学、运动学、动力学及综合问题）知识点紧密结合，内容涉及航空航天、海洋工程、能源动力、电子信息、生物医学等诸多领域。

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1. 大直径复杂薄壁筒壳结构轻量化设计技术与应用，教育部技术发明奖一等奖，2018年，排名第一。 2. 长江学者奖励计划青年学者获得人，2016年。

目 录
序
前言
第1章 航空航天 1
1.1 运载火箭级间段中间框设计 1
1.1.1 工程背景 1
1.1.2 解决方案 1
1.1.3 总结 7
1.2 航空发动机中的鸟撞问题 7
1.2.1 工程背景 7
1.2.2 航空发动机风扇叶片抗鸟撞设计 8
1.2.3 总结 12
1.3 航空发动机机匣包容性设计 13
1.3.1 工程背景 13
1.3.2 基于能量守恒原理的包容性设计准则 14
1.3.3 总结 18
1.4 着陆器冲击过程分析 19
1.4.1 工程背景 19
1.4.2 离散元–有限元数值研究 21
1.4.3 材料力学知识点及相关启发 23
1.5 “黑匣子” 挂载结构设计 24
1.5.1 工程背景 24
1.5.2 设计思路 25
1.5.3 总结 26
1.6 飞机远程配电支架结构设计 27
1.6.1 工程背景 27
1.6.2 设计思路 27
1.7 机翼蒙皮矩形板稳定性问题与压杆稳定类比 29
1.7.1 工程背景 29
1.7.2 矩形板稳定性与压杆稳定类比分析 30
1.7.3 总结 32
1.8 火箭中的复合材料结构强度理论与应用 33
1.8.1 工程背景 33
1.8.2 复合材料结构强度理论与应用 33
1.8.3 总结 38
1.9 航空航天壁板的缺陷敏感性与创新构型设计 39
1.9.1 工程背景 39
1.9.2 缺陷敏感性与创新构型设计 40
1.9.3 总结 44
1.10 火箭的载荷设计——内力图的绘制 46
1.10.1 工程背景 46
1.10.2 火箭的静载荷计算 47
1.10.3 火箭的内力图 50
1.10.4 总结 50
1.11 航空发动机的能量转化和叶片强度 51
1.11.1 工程背景 51
1.11.2 涡轮叶片强度分析 54
1.11.3 总结 54
1.12 人类深空探测太阳帆薄膜褶皱的产生与消除 55
1.12.1 工程背景 55
1.12.2 薄膜褶皱抑制的力学模型 56
1.12.3 总结 59
1.13 现代飞机抗疲劳设计60
1.13.1 工程背景 60
1.13.2 抗疲劳设计 61
1.13.3 总结 63
1.14 飞机转轴的疲劳分析63
1.14.1 工程背景 63
1.14.2 转轴结构疲劳分析 66
1.14.3 总结 69
1.15 新型飞行器舱门的约束简化与静力学分析 69
1.15.1 工程背景 69
1.15.2 舱门结构受力分析 70
1.15.3 总结 71
1.16 重心在飞机设计中的意义 72
1.16.1 工程背景 72
1.16.2 飞机失速原理 72
1.16.3 总结 75
1.17 舰载机甲板自主调运轨迹规划.76
1.17.1 工程背景 76
1.17.2 甲板自主调运关键技术 76
1.17.3 总结 81
1.18 航天器轨道与姿态耦合动力学问题 81
1.18.1 工程背景 81
1.18.2 轨道与姿态耦合动力学 82
1.18.3 总结 86
1.19 航空发动机推进系统反推装置的力学原理 87
1.19.1 工程背景 87
1.19.2 反推装置的力学原理 88
1.19.3 总结 92
第2章 海洋工程 94
2.1 海冰压缩强度试验分析.94
2.1.1 工程背景 94
2.1.2 海冰压缩强度试验 95
2.1.3 总结 97
2.2 海冰弯曲强度试验分析.98
2.2.1 工程背景 98
2.2.2 海冰弯曲强度试验 99
2.2.3 总结 102
2.3 海洋立管在自重影响下的失稳问题 103
2.3.1 工程背景 103
2.3.2 海洋立管自重下失稳机制 104
2.3.3 总结 106
2.4 极地船舶及海洋工程冰激结构疲劳分析 106
2.4.1 工程背景 106
2.4.2 极地结构冰激疲劳分析 107
2.5 深水 S 型海洋管道铺设及室内实验方法 112
2.5.1 工程背景 112
2.5.2 管道铺设与室内试验 112
2.5.3 总结 114
2.6 水下机械臂动力学与载荷分析 116
2.6.1 工程背景 116
2.6.2 水下机械臂的动力学分析 116
2.6.3 总结 119
第3章 能源动力 121
3.1 核电结构的抗震性能分析 121
3.1.1 工程背景 121
3.1.2 主要结构抗震性能分析 121
3.1.3 总结 125
3.2 核反应堆压力容器安全性分析.126
3.2.1 工程背景 126
3.2.2 动力学分析 128
3.2.3 总结 128
3.3 大型压缩机主轴–叶轮装配中的力学问题 129
3.3.1 工程背景 129
3.3.2 主轴弯曲变形分析与解决方案 130
3.3.3 总结 135
3.4 输电塔架结构分析及设计 135
3.4.1 工程背景 135
3.4.2 结构分析及设计 137
3.4.3 总结 139
3.5 液压往复密封系统中的摩擦力分析 140
3.5.1 工程背景 140
3.5.2 摩擦力分析 141
3.5.3 总结 143
第4章 电子信息 145
4.1 计算机板卡–卡槽传热结构中的力学问题 145
4.1.1 工程背景 145
4.1.2 界面热阻分析与优化 146
4.1.3 总结 150
4.2 可延展周期性蛇形结构的拉伸问题 151
4.2.1 工程背景 151
4.2.2 蛇形结构的拉伸问题分析 152
4.2.3 总结 158
4.3 柔性可延展电子的变刚度多样化设计 158
4.3.1 工程背景 158
4.3.2 柔性可延展电子变刚度设计的力学模型 159
4.3.3 总结 164
4.4 柔性电子器件岛–桥结构的屈曲问题 165
4.4.1 工程背景 165
4.4.2 岛–桥结构的力学模型 165
4.4.3 总结 169
4.5 基于能量原理的指套电子器件力学模型 171
4.5.1 工程背景 171
4.5.2 指套电子器件的力学模型 172
4.5.3 总结 177
4.6 力系平衡在柔性电子湿法转印中的应用 179
4.6.1 工程背景 179
4.6.2 柔性电子湿法转印应用界限的力学模型 180
4.6.3 总结 183
第5章 生物医学 185
5.1 青光眼形成的力学机制 185
5.1.1 研究背景 185
5.1.2 力学分析 185
5.1.3 总结 187
5.2 主动脉瘤破坏的力学机制 188
5.2.1 研究背景 188
5.2.2 主动脉瘤破坏机制 189
5.2.3 总结 190
5.3 心血管单轴拉伸力学性能研究 191
5.3.1 研究背景 191
5.3.2 心血管材料力学实验方法 192
5.3.3 总结 194
5.4 微针设计与使用中的力学问题.194
5.4.1 研究背景 194
5.4.2 微针中的力学问题 195
5.4.3 总结 198
5.5 皮肤组织的单轴拉伸实验 199
5.5.1 研究背景 199
5.5.2 皮肤组织力学性能表征 200
5.5.3 总结 201
5.6 跳跃过程中膝关节前交叉韧带的保护 202
5.6.1 研究背景 202
5.6.2 韧带受力分析和力学性能测试 203
5.6.3 总结 205
5.7 机器学习在细胞弹性模量测量中的应用 206
5.7.1 研究背景 206
5.7.2 机器学习的解决方案 207
5.7.3 总结 209
5.8 疾病诊断中的细胞力学原理 210
5.8.1 研究背景 210
5.8.2 细胞黏弹性分析 211
5.8.3 总结 214
5.9 水凝胶支架作为生物替代材料的软物质力学原理 215
5.9.1 研究背景 215
5.9.2 关节软骨和替代水凝胶的力学性能分析.216
5.9.3 总结 218
5.10 基于力学原理的新型头盔内衬结构设计 219
5.10.1 工程背景 219
5.10.2 单兵作战头盔内衬防护爆炸冲击波的力学原理 220
5.10.3 总结 223
5.11 电刺激改变细胞排列迁移方向的力学原理 224
5.11.1 研究背景 224
5.11.2 力学分析 224
5.11.3 总结 226
第6章 车辆工程 227
6.1 汽车吸能盒缓冲吸能的力学机制 227
6.1.1 工程背景 227
6.1.2 吸能盒缓冲吸能的力学机制 228
6.1.3 总结 230
6.2 汽车侧翻问题分析 232
6.2.1 工程背景 232
6.2.2 车辆侧翻分析 232
6.2.3 总结 235
6.3 高速列车受电弓机构运动与气动抬升力分析 235
6.3.1 工程背景 235
6.3.2 高速列车受电弓机构的运动 236
6.3.3 总结 239
6.4 汽车行驶控制的动力学分析 240
6.4.1 工程背景 240
6.4.2 汽车动力学分析的二自由度简化模型 241
6.4.3 总结 242
6.5 纳米技术在汽车碰撞安全问题中的应用研究 243
6.5.1 工程背景 243
6.5.2 薄壁结构屈曲模态诱导分析 244
6.5.3 总结 246
6.6 机车碰撞的安全设计247
6.6.1 工程背景 247
6.6.2 力学分析 247
6.7 动力集中式动车组减振器座的疲劳计算 250
6.7.1 工程背景 250
6.7.2 减振器座疲劳应力 251
6.7.3 减振器座累积损伤 253
6.7.4 总结 255
第7章 材料性能 257
7.1 胶黏剂基本力学性能试验测定方法 257
7.1.1 工程背景 257
7.1.2 测试方案 257
7.1.3 总结 263
7.2 利用梁模型预测纳米尺度的自折叠现象：小变形和大变形 264
7.2.1 纳米尺度自折叠现象的力学模型 265
7.2.2 总结 267
7.3 负泊松比材料及其在平板单轴压屈中的应用 267
7.3.1 工程背景 267
7.3.2 负泊松比材料的变形原理及其在矩形平板中的压曲增益分析 268
7.3.3 总结 270
7.4 “热缩冷胀” 神奇超材料的力学原理 271
7.4.1 工程背景 271
7.4.2 热缩冷胀超材料的力学原理 271
7.4.3 总结 274
7.5 残缺之美：谈钛合金增韧机制 274
7.5.1 工程背景 274
7.5.2 含非焊合区的开孔钛合金层合板增韧分析 275
7.5.3 总结 276
7.6 碳纤维增强复合材料基本力学性能测试方法 277
7.6.1 工程背景 277
7.6.2 测试方案 278
7.6.3 总结 279
7.7 电子灌封用胶黏剂弹性模量和拉伸强度测定方法 280
7.7.1 工程背景 280
7.7.2 测试方案 280
7.7.3 总结 284
7.8 声子晶体超材料的制备工艺与带隙特征的关联性 284
7.8.1 工程背景 284
7.8.2 超材料结构带隙特性 285
7.8.3 增材制造结构变形特性 286
7.8.4 总结 289
第8章 连接构件 290
8.1 摩擦自锁与螺栓法兰结构预紧状态的分析 290
8.1.1 工程背景 290
8.1.2 螺栓螺纹斜面的摩擦自锁原理 291
8.1.3 工程中的螺栓法兰结构预紧状态分析.292
8.1.4 总结 294
8.2 基于柱壳纵剖面梁模型的箭体螺栓法兰连接刚度分析 295
8.2.1 工程背景 295
8.2.2 柱壳纵剖面梁模型的理论分析 296
8.2.3 总结 300
8.3 基于静力平衡的螺栓法兰连接结构等效弹簧建模方法 301
8.3.1 工程背景 301
8.3.2 静力平衡条件下的箭体柱壳螺栓法兰连接等效弹簧建模 302
8.3.3 总结 306
8.4 三级箭体螺栓法兰双连接面动力学简化模型 306
8.4.1 工程背景 306
8.4.2 基于机械能守恒定律的三级箭体螺栓法兰双连接面动力学模型 307
8.4.3 总结 310
第9章 结构设计 312
9.1 变刚度设计方法在抗冲击高防护头盔中的应用 312
9.1.1 工程背景 312
9.1.2 变刚度设计在抗冲击高防护头盔中的应用 313
9.1.3 总结 316
9.2 屈曲的妙用与双稳态结构 318
9.2.1 工程背景 318
9.2.2 碳纤维增强复合材料层合板双稳态设计与分析 319
9.2.3 总结 320
9.3 最大化临界屈曲载荷的柱体变截面设计 321
9.3.1 工程背景 321
9.3.2 最大化临界屈曲载荷的柱体变截面设计的力学模型 321
9.3.3 总结 323
9.4 碰撞吸能结构的剪纸设计 324
9.4.1 工程背景 324
9.4.2 剪纸设计及耐撞性分析 325
9.4.3 总结 330
9.5 压力容器的断裂破坏分析 331
9.5.1 工程背景 331
9.5.2 断裂破坏分析 333
9.5.3 总结 335
9.6 基于层级化模型的航天装备仿真与设计技术 336
9.6.1 工程背景 336
9.6.2 航天装备层级化建模仿真与设计 337
9.6.3 总结 340
9.7 基于折纸方法的碰撞吸能结构设计 341
9.7.1 工程背景 341
9.7.2 基于折纸方法的吸能结构设计 343
9.7.3 总结 347
第10章 生产制造.349
10.1 金属增材制造过程中的翘曲变形力学机制 349
10.1.1 工程背景 349
10.1.2 力学分析 350
10.2 搅拌头的受力分析和疲劳强度 352
10.2.1 工程背景 352
10.2.2 搅拌头的温升 354
10.2.3 搅拌头的受力和疲劳 355
10.2.4 总结 356
10.3 印制线路板焊点热疲劳失效 357
10.3.1 工程背景 357
10.3.2 力学分析 358
10.3.3 总结 360
10.4 超声冲击表面纳米化技术在重装空投中的应用分析 360
10.4.1 工程背景 360
10.4.2 金属表面纳米化技术原理 361
10.4.3 总结 364
第11章 其他领域.366
11.1 炮弹发射技术中的力学问题 366
11.1.1 工程背景 366
11.1.2 力学分析 367
11.1.3 总结 368
11.2 原子力显微镜的测试原理与应用 369
11.2.1 工程背景 369
11.2.2 原子力显微镜的基本原理 370
11.2.3 总结 373
11.3 原子力显微镜矩形悬臂结构的弹簧常数标定 373
11.3.1 工程背景 373
11.3.2 悬臂结构静力问题力学模型 374
11.3.3 总结 378
11.4 实际土木工程结构中的若干约束形式.379
11.4.1 工程背景 379
11.4.2 土木工程结构中的约束分析 380
11.4.3 总结 382
11.5 机器人运动过程的动力学模型 383
11.5.1 工程背景 383
11.5.2 二连杆机械臂动力学简化模型 384
11.5.3 总结 386
11.6 激光测振原理及其在结构动力学模型修正中的应用 386
11.6.1 工程背景 386
11.6.2 力学分析 387
11.6.3 总结 388
11.7 高速冲击下的结构破坏分析 389
11.7.1 工程背景 389
11.7.2 力学分析 390
11.7.3 总结 391