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在工程設(shè)計的各學(xué)科當(dāng)中，機械設(shè)計是發(fā)展最早，且已經(jīng)發(fā)展得日臻完善的學(xué)科。機械這種東西比較直觀，所有的東西都擺在面上，好不好使一目了然，當(dāng)造成破壞和事故的時候，也更容易遭人詬病，使你無處遁形，也不好狡辯。
機械設(shè)計的范圍很廣，天上飛的，地上跑的各種各樣的東西，當(dāng)你拆了電纜、卸掉管路以后，基本上就算是機械結(jié)構(gòu)。許多人認為：‘水、電、風(fēng)、氣’的家伙都是有專業(yè)的，人家是‘術(shù)業(yè)有專攻’，但你要是搞機械的，大家就可以認為你是‘萬金油’，在總結(jié)一個現(xiàn)場故障的時候，當(dāng)別人都有理由逃遁以后，剩下的那個倒霉家伙就是你，即使就真的是人家的毛病，只要別人稍稍耍一點賴，說他不明白，他就可以安然脫逃，領(lǐng)導(dǎo)是絕對不會允許你逃走的，因為你是機械專業(yè)的。所以，為避免尷尬，許多的東西都是你要學(xué)習(xí)的。
在機械專業(yè)混了不少年的事，雖然機械行業(yè)看似龐雜，好像沒有什么頭緒，似乎不知從哪里下手，但我習(xí)慣上總體將機械分成兩大類：一類是‘運動結(jié)構(gòu)’，另一類是‘靜態(tài)結(jié)構(gòu)’。運動結(jié)構(gòu)可以從飛行裝置算起，從航天器，到飛行器，再到各種運動的設(shè)備，本質(zhì)都是一樣的東西。靜態(tài)結(jié)構(gòu)包含各種橋梁、建筑結(jié)構(gòu)、各種工業(yè)的倉體、支撐結(jié)構(gòu)和各種梁體、底座、絎架、網(wǎng)架等等。相對而言，機械設(shè)計的‘人才’也可以分成兩類，一類是擅長設(shè)計‘運動結(jié)構(gòu)’的家伙，另一類人才是善于設(shè)計‘靜態(tài)結(jié)構(gòu)’的。
除了人才以外，還有一部分是混在機械設(shè)計領(lǐng)域里的家伙，這部分人里面有一部分是老板，自稱懂機械，實際是一知半解，他們不需要理解具體的結(jié)構(gòu)，只要掙錢就好，這類老板不好相處。另一部分是學(xué)什么都不明白，基本上是抄了一輩子別人的圖紙的笨家伙，鄙人就屬于這類人。
許多搞機械的、自認為是有天賦的家伙自己就瞧不起稿‘靜態(tài)結(jié)構(gòu)’的其他人，他們覺得設(shè)計各種支撐梁、連桿、絎架、底座，以至于是設(shè)計斜拉結(jié)構(gòu)和懸索結(jié)構(gòu)的人都是沒有什么水平的人，干這種活體現(xiàn)不了人生的價值，事實并不是這樣的。當(dāng)一個重載箱型梁破壞的時候，能說得清楚是什么原因?qū)е缕茐牡娜藢嶋H上并不是很多，這正說明懂得設(shè)計這種東西的人其實不多。
除此以外，什么時候用絎架，什么時候用箱型梁，其各自的載荷特點和承載方式也是許多‘聰明人’說不清楚的。我國因為沒有工程學(xué)的教育，大家又都學(xué)的很窄，純理論的課堂教育。于是，很多的問題都說不清。
計算一個承載結(jié)構(gòu)，不外乎是計算強度、剛度和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。計算強度是比較簡單的事情，你只要上過中專，你就應(yīng)該很明確地計算出一個斷面的強度，無論斷面的結(jié)構(gòu)有多復(fù)雜，就是花費的時間長短的問題。假如你說不會算，誰都幫不上你，只有再回學(xué)校念書。而剛度的計算就比較復(fù)雜一些，要考慮各種工況，考慮最復(fù)雜的一種組合狀態(tài)，這就不是學(xué)校里能學(xué)到的東西了，想學(xué)明白了，第一要有好的師父，師父就不明白，你學(xué)不明白。第二，就是你要肯學(xué)，要下功夫。
比較復(fù)雜的問題是計算一個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，它不僅要考慮工況，許多外在的條件你必須要考慮進去。比如：當(dāng)你設(shè)計一個大型的料倉和附屬結(jié)構(gòu)的時候，要考慮的因素就特別多，例如，風(fēng)雪引起的荷載，地震的不同振型引起的破壞效應(yīng)等等東西。就倉體的支撐形式而言，條件許可的時候，要盡可能采用較為‘柔和’的多柱支撐結(jié)構(gòu)，在地震過程中，它的‘彈性’和‘柔軟性’都比較好，在承受以‘扭轉(zhuǎn)’振型為主的地震破壞中，邊上的柱子的聯(lián)結(jié)節(jié)點可以‘?dāng)Q斷’，以吸收地震的沖擊波。當(dāng)?shù)卣疬^后，雖然有些支撐體破壞了，但整體結(jié)構(gòu)是完整的，達到這種水平，你就基本是‘人才’了。
當(dāng)不允許采用多柱支撐結(jié)構(gòu)時，支撐形式的的剛度就一定比較大，柱子就不允許被擰斷，這時的變形就被轉(zhuǎn)移到倉體本身上去了，你必須選擇一個變形/破壞點，通過它的破壞而保留結(jié)構(gòu)的完整性。
采用少柱結(jié)構(gòu)時，就必須要慎重使用型鋼作為柱子，有些時候，方形或圓形就可能是你的唯一選擇。
重載箱形梁的破壞，你要是細看或者說你看明白了，你就知道：真正由彎矩導(dǎo)致的破壞并不很多。一般情況下，主要是扭轉(zhuǎn)載荷破壞了結(jié)構(gòu)。扭轉(zhuǎn)載荷首先是破壞了箱形梁的縱橫筋板之間的焊縫，導(dǎo)致形變的加大，而形變的增加又進一步破壞了縱橫結(jié)構(gòu)，最后導(dǎo)致了翼板（有時稱梁的‘上下蓋板’）與間隔結(jié)構(gòu)的分離，失去了承載的理論位置，最終使整體結(jié)構(gòu)分崩離析。
煤礦上使用的液壓支架就是一種典型的重型承載支撐結(jié)構(gòu)，其頂梁、掩護梁、連桿、底座的設(shè)計都比較講究。什么地方要加強是非常重要的，也有許多的學(xué)問。在型式試驗的時候，雖然只有5000次的循環(huán)，看似次數(shù)很少，但能撐過試驗結(jié)束的的架型也并不很多，或多或少都有些問題。盡管現(xiàn)在是有限元時代了，但根本問題并沒有完全解決，特別是偏載試驗，從根本上講還是扭轉(zhuǎn)載荷作用的問題許多人沒有完全理解透，或者沒計算好。
能設(shè)計結(jié)構(gòu)巧妙而又經(jīng)久耐用的鋼梁其實并不是一件非常簡單的事情，是很看一個人的功底的，它和在學(xué)校的學(xué)習(xí)和后天的鍛煉都有很大的關(guān)系，別小看了它。但像我這樣的笨家伙就干不了。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，你需要特別重要的是：除了正常計算彎曲載荷以外，一定要搞清楚最大的扭轉(zhuǎn)載荷，這種載荷可能不一定是什么東西施加給梁體的，也可能是基礎(chǔ)的不均勻沉降造成的，假如你當(dāng)時沒有仔細考慮基礎(chǔ)沉降的問題，到時候，土建的家伙是救不了你的，你哭都沒人理你。
如果是薄板結(jié)構(gòu)，你還必須計算剪切和沖切的問題，你的鋼梁是沒問題，但人和物件掉到底下去了，你同樣有不可推卸的責(zé)任。
筋板的聯(lián)結(jié)也是特別重要的東西，焊縫盡可能不放在受力大的位置上，如果必須放在那里，要作額外的加強和支撐，通過增加局部的剛度，減少此處的形變，使變形發(fā)生在非焊接位置。當(dāng)然，書上說了許多特別細致的東西，都特別重要，我不重復(fù)什么，以免引起賣弄的嫌疑。
有人會說：你說了一大堆沒有用的東西，到底用什么來衡量一個家伙是不是行呢？這個我比較在行，因為我不會干什么，再不知誰會干？豈不是要餓死？其實，衡量一個家伙只用一個標準就夠了，他自己設(shè)計的結(jié)構(gòu)，隨便取一個截面，他都能講得清楚何處的應(yīng)力是多大？哪個斷面在何種條件下可能破壞，這個截面破壞以后引起的后果是什么？什么條件下，整體結(jié)構(gòu)會崩潰？在眾人面前可以講清這件事，他就合格了。假如是抄圖，抄一輩子也還是抄。
假如我們把鋼結(jié)構(gòu)叫‘重型結(jié)構(gòu)’的話，鋁結(jié)構(gòu)就是‘輕結(jié)構(gòu)’，它的設(shè)計與鋼結(jié)構(gòu)是完全不同的，或者說根本就是兩碼事。
待續(xù)------------------ | 
發(fā)表于 2007-7-31 11:10:00
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發(fā)表于 2007-7-31 11:41:04
