為什么一座吊橋即便開通了八條車道也不至于倒塌?為什么堤壩可以阻攔或釋放巨大的水量?為什么希臘人在晚上會將馬車輪子卸下來?為什么人類會腰痛?為什么鳥類有羽毛?摩天大樓和袋鼠的設(shè)計有什么原理?本書將幫你理解偉大建筑的巧奪天工之處,并探究歷史上諸多災(zāi)難性事故的背后原因。
結(jié)構(gòu)涉及我們生活的方方面面,無論是植物或動物,還是高樓大廈、橋梁等設(shè)計都要承受一定的機(jī)械力度,使其不易被折斷或倒塌。所以,每個事物都包含一種結(jié)構(gòu)。當(dāng)我們思考結(jié)構(gòu)的問題時,我們不僅要考慮為什么建筑物和橋梁不會坍塌,為什么機(jī)器和飛機(jī)不會解體,也要考慮蟲子為何長成那種形態(tài),以及蝙蝠為什么能飛過玫瑰花叢而翅膀完好無損。
這是一本發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的原理、生動解釋結(jié)構(gòu)的基本特性的趣味讀物,它將為你揭開關(guān)于結(jié)構(gòu)力學(xué)的許多好玩的謎題。作者摒棄了工程師慣用的讓人不知所云的技術(shù)術(shù)語,用淺顯、幽默的語言為讀者解釋了結(jié)構(gòu)的有趣原理,分析了不同結(jié)構(gòu)的特性,并告訴我們,生物的生存需求和人類的設(shè)計需求影響了這些結(jié)構(gòu)的發(fā)展,自然、科技、生活中存在的結(jié)構(gòu)都有其各自的道理。
★與《從0到1》《生命3.0》《超 級智能》《銀河帝國:基地三部曲》《魔戒》等同為特斯拉CEO埃隆馬斯克推薦讀物:這是一本關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計的非常好的入門書。
★暢銷40余年經(jīng)典著作,邀請業(yè)內(nèi)工程師審校。
★美亞分類榜前十,入選中學(xué)和大學(xué)教材,行業(yè)內(nèi)口碑高,結(jié)構(gòu)學(xué)、建筑學(xué)、工程學(xué)經(jīng)典書目。
前言
我非常清楚,想寫出一本有關(guān)結(jié)構(gòu)的入門書是一種不自量力的行為。實際上,只有當(dāng)這門學(xué)問從數(shù)學(xué)中脫離出來后,人們才開始意識到要準(zhǔn)確表述那些通常所謂的入門級的結(jié)構(gòu)概念是多么困難;我所說的入門級意即基礎(chǔ)性或根本性。其中某些省略和簡化是有意為之,但另一些無疑是因為我自己才疏學(xué)淺和對這門學(xué)問一知半解所致。
雖然本書幾乎等于《強(qiáng)材料新科學(xué)研究》(The New Science of Strong Materials)的續(xù)篇,但它仍可被視為一部在其所述領(lǐng)域完全獨立的作品。因此,在前面幾章里,難免有重復(fù)之處。
我要感謝曾為我提供素材、建議和靈感以及同我熱烈討論的很多人。其中的在世者,包括我在雷丁大學(xué)的同事,他們曾慷慨地給予我?guī)椭,尤其是建筑學(xué)教授比格斯(W. D. Biggs),以及理查德·查普林(Richard Chaplin)博士、喬吉奧·杰洛尼米迪斯(Giorgio Jeronimidis)博士、朱利安·文森特(Julian Vincent)博士和亨利·布萊斯(Henry Blyth)博士,還有哲學(xué)教授安東尼·弗盧(Anthony Flew),他為本書最后一章提出了有益的建議。我還要感激布魯克醫(yī)院的神經(jīng)外科顧問醫(yī)師約翰·巴特雷特(John Bartlett)先生。西印度群島大學(xué)的休斯(T. P. Hughes)教授在與火箭相關(guān)的問題上給予了我諸多幫助。我的秘書瓊·柯林斯(Jean Collins)在我陷入困境時幫了大忙。《時尚》雜志的內(nèi)瑟柯特(Nethercot)女士在女裝剪裁方面的見解使我獲益良多。杰拉德·利奇(Gerald Leach)以及企鵝圖書的多位編輯付出了他們一貫的耐心和友善。
在我要致謝的逝者中,我要感謝劍橋大學(xué)三一學(xué)院的馬克·普萊爾(Mark Pryor)博士,他與我已探討生物力學(xué)的問題近30年。最后,理所應(yīng)當(dāng),我還要感謝希羅多德(Herodotus),我欠這位哈利卡納蘇斯城曾經(jīng)的公民一份薄祭。
詹姆斯愛德華戈登(19131998)畢業(yè)于格拉斯哥大學(xué)造船系,材料科學(xué)和生物力學(xué)研究領(lǐng)域的先驅(qū)者之一,他的三本結(jié)構(gòu)和材料方面的普及讀物影響深遠(yuǎn),本書即為其中之一。他的作品被翻譯成多種文字,并進(jìn)入中學(xué)和大學(xué)教材。The Times稱他是材料科學(xué)的先驅(qū)之一,他的書文學(xué)造詣頗高,行業(yè)內(nèi)人士和學(xué)生都會有興趣。
前言 III
第1章 如何與工程師無障礙地溝通 001
第一部分 彈性科學(xué)的前世今生
第2章 結(jié)構(gòu)的根基胡克定律與固體的彈性 017
第3章 應(yīng)力與應(yīng)變柯西男爵與楊氏模量 029
第4章 設(shè)計的安全性裂縫是怎么出現(xiàn)的?044
第5章 如何同裂縫和應(yīng)力集中共存弓、投石器和袋鼠 054
第二部分 承張結(jié)構(gòu)
第6章 承張結(jié)構(gòu)與壓力容器鍋爐、蝙蝠和中式平底帆船 095
第7章 接合、鉚接、焊接的應(yīng)用分布蠕變和戰(zhàn)車輪子 113
第8章 一只蠕蟲的誕生泊松比和彈性蛋白 130
第三部分 承壓結(jié)構(gòu)與承彎結(jié)構(gòu)
第9章 墻、拱與壩通天塔與磚石建筑如何保持穩(wěn)定 151
第10章 倒下的和未倒下的橋梁拱橋、鑄鐵橋和懸索橋 178
第11章 一道梁的益處屋頂、桁架與桅桿 190
第12章 剪切與扭轉(zhuǎn)的奧秘北極星導(dǎo)彈與斜裁睡袍 223
第13章 承壓的失敗三明治、頭蓋骨與歐拉博士 249
第四部分 結(jié)構(gòu)與審美
第14章 設(shè)計的哲學(xué)形狀、重量與成本的平衡 277
第15章 罪魁禍?zhǔn)渍`差、金屬疲勞與操作不當(dāng) 297
第16章 效率與美感逃不掉的現(xiàn)實 326
致謝 347
附錄I 推薦手冊與公式 349
附錄II 梁理論公式 353
附錄Ⅲ 扭轉(zhuǎn)公式 361
附錄Ⅳ 壓縮載荷作用下柱與板的效率 363
延伸閱讀 367