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在工程設計的各學科當中，機械設計是發展最早，且已經發展得日臻完善的學科。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。

機械設計的范圍很廣，天上飛的，地上跑的各種各樣的東西，當你拆了電纜、卸掉管路以后，基本上就算是機械結構。許多人認為：‘水、電、風、氣’的家伙都是有專業的，人家是‘術業有專攻’，但你要是搞機械的，大家就可以認為你是‘萬金油’，在總結一個現場故障的時候，當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，領導是絕對不會允許你逃走的，因為你是機械專業的。所以，為避免尷尬，許多的東西都是你要學習的。

在機械專業混了不少年的事，雖然機械行業看似龐雜，好像沒有什么頭緒，似乎不知從哪里下手，但我習慣上總體將機械分成兩大類：一類是‘運動結構’，另一類是‘靜態結構’。運動結構可以從飛行裝置算起，從航天器，到飛行器，再到各種運動的設備，本質都是一樣的東西。靜態結構包含各種橋梁、建筑結構、各種工業的倉體、支撐結構和各種梁體、底座、絎架、網架等等。相對而言，機械設計的‘人才’也可以分成兩類，一類是擅長設計‘運動結構’的家伙，另一類人才是善于設計‘靜態結構’的。

除了人才以外，還有一部分是混在機械設計領域里的家伙，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構，只要掙錢就好，這類老板不好相處。另一部分是學什么都不明白，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‘靜態結構’的其他人，他們覺得設計各種支撐梁、連桿、絎架、底座，以至于是設計斜拉結構和懸索結構的人都是沒有什么水平的人，干這種活體現不了人生的價值，事實并不是這樣的。當一個重載箱型梁破壞的時候，能說得清楚是什么原因導致破壞的人實際上并不是很多，這正說明懂得設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的教育，大家又都學的很窄，純理論的課堂教育。于是，很多的問題都說不清。

計算一個承載結構，不外乎是計算強度、剛度和結構的穩定性。計算強度是比較簡單的事情，你只要上過中專，你就應該很明確地計算出一個斷面的強度，無論斷面的結構有多復雜，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，只有再回學校念書。而剛度的計算就比較復雜一些，要考慮各種工況，考慮最復雜的一種組合狀態，這就不是學校里能學到的東西了，想學明白了，第一要有好的師父，師父就不明白，你學不明白。第二，就是你要肯學，要下功夫。

比較復雜的問題是計算一個結構的穩定性，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：當你設計一個大型的料倉和附屬結構的時候，要考慮的因素就特別多，例如，風雪引起的荷載，地震的不同振型引起的破壞效應等等東西。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’的多柱支撐結構，在地震過程中，它的‘彈性’和‘柔軟性’都比較好，在承受以‘扭轉’振型為主的地震破壞中，邊上的柱子的聯結節點可以‘擰斷’，以吸收地震的沖擊波。當地震過后，雖然有些支撐體破壞了，但整體結構是完整的，達到這種水平，你就基本是‘人才’了。

當不允許采用多柱支撐結構時，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構的完整性。

采用少柱結構時，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：真正由彎矩導致的破壞并不很多。一般情況下，主要是扭轉載荷破壞了結構。扭轉載荷首先是破壞了箱形梁的縱橫筋板之間的焊縫，導致形變的加大，而形變的增加又進一步破壞了縱橫結構，最后導致了翼板（有時稱梁的‘上下蓋板’）與間隔結構的分離，失去了承載的理論位置，最終使整體結構分崩離析。

煤礦上使用的液壓支架就是一種典型的重型承載支撐結構，其頂梁、掩護梁、連桿、底座的設計都比較講究。什么地方要加強是非常重要的，也有許多的學問。在型式試驗的時候，雖然只有5000次的循環，看似次數很少，但能撐過試驗結束的的架型也并不很多，或多或少都有些問題。盡管現在是有限元時代了，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。

能設計結構巧妙而又經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，它和在學校的學習和后天的鍛煉都有很大的關系，別小看了它。但像我這樣的笨家伙就干不了。

在結構設計的時候，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，也可能是基礎的不均勻沉降造成的，假如你當時沒有仔細考慮基礎沉降的問題，到時候，土建的家伙是救不了你的，你哭都沒人理你。

如果是薄板結構，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任。

筋板的聯結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，使變形發生在非焊接位置。當然，書上說了許多特別細致的東西，都特別重要，我不重復什么，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，他自己設計的結構，隨便取一個截面，他都能講得清楚何處的應力是多大？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，整體結構會崩潰？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。

假如我們把鋼結構叫‘重型結構’的話，鋁結構就是‘輕結構’，它的設計與鋼結構是完全不同的，或者說根本就是兩碼事。

12# 深南大道

說得很正確，我們現在的機械設計的能力與水平不是一朝一夕達到的，這是經過幾百年來全世界人類智慧的結晶，后人就是踩著前人的肩膀爬到一個更高的高度，你可以說是抄襲，但實際上那個是繼承，就是 ...
ciker 發表于 2009-10-8 12:11

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