机械工程设计分析和MATLAB应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:郭仁生

出品人:

页数:435

译者:

出版时间:2012-1

价格:65.00元

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isbn号码:9787111367659

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• MATLAB
• 机械工程
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机械工程设计分析与MATLAB应用 内容概述 本书旨在为读者提供一套全面且实用的机械工程设计与分析方法，并重点展示如何利用强大的MATLAB软件工具来加速和优化设计流程。全书紧密围绕现代机械工程的核心挑战，从基础的理论分析到复杂的工程实践，层层递进，引导读者掌握解决实际工程问题的能力。 第一部分：机械工程设计基础与原理 本部分将深入探讨机械工程设计的基石，为后续的分析和应用打下坚实基础。 绪论： 介绍机械工程设计的概念、发展历程、基本原则以及在现代工业中的重要性。强调创新思维、系统性以及可持续性在设计过程中的作用。 材料力学基础： 系统回顾应力、应变、弹性模量、泊松比等核心概念，重点讲解材料的强度、刚度、韧性、疲劳极限等关键力学性能。介绍不同材料（金属、塑料、复合材料等）的特性及其在工程设计中的选择依据。 结构静力学与动力学： 讲解力的传递、平衡方程、受力分析、构件的强度和刚度校核。介绍刚体和有质量体的运动学与动力学方程，包括质心运动、转动惯量、角动量等概念，为分析机械系统的动态行为奠定基础。 机械振动分析： 探讨单自由度、多自由度振动系统，分析固有频率、阻尼比、强迫振动等。介绍振动隔离、减振等工程应用技术。 设计准则与可靠性： 阐述安全系数、许用应力等设计准则，以及失效模式与可靠性分析。介绍可靠性设计方法，确保产品在规定条件下长期稳定运行。 机械零件设计： 详细介绍常见机械零件的设计原则与方法，如轴、联轴器、齿轮、轴承、弹簧等的结构设计、材料选择、强度校核和寿命计算。 第二部分：现代机械工程分析技术 本部分将聚焦于先进的工程分析方法，帮助读者理解复杂机械系统的行为。 有限元分析（FEA）基础： 介绍有限元法的基本思想、单元划分、插值函数、节点位移法等。重点讲解如何构建几何模型、施加边界条件和载荷，以及对分析结果的解读，包括应力分布、变形情况、固有频率等。 计算流体力学（CFD）原理： 阐述流体力学基本方程（纳维-斯托克斯方程等）和数值离散方法。介绍流场分析的基本流程，包括网格生成、求解器选择、边界条件设定，以及对流体速度、压力、温度等参数的分析。 多体动力学仿真： 介绍多体系统动力学的建模方法，包括刚体和柔性体建模、约束的施加、驱动力的设定。重点讲解如何进行运动学和动力学仿真，分析机构的运动轨迹、速度、加速度以及作用力。 热应力与热传导分析： 探讨温度变化对材料性能的影响，以及热应力的产生机理。介绍稳态和瞬态热传导的分析方法，以及如何结合力学分析进行热-力耦合仿真。 疲劳与断裂力学： 深入分析材料在循环载荷下的疲劳失效机理，包括应力-寿命曲线、应变-寿命曲线等。介绍断裂力学基本概念，如裂纹尖端应力强度因子、断裂韧性等，用于评估构件在存在裂纹时的承载能力。 优化设计方法： 介绍参数优化、拓扑优化等工程设计优化技术。讲解如何根据性能指标和约束条件，寻找最优的设计参数或结构布局，以达到轻量化、高强度或高效率的目标。 第三部分：MATLAB在机械工程设计分析中的应用 本部分将详细演示如何利用MATLAB的强大功能来辅助和实现上述工程设计与分析过程。 MATLAB基础与工程计算： 介绍MATLAB的语法、数据类型、矩阵运算、图形绘制等基本功能。演示如何利用MATLAB进行代数方程、微分方程的求解，以及数值积分和插值等基本工程计算。 基于MATLAB的材料力学与结构分析： 利用MATLAB编程实现杆件、梁、板等结构的应力、应变分析，校核强度与刚度。 演示如何通过MATLAB编写脚本，自动生成各种载荷组合下的内力图和变形图。 应用MATLAB求解经典力学问题，如悬臂梁、简支梁的挠度和应力分布。 MATLAB在振动分析中的应用： 利用MATLAB建立单自由度、多自由度振动系统的数学模型，求解固有频率和模态振型。 通过MATLAB仿真分析不同阻尼和激励下的系统响应，可视化振动过程。 编写MATLAB代码实现振动控制算法的初步设计和验证。 MATLAB与有限元分析（FEA）接口： 介绍如何利用MATLAB调用第三方FEA软件（如ANSYS, Abaqus）的API进行模型预处理、求解和后处理。 演示如何通过MATLAB脚本自动生成FEA模型的几何、网格和载荷，实现参数化设计。 利用MATLAB对FEA分析结果进行二次开发，如绘制特定的应力云图、提取关键数据进行统计分析。 MATLAB在流体动力学（CFD）辅助分析中的应用： 介绍如何利用MATLAB进行流体动力学方程的简化和数值求解（如使用PDE Toolbox）。 演示如何通过MATLAB进行简化的流场边界条件设定和初步结果可视化。 利用MATLAB对CFD仿真软件导出的流场数据进行后处理和分析。 MATLAB进行多体动力学仿真： 利用MATLAB的Simscape Multibody等工具箱，构建复杂的机械系统模型。 进行运动学和动力学仿真，分析机构的运动规律和受力情况。 可视化仿真结果，包括运动轨迹、速度、加速度、力等。 MATLAB实现工程优化设计： 利用MATLAB的优化工具箱，实现参数优化，如最小化重量、最大化刚度等。 探索利用MATLAB进行拓扑优化，生成新颖高效的结构设计。 MATLAB与实验数据处理： 演示如何利用MATLAB导入、清洗、处理和分析实验采集的机械性能数据。 应用MATLAB进行数据拟合、回归分析，建立经验公式或模型。 利用MATLAB生成清晰的图表，直观展示实验结果。 本书特点 理论与实践结合： 既深入讲解机械工程设计的理论基础，又通过大量的MATLAB实例展示实际应用。 循序渐进的学习路径： 内容从基础理论到高级分析，再到软件应用，逻辑清晰，易于读者掌握。 强调动手能力： 大量MATLAB程序代码和示例，鼓励读者动手实践，提升解决工程问题的能力。 面向现代工程挑战： 涵盖有限元分析、计算流体力学、多体动力学等现代工程分析技术。 实用价值高： 能够帮助读者快速上手利用MATLAB解决实际的机械工程设计与分析问题。 目标读者 本书适合高等院校机械工程、车辆工程、航空航天工程、工业设计等相关专业的本科生、研究生，以及从事机械设计、研发、分析工作的工程师。

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这本书的独特之处在于它对“工程思维”的培养倾注了大量心血。很多教材侧重于教你“如何计算”，而这本书更侧重于教你“为什么要这样设计”以及“在不同约束条件下，最优的决策是什么”。我尤其欣赏它在案例分析中体现出的那种权衡取舍的智慧。例如，在介绍不同连接方式的疲劳寿命评估时，作者不仅给出了计算公式，还详细对比了不同工艺对最终产品可靠性和制造成本的影响，这种多维度考量的视角，正是优秀工程师所必需的素质。阅读这些章节时，我常常会停下来思考，如果是我来做这个设计，我会选择哪条路径。这种强烈的代入感和思考的激发，远比被动地接受知识来得有效。它像一位老道的导师，在旁边点拨你，引导你去发现隐藏在数据背后的工程本质。

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这本书的封面设计着实抓人眼球，那种深邃的蓝色调，配上硬朗的机械线条图样，一眼就能看出它的专业性和深度。我拿到书的时候，首先翻阅的是目录部分，发现编排得非常有条理，从基础的理论框架到具体的工程案例，层层递进，结构清晰得让人感到踏实。尤其是看到里面涉及到一些前沿的有限元分析方法和优化设计思路时，心里对这本书的期待值又提升了不少。作者似乎非常注重理论与实践的结合，书中穿插的许多实际工程问题的剖析，让人感觉不仅仅是在学习知识点，更像是在跟随一位经验丰富的工程师进行项目实战。这种将复杂概念用直观案例来阐述的叙事方式，极大地降低了学习门槛，对于我们这些刚从学校走出来，急需将理论转化为解决实际问题的能力的人来说，简直是雪中送炭。从排版上看，图文并茂的呈现方式也让长时间阅读变得不那么枯燥，各种示意图和流程图的绘制都非常精细，确保了信息传递的准确性。我个人非常欣赏这种注重细节的编辑态度，它反映了出版方和作者对内容质量的严格把控。

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说实话，这本书的内容深度远超我最初的想象，它并非那种浅尝辄止的入门读物。我特别留意了其中关于材料力学与结构动力学交叉部分的论述，那部分的推导过程详实到几乎可以作为教科书的补充材料。我记得有几章关于复杂载荷下的应力集中分析，作者没有回避那些数学上略显棘手的积分和偏微分方程，而是用一种非常严谨但又不失引导性的语言，一步步带领读者构建起分析模型。对于那些习惯于使用现成软件而不深究背后原理的学习者来说，这本书可能会带来不小的挑战，但正是这种深度，才使得它真正具备了“工具书”的价值。每当我在处理一个棘手的工程问题时，这本书都能提供一个坚实的理论后盾，让我能追溯到问题的根源。此外，书中引用的参考文献也显得非常权威和前沿，看得出作者在撰写过程中做了大量的文献调研工作，保证了理论基础的时效性和可靠性。

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这本书的行文风格非常引人入胜，它巧妙地平衡了学术的严谨性和工程实践的灵活性。作者的语言组织能力非常高超，他能够将原本晦涩难懂的数学模型，用一种清晰、逻辑性极强的散文笔法描述出来，让人在阅读过程中有一种“原来如此”的豁然开朗的感觉。与那些板着面孔、只有公式和定理堆砌的传统教材相比，这本书读起来更像是一场深入的学术对话。它不是在“灌输”知识，而是在“邀请”读者共同探索和解决问题。我特别喜欢作者在章节末尾设置的“思考题”或者“设计挑战”部分，它们往往不是简单的计算题，而是需要综合运用本章甚至跨章节知识进行综合分析的开放性问题，极大地激发了我的自主学习动力和创新思维。总而言之，这是一本兼具深度、广度和实用性的高质量工程设计参考书。

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装帧和印刷质量是这本书给我留下的另一个深刻印象。作为一本厚重的技术书籍，纸张的选择和装订的牢固度至关重要。这本书的纸张厚度适中，光泽度柔和，即使在长时间的台灯下阅读，眼睛的疲劳感也相对较轻，这对于需要啃下大量技术细节的读者来说，是一个莫大的福音。细节之处见真章，封面采用的覆膜工艺，使得其具有很好的抗污能力，在我的书桌上经常被各种咖啡渍和手印光顾，但表面依然保持得很好，没有出现明显的磨损或脱胶现象。这表明出版商在实体书的制作上也投入了不小的成本和心力，确保了读者能够拥有一本经久耐用的学习伙伴。一本好的工具书，它的物理形态也应该能够承受反复的翻阅和使用，从这一点来看，这本书做得非常出色。

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