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出版者:科学出版社

作者:李建勇 编

出品人:

页数:462

译者:

出版时间:2004-5

价格:39.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787030124258

丛书系列:

图书标签:

• 机电一体化
• 自动化
• 控制工程
• 机械工程
• 电气工程
• 传感器技术
• 驱动技术
• 机器人技术
• 工业自动化
• 智能制造

现代工程材料的革新与应用 内容简介： 本书系统梳理了二十一世纪以来，工程材料领域所取得的革命性进展及其在高端制造、能源、交通、生物医学等关键产业中的深度融合与应用。全书聚焦于新一代功能材料、智能材料、极端环境材料以及可持续发展材料的理论基础、制备工艺、性能表征与前沿工程化挑战。 第一部分：先进结构材料的突破 本部分深入探讨了对传统金属材料性能极限的超越。首先，详细介绍了高熵合金（HEAs）的设计原理、微观结构演变及其在高温、高应力环境下的优异力学性能，特别关注其在航空发动机叶片和核反应堆结构件中的潜在应用。随后，对超高强韧纳米晶和梯度结构材料的制备技术进行了剖析，阐述了如何通过精确控制晶粒尺寸和晶界工程，实现材料性能的“非牛顿式”提升。此外，书中还专门开辟章节讨论了先进复合材料的最新进展，包括碳纳米管增强金属基复合材料（CNTs/MMC）的界面优化技术，以及基于纤维缠绕和增材制造技术实现的大型结构件的应力分布预测与失效分析。对于轻量化趋势，书中详尽阐述了先进镁合金和新型钛合金在热处理工艺和表面改性技术上的创新，旨在提高其耐腐蚀性和疲劳寿命。 第二部分：功能材料与智能系统的交互 本部分的核心在于探究材料如何实现对外界刺激的感知、响应与主动调控。重点阐述了磁电耦合材料的机理及其在非接触式传感和能量收集方面的应用。书中详尽分析了形状记忆聚合物（SMPs）和电活性聚合物（EAPs）的本构关系，并结合实际案例，展示了它们在软体机器人、自适应蒙皮结构中的复杂驱动机制。针对能源存储的需求，本书深入剖析了固态电解质材料的离子导电机制、界面阻抗控制以及高安全性能电池系统的设计策略。在光电转换领域，对钙钛矿太阳能电池的稳定性问题、界面钝化技术以及大面积制备工艺的工程化瓶颈进行了深入探讨。此外，还涵盖了自修复材料的设计理念，包括微胶囊技术、血管网络技术及其在基础设施长期服役性能保障中的潜力。 第三部分：极端环境下的材料科学 本部分聚焦于材料在苛刻工作条件下的服役行为与寿命预测。在高温与抗氧化方面，详细介绍了热障涂层（TBCs）的多层结构设计、热循环下的裂纹扩展模型以及下一代单晶高温合金中晶界扩散控制技术。针对高超声速飞行器面临的极端热流和气动载荷，书中分析了超高温陶瓷（UHTCs）的烧结致密化技术、氧化机制及其在烧蚀防护中的应用。在辐射环境下，本书阐述了辐照损伤的微观机理（如空位团、间隙原子团簇的形成），并对比了不同材料体系（如SiC/SiC复合材料、新型钢种）的抗辐照性能和长期稳定性评估方法。对于深海与高压环境，重点讨论了高强度耐蚀合金的腐蚀疲劳行为以及氢脆问题的预防措施。 第四部分：可持续性与增材制造中的材料创新 面向绿色制造与工业4.0的要求，本部分探讨了材料领域的最新趋势。在增材制造（AM）领域，本书详细对比了选区激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）等技术的工艺窗口，并重点分析了增材制造过程中特有的凝固组织演变、残余应力调控以及材料的各向异性力学性能。书中提出了一套基于材料性能逆向工程的增材制造设计流程。在可持续材料方面，对生物基与可降解聚合物的力学性能提升、功能化改性进行了研究，并探讨了稀土元素替代与资源循环利用在关键材料体系中的工程实现路径，包括废旧电子元件中贵金属的绿色提取技术。 结语： 本书旨在为材料科学家、结构工程师、产品设计师提供一个全面而深入的知识框架，理解和驾驭现代工程材料的复杂性，从而推动新一代高性能、高可靠性、环境友好型工程系统的发展。书中结合了大量的最新科研案例和工业应用数据，强调理论与实践的紧密结合，是一部面向未来工程挑战的专业参考著作。

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这本书的深度和广度，让我这个在自动化行业摸爬滚打了几年的人，都感到耳目一新。它在对基础原理进行扎实讲解之余，更深入地探讨了**前沿技术的发展趋势**，这才是它区别于许多老旧教材的关键所在。比如，关于**基于机器视觉的质量检测**那一章，我原以为会是泛泛而谈，结果它竟然详细介绍了不同类型视觉传感器（如线阵、面阵）的适用场景，以及图像处理算法（如边缘检测、特征匹配）在高速生产线上的优化策略，甚至提到了深度学习在复杂缺陷识别中的初步应用方向，这无疑是为我们这些需要保持技术前沿性的从业者提供了极佳的参考框架。此外，它对于**系统可靠性工程**的关注也十分到位，很多教科书往往忽略了“工程”的实际困难，而本书则直面了环境因素（温湿度、振动）对电子元件和机械部件的长期影响，并提供了相应的冗余设计和故障诊断建议。阅读过程中，我常常需要对照着我手头的项目资料反复揣摩，很多先前在实践中遇到的瓶颈，在书中的理论框架下得到了清晰的解释和突破口，感觉自己对整个系统的掌控力大大增强了。

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这本书的独特之处在于其**强烈的实践导向**和对**工业现场痛点**的深刻洞察。对于一个正在进行设备升级改造的工程师而言，这本书简直是一本“现场急救箱”。我特别关注了其中关于**工业网络通信协议**的章节，它不仅涵盖了传统的如Profibus、DeviceNet，还详细分析了面向工业物联网（IIoT）的MQTT、OPC UA等新一代协议的架构和在分布式控制中的应用优势，特别是如何利用这些协议实现跨平台、跨设备的数据采集与协同控制。书中对**故障分析与预测性维护**的论述，简直是神来之笔。它没有停留在理论上说“要预防故障”，而是具体拆解了通过振动分析、电流特征分析等手段，如何提前识别出轴承磨损、绝缘劣化等早期故障信号，并提供了相应的信号处理流程图。这让我深刻认识到，现代机电一体化已经不再是简单的“开环/闭环控制”，而是一个包含数据采集、信息处理、智能决策的复杂信息物理系统。

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这部《机电一体化技术》的读物，实在是让我这个对工业自动化领域初窥门径的人受益匪浅。它不仅仅是一本冷冰冰的技术手册，更像是一位经验丰富的工程师在耳边娓娓道来，将那些原本抽象难懂的控制理论、传感器原理以及驱动技术，通过生动的实例和清晰的图解展现出来。我尤其欣赏书中对**系统集成**部分的论述，作者没有停留在介绍单个部件性能的层面，而是着重讲解了如何将机械结构、电子信息和控制算法有机地耦合在一起，形成一个高效、智能的整体。比如，在阐述伺服驱动系统的选型与调试时，它详尽地分析了不同电机特性对系统动态响应的影响，甚至连噪声抑制和电磁兼容性的实际处理方法都给出了深入的剖析。对于我来说，最实用的部分是其中关于**可编程逻辑控制器（PLC）**的应用案例，它不是简单地罗列指令，而是围绕着实际生产线上的搬运、装配、检测等典型场景，构建了从需求分析到程序设计、再到现场调试的全流程范例，这对于我们这些希望快速上手应用的人来说，无疑是宝贵的实战指南。书中对**现代制造系统**的宏观视角也十分到位，让读者能够理解机电一体化技术在智能工厂中的战略地位。

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我必须得说，这本书在**图文排版和结构逻辑**上，展现出了极高的专业素养和为读者着想的匠心。它不是那种堆砌公式和晦涩术语的学术论文集，而是真正做到了“寓教于乐”的工程教育典范。比如，在讲解**运动控制算法**时，它巧妙地使用了三维立体图示来解释坐标变换和轨迹规划的几何意义，避免了读者仅仅从二维平面推导公式而产生的空间想象障碍。每一章节的起始都会有一个“本章导读”，明确指出学习目标和关键难点，而章节末尾的“自测题与讨论题”设计得也非常精妙，它们不是简单的知识点复述，而是引人深思的工程决策问题。更值得称赞的是，本书对**不同技术路线的比较分析**做得非常客观和到位。例如，在讲解执行机构时，它细致对比了步进电机、直流/交流伺服电机以及直线电机在精度、速度、能耗和成本方面的优劣势，帮助读者在实际项目中做出更优化的技术选型决策，而不是盲目追求“最新”的技术。

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阅读这本《机电一体化技术》的过程，更像是一次对现代工程思维的系统重塑。它成功的关键在于将**跨学科知识点无缝融合**，打破了机械、电子、控制三大领域的壁垒。我欣赏它在介绍**嵌入式系统在控制中的应用**时，如何平衡了硬件选型（微控制器/DSP的选择）和软件实现（实时操作系统RTOS的选择与任务调度）。书中对**控制器的实时性要求**进行了量化的阐述，并结合具体的PID算法实现，展示了如何通过优化代码和中断优先级来满足纳秒级的控制周期需求。此外，书中关于**系统集成中的接口标准和电气安全规范**的强调，体现了作者极高的行业责任感，很多初学者往往忽略了这些规范，导致项目在最终验收时遇到麻烦。这本书提供了一套完整的、从概念设计到最终交付验收的全生命周期视角，使读者能够带着“系统工程师”的思维去学习每一个细节，而不是仅仅停留在某个单一子系统的操作层面。

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