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出版者:哈尔滨工业大学出版社

作者:荣涵锐

出品人:

页数:174

译者:

出版时间:1998-9

价格:16.0

装帧:平装

isbn号码:9787560313405

丛书系列:

图书标签:

• 机械设计
• CAD
• 计算机辅助设计
• 工程制图
• AutoCAD
• SolidWorks
• Pro/ENGINEER
• UG
• 机械工程
• 设计基础

机械设计与制造技术前沿探索 本书旨在为机械工程领域的专业人士、高级学生以及技术研究人员提供一个全面、深入的视角，聚焦于当前机械设计与制造领域的前沿技术、核心理论突破以及工程实践中的创新应用。 本书摒弃对基础绘图工具和传统二维/三维建模软件操作的详尽讲解，而是将重点放在驱动现代机械工业进步的底层原理、先进计算方法、新材料应用以及智能化集成系统上。 第一部分：先进机械理论与仿真分析的深化 本部分着重探讨支撑现代复杂机械系统设计的核心理论基础，并深入挖掘高精度仿真技术在工程决策中的作用。 第一章：非线性有限元分析（FEA）的高级应用与材料本构模型 本章不再重复介绍线弹性分析的基础，而是聚焦于复杂载荷条件下的结构完整性评估。重点内容包括： 1. 超材料与复合材料的本构关系建立： 如何精确描述纤维增强复合材料（如碳纤维、玄武岩纤维）在多轴应力状态下的非线性行为，特别是损伤演化和失效判据（如Tsai-Wu, Hashin准则）在数值模型中的精确映射。 2. 接触分析与摩擦学： 深入探讨非光滑接触问题（如齿轮啮合、轴承滚动接触）中的非唯一性与数值收敛性挑战。引入惩罚法、增广拉格朗日法等高级接触算法的原理及在大型模型中的优化策略。 3. 疲劳寿命的周期性损伤累积模型： 阐述基于增量损伤理论（如Miner法则的修正版、SCC模型）与低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）的耦合分析方法。探讨多尺度疲劳分析，如何将微观裂纹萌生与宏观结构响应结合。 4. 显式动力学在冲击与爆炸载荷中的应用： 讨论在极高应变率下材料的粘塑性行为，以及如何通过时间步长控制和接触算法优化来确保冲击过程的计算稳定性。 第二章：多物理场耦合（FSI/Thermo-Mechanical）的建模策略 现代机械往往是多种物理效应相互作用的产物。本章致力于提供跨学科的建模框架。 1. 流固耦合（FSI）的解耦与全耦合策略： 对比ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）、浸入式边界法（IBM）在模拟柔性机构（如泵叶轮、阀门结构）受流体作用下的形变与运动时的优缺点。重点分析动网格技术对计算资源的需求与精度平衡。 2. 热-机械耦合在极端环境下的设计： 针对涡轮机械、制动系统等高温高应力部件，讲解瞬态热传导与结构热应力响应的同步求解。探讨蠕变（Creep）和热粘塑性在长期服役性能预测中的权重。 3. 电磁-结构耦合分析基础： 在电动驱动单元（如直线电机、传感器）设计中，分析电磁力（洛伦兹力、磁致伸缩效应）对结构刚度和振动特性的影响，并给出有限元接口的建立规范。 第二部分：面向制造的先进设计方法（DFM/DFA的智能化） 本部分超越了传统的设计准则，探讨如何利用计算智能和先进制造约束来指导设计过程的优化。 第三章：拓扑优化与增材制造（AM）的设计适应性 拓扑优化已从理论研究走向工程实用，本章聚焦于如何让优化结果直接服务于实际制造。 1. 密度法与水平集法的比较及后处理： 深入对比SIMP（Solid Isotropic Material with Penalization）法和水平集法在生成可制造几何体方面的差异。重点阐述如何进行晶格结构（Lattice Structure）的优化设计，以实现轻量化和特定的热/声学性能。 2. 增材制造的工艺约束集成： 讲解制造能力感知设计（Manufacturing-Aware Design）。如何将AM特有的缺陷（如残余应力、各向异性、支撑结构需求）作为约束条件融入拓扑优化目标函数，避免生成不可制造或性能低下的几何形状。 3. 多目标与多尺度优化： 讨论如何同时优化刚度、频率响应、散热效率和制造成本等多个相互矛盾的目标函数，引入Pareto前沿的概念指导设计师进行权衡取舍。 第四章：参数化与基于模型的系统工程（MBSE）集成 本章关注设计流程的自动化与集成化，强调从需求到物理实现的连续性。 1. 设计空间探索与参数化建模： 介绍如何使用参数化设计语言（如Python/Grasshopper/OpenCASCADE内核）构建高度灵活的设计模型。重点在于构建设计变量、约束和目标函数的关联矩阵，以实现快速迭代。 2. 面向仿真的优化（Simulation-Driven Optimization）： 探讨如何将参数化模型与高保真仿真模型（FEA/CFD）无缝对接，利用代理模型（Surrogate Models，如Kriging、神经网络）替代昂贵的全尺寸仿真，加速全局优化搜索。 3. MBSE在机械系统集成中的作用： 介绍如何利用SysML等语言描述机械系统的功能、性能需求、接口和约束，确保子系统（如传动、控制、结构）在集成层面的兼容性，减少后期集成冲突。 第三部分：智能系统与工业互联的支撑技术 本部分转向机械系统运行层面的智能化，关注数据驱动的决策和预测性维护。 第五章：机械系统状态监测与数字孪生（Digital Twin）的构建 本书不涉及基础传感器原理，而是关注如何利用采集到的数据驱动设计优化。 1. 高保真数字孪生模型的构建逻辑： 阐述“模型-数据-物理实体”三者之间的数据流和反馈闭环机制。区分描述性孪生、诊断性孪生和预测性孪生的技术要求。 2. 基于数据驱动的故障诊断算法： 深入探讨如何应用先进的信号处理技术（如小波分析、经验模态分解EMD）从振动、声学数据中提取健康指标。引入深度学习模型（如LSTM、CNN）进行运行状态分类和剩余寿命（RUL）预测。 3. 模型与数据的校准与在线更新： 讨论如何在数字孪生模型中融入传感器数据，实现模型残差的实时修正，以弥补初始模型在复杂工况下的偏差，确保预测的准确性。 第六章：高性能机构动力学与控制集成 本章关注高速、高精度机械（如并联机构、高速切削机床）的设计挑战。 1. 高级运动学与动力学求解： 深入研究约束优化方法在逆运动学求解中的应用，特别是在多解或欠约束系统中的唯一性判断。讨论Lagrange乘子法、投影法在机构约束方程求解中的效率比较。 2. 振动控制与主动减振技术： 介绍吸收器理论（Tuned Mass Damper）在机械系统模态抑制中的应用。探讨主动/半主动控制策略（如PID、LQR）如何应用于磁悬浮轴承或电磁阻尼器，以在工作频率范围内实现超乎传统阻尼器的性能提升。 3. 机电耦合系统的稳定性分析： 探讨伺服系统（电机、驱动器）与机械结构动态特性之间的相互影响。利用传递函数和根轨迹分析来评估系统在反馈控制下的稳定裕度和带宽限制。 本书的价值在于提供了一个高度工程化、面向未来趋势的技术视野，它要求读者已经掌握了经典机械原理和基础CAD操作，并将重点放在如何利用计算科学和数据智能，将设计推向性能的极限，应对复杂工程挑战。

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与其他工具书不同，我发现这本《机械设计CAD技术基础》更侧重于培养一种“设计思维”而非单纯的“软件操作熟练度”。我之前买过一些号称“速成”的教程，学完后能做出一些漂亮的渲染图，但一旦让我根据一张工程图去逆向建模一个零件，或者需要对现有模型进行重构以适应新功能时，我就彻底懵了。这本书恰恰弥补了这一点。它在讲解零件建模时，始终强调“特征的历史性”，即当前的形状是如何一步步演变而来的。这对于我们理解和修改现有图纸至关重要。书中对于“参数化驱动”的讲解极其深入，它不只是告诉你如何修改尺寸数值，而是教你如何建立变量之间的逻辑关系，确保当你修改一个关键尺寸时，所有相关的从属特征都能自动、正确地更新，而不会产生错误的几何错误。这种强调“鲁棒性”的设计理念，让我的每一次操作都变得更加审慎和有目的性。读完它，我感觉自己不再是CAD软件的“使用者”，而更像是一名熟知底层逻辑的“架构师”，对机械设计的数字化表达有了更坚实、更可靠的把握。

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这本书的内容组织结构给我一种非常清晰、逻辑严密的理工科书籍的特质，但又不失亲和力。我特别欣赏它在讲解复杂零部件设计时，是如何将“设计理念”与“软件实现”完美融合的。例如，在处理螺纹和倒角这类细节时，很多书籍要么是简单地告诉你“用螺纹工具”，要么就是要求你手动去画复杂的螺旋线。而这本书则深入剖析了为什么螺纹需要特定的倒角来保证加工性，以及CAD软件中自动生成的螺纹特征背后所代表的实际意义。作者甚至在某些高级主题中，穿插了对不同CAD内核工作方式的简要对比，虽然不深，但足以让有好奇心的读者意识到，不同的软件在处理相同操作时背后的逻辑差异。这使得我即使将来转用其他软件，也能迅速适应。阅读过程中，我明显感觉到自己的绘图习惯正在发生积极的、系统性的改变，不再是零敲碎打的片段知识，而是在构建一个完整的“机械数字化建模认知体系”。这种从宏观到微观、再由微观反哺宏观的学习路径，对于提升整体设计素养非常有帮助。

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这本《机械设计CAD技术基础》的厚度着实让人有些望而生畏，拿到手沉甸甸的感觉，仿佛里面装满了金科玉律。我原本以为这会是一本偏向理论的教科书，讲解那些枯燥的几何原理和投影规则，没想到翻开第一章，就被作者对软件操作的细致入微所吸引。它没有直接跳入复杂的曲面建模，而是花了大量的篇幅讲解如何建立一个规范的绘图环境，如何设置合理的图层和线型，这对于一个初学者来说简直是醍醐灌顶。我之前自学时遇到的很多困惑，比如为什么画出来的图纸总是不规范，线条粗细混乱，尺寸标注东倒西歪，在这本书里都找到了清晰的解释。特别是关于二维草图的约束和尺寸驱动技巧，作者用了很多生动的例子，让我深刻理解了“参数化设计”的精髓，这可比我之前网上搜到的那些零散教程强太多了，那些教程要么只讲怎么画一个圆，要么就是直接展示如何做复杂的装配体，完全没有这种打基础的耐心和深度。我尤其欣赏它在图纸输出规范上花费的心思，对于机械制图的国家标准讲解得非常透彻，这对于将来想进入正规设计院工作的我来说，无疑是至关重要的基石。

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我对这本书的整体评价是，它绝对是为那些想真正“用”好CAD，而不是仅仅“会”画图的人准备的。我之前在学校里学过另一本教材，里面花了大量篇幅介绍了一大堆花里胡哨的专业模块，比如拓扑优化、有限元分析的前期设置，但对于机械设计中最核心的零部件建模和装配，却一带而过，搞得我像个会用遥控器但不知道电视机原理的小孩。这本书则完全反其道而行之，它把“基础”二字贯彻到底，但这个“基础”是建立在对工程实践深刻理解之上的。比如在讲解装配约束时，它不仅仅是罗列了“重合、相切、同轴”这些基本约束，而是深入分析了在面对运动副（如齿轮副、凸轮机构）时，如何选择最恰当的约束组合来模拟真实运动，甚至提到了如何处理间隙对模型精度的影响。这种从工程需求反推软件应用的做法，使得学习过程不再是机械记忆命令，而变成了一种解决问题的思维训练。我感觉这本书更像是一位经验丰富的前辈，坐在旁边手把手的指导我如何把脑子里的机械概念准确无误地转化成数字模型，而不是简单地提供一个命令清单。

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说实话，我对这类技术书籍的期望值通常不会太高，总觉得它们会是那种千篇一律、公式堆砌的产物，但是这本书在介绍三维建模部分的视角非常独特。它没有执着于炫技式的展示那些高精尖的复杂曲面，而是聚焦于如何用最基础的拉伸、旋转、扫掠等基本操作，构建出日常机械零件中最常见的结构特征。我特别喜欢它在讲解“特征的组合与减除”时采用的对比分析法，通过对比“先减后加”和“先加后减”两种建模思路对后续修改的影响，让我对设计意图的表达有了更深层次的认识。很多时候，一个好的设计不仅仅是画出来，更是要方便后续的修改和维护。书中对“特征的父子关系”讲解得极其到位，让我这个习惯了“画完拉倒”的新手意识到了，在CAD世界里，每一个特征都是相互关联的，理解了这种关联性，才能真正驾驭参数化设计。而且，作者在每个章节后都设置了“设计陷阱与规避”的小栏目，这简直是神来之笔，它提前预判了读者在实际操作中会遇到的那些坑，比我自己边试边错要高效得多，极大地缩短了我的学习曲线。

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