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出版者:第1版 (2004年1月1日)

作者:刘颖

出品人:

页数:456

译者:

出版时间:2004-7-1

价格:36.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787502555054

丛书系列:

图书标签:

• 精密挤出成型原理及技术
• 挤出成型
• 精密成型
• 塑料加工
• 材料成型
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• 模具设计
• 工艺参数
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• 高分子材料

复杂流体动力学在先进材料制造中的应用 图书简介 本书深入探讨了复杂流体（如高分子熔体、陶瓷浆料、金属粉末悬浮液等）在极端加工条件下的流动行为、界面现象以及由此决定的最终产品性能。全书围绕理解和控制材料在非牛顿、多相、非均匀流动过程中的本构关系与演化规律展开，旨在为从事先进材料制备、模具设计及工艺优化的研究人员和工程师提供坚实的理论基础与前沿技术指导。 第一部分：复杂流体本构理论的深化与拓展 本部分着重于对传统流体力学模型的批判性回顾和在现代材料科学背景下的修正与发展。我们首先从微观结构与宏观流动响应的关联性入手，详细阐述了剪切变稀、剪切增稠、粘弹性以及屈服应力等非牛顿流体特有的流变学特征。 高阶本构模型： 深入分析了诸如Cross模型、Carreau-Yasuda模型在描述宽范围剪切速率下粘度变化方面的适用性，并系统介绍了描述粘弹性行为的Maxwell模型、Prony级数展开及其在瞬态响应分析中的应用。重点探讨了基于能量耗散的粘弹性本构方程，尤其关注高应变率下的材料失效前兆。 分子动力学模拟与连续介质模型的耦合： 阐述了如何利用介观尺度的分子动力学（MD）模拟结果来校准和验证连续介质尺度的本构方程参数。探讨了聚合物链缠结密度、结晶度、填料分散状态如何影响宏观应力张量，并介绍了引入非均匀应力场的梯度理论模型，以更好地捕捉边界层附近的流动不连续性。 多相流体与界面现象： 针对含有固体颗粒、气泡或液滴的悬浮体系，详细讨论了体积分数效应、颗粒间相互作用（如电磁屏蔽、空间位阻）以及固-液界面的润湿性对整体流动的影响。引入了相场方法（Phase-Field Method）在模拟复杂多相流动分离和混合过程中的优势，以及欧拉-欧拉（Euler-Euler）和欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）两相流模型的选择与应用边界。 第二部分：先进加工过程中的流动控制 本部分将理论模型应用于实际的材料成型过程，重点分析了工艺参数对流场结构、热量传递及最终产品质量的决定性作用。 高剪切速率下的流动稳定性： 针对注塑、反应挤出等高剪切过程，系统分析了剪切不稳定（如条纹、滑移）的产生机理，包括粘性失稳与粘弹性失稳。提出了通过优化模具几何形状、引入交变压力梯度或电磁场来抑制或延迟不稳定现象的策略。特别关注了聚合物熔体在狭窄通道中因取向和结晶引起的流动歧化现象。 复杂几何腔体的填充动力学： 详细分析了在多浇口、薄壁结构或具有复杂内部特征的模具中，流动前沿的推进规律。引入了“流动性指数”的概念，用于量化材料在填充不同区域时的难易程度。讨论了保压阶段的体积收缩补偿模型，以及如何通过微调进料速率来避免焊线缺陷和空洞的产生。 反应与固化过程中的耦合效应： 聚焦于化学反应（如聚合、交联、烧结）与材料流动在时间维度上的耦合。阐述了反应速率、放热量、粘度变化以及固化前沿移动之间的相互作用。引入了“反应-流动-传热”三场耦合的有限元分析方法，用以精确预测反应型材料在固化过程中的内应力分布和翘曲变形。 第三部分：计算方法与数值模拟的前沿进展 本部分侧重于为处理前述复杂物理问题所必需的高效、高精度数值求解技术。 自由表面流动与网格技术： 针对模塑、灌注等涉及自由表面变化的工艺，深入对比了水平集（Level Set）、体积控制（Volume of Fluid, VOF）以及无网格方法（如光滑粒子流体SPH、无网格拉格朗日FEM）的优缺点。重点介绍了自适应网格加密技术（AMR）在捕捉快速移动的前沿和高梯度区域的效率提升。 求解器效率与并行计算： 探讨了如何高效求解大规模、非线性、强耦合的控制方程组。详细介绍了有限元法（FEM）、有限体积法（FVM）在处理非结构化网格时的具体实现挑战，并对基于GPU加速的隐式求解器和迭代线性代数求解器的最新进展进行了评述。 数据驱动的流程优化： 介绍了如何结合实验数据和CFD模拟结果，利用机器学习（如神经网络、高斯过程回归）建立材料性能与工艺参数之间的代理模型（Surrogate Model）。探讨了利用这些代理模型进行逆向设计和实时过程优化，以实现对产品质量的快速预测和控制。 本书特色 本书结构严谨，理论深度与工程实用性并重。作者通过大量的实际案例分析（如光纤拉丝、复合材料注射成型、金属增材制造中的浆料铺展），将抽象的流体力学原理与具体的工程问题紧密结合。附录部分提供了关键软件模块的API调用示例和标准测试问题的求解策略，便于读者快速将理论知识转化为解决实际生产难题的能力。本书是材料工程、机械工程、化学工程等领域研究生、研发工程师及资深技术人员的必备参考书。

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这本书的文献引用部分做得非常扎实，几乎涵盖了过去三十年里该领域内所有里程碑式的研究成果，显示出作者在学术领域深厚的积累和严谨的治学态度。我注意到它对早期关于非牛顿流体在复杂几何通道中流动特性的经典论文进行了深入的梳理和批判性回顾，这部分内容极大地拓展了我对流变学基础的理解。然而，这种对“历史”的尊重，似乎也使得本书在介绍新兴技术和未来趋势方面显得有些保守和滞后。例如，在提及当前行业热点——例如利用人工智能和机器学习对挤出过程进行实时闭环控制的探讨时，书中仅仅是一笔带过，没有深入阐述这些新技术如何与传统的物理模型进行有效集成，也没有展示出任何关于如何利用大数据优化挤出模具设计的实例。对于一本力求全面覆盖的专业书籍来说，它在面向未来技术演进的视野上，缺乏了一种前瞻性的引领作用，更像是一个对过去几十年成熟理论的完美总结，而不是对未来十年技术革新的探索蓝图。

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阅读体验上，这本书的排版和图表制作水平达到了工业级标准，尤其是那些二维截面图和三维流线图，清晰度极高，对于理解复杂的流场变化至关重要。但是，不得不提的是，书中的许多关键概念，比如“屈服应力”的精确测量方法或“粘弹性记忆效应”的实验验证过程，描述得过于简略，仿佛读者已经对此了如指掌。我花费了大量时间去查阅其他辅助资料来理解作者此处跳跃的逻辑，这在一定程度上打断了阅读的流畅性。特别是关于不同温度下聚合物的门尼粘度曲线的对比分析，图例的标注不够清晰，很多关键的拐点和平台期没有给予足够的文字注释去解释其背后的微观结构变化，使得读者必须自行去推断作者想要强调的重点。这本书在技术细节的展示上是卓越的，但在面向读者的友好度上，尤其是在那些需要跨学科知识支撑的过渡点上，作者显得过于自信，对读者的认知障碍考虑不足，使得学习曲线变得异常陡峭。

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这本书的语言风格是高度凝练和信息密集的，每一句话都仿佛被压缩了最大的信息量，没有一句是多余的赘述，这对于需要快速获取核心知识点的专业人士来说，无疑是一种效率的体现。它更像是一部需要反复研读的工具手册，而不是一本可以轻松阅读的书籍。我在尝试用它来辅助设计一种用于医疗器械的超薄壁管材时，发现了书中对于薄壁成型中“收缩率预测”的章节的侧重点。它着重于分析冷却过程中由于晶体结构重排导致的尺寸变化，并给出了一个基于能量最小化的预测模型。然而，对于实际操作中由模具间隙和拉伸比率引入的初始尺寸偏差，这本书几乎没有提及如何通过工艺手段进行补偿或校正。这种对理想化物理模型的执着追求，使得这本书在面对现实世界中充满不确定性的工艺变量时，显得有些“不食人间烟火”。它提供了理解极限的理论工具，但距离有效控制实际生产中的随机误差，似乎还隔着一层厚厚的、需要靠经验之桥才能跨越的鸿沟。

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这本书的封面设计极具专业感，深邃的蓝色调搭配清晰的白色字体，让人一眼就能感受到内容的严谨与深度。我原本是带着对“精密”二字的模糊期待购入的，希望它能为我日常工作中遇到的复杂公差问题提供一些理论支撑。然而，当我翻开前几页时，立刻被其详尽的数学模型和复杂的流体力学图解所震撼。它似乎更侧重于从材料科学的微观层面切入，探讨了高分子材料在特定剪切速率和温度梯度下的本构关系，尤其是针对新型复合材料在超高压环境下的塑性流动行为，书中用大量的篇幅详细剖析了应力松弛过程对最终制品几何尺寸稳定性的影响机制。对于一个习惯了宏观操作层面的工程师来说，前期的理论铺垫显得有些过于学术化，像是直接把大学研究生阶段的专业教材搬了过来，要求读者具备扎实的数理基础才能跟上作者的思路。我特别留意了关于模具设计与制造精度公差的章节，但发现内容更多地集中在分析模具微观表面粗糙度对挤出表面缺陷的成因，而非提供一套可以直接套用的设计规范或软件操作指南。总体而言，这本书更像是一部严谨的科研专著，适合需要深入研究挤出过程基础物理规律的研究人员和高阶学者，对于初学者来说，可能需要极大的毅力和充足的预备知识储备才能完全消化其中的精髓。

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读完这本书，我最大的感受是它在实践应用层面的“留白”略显遗憾。从我个人的角度出发，我更期待能看到更多关于不同类型挤出机（螺杆、柱塞式等）在处理热敏性或高粘度流体时，具体的工艺参数优化案例。书中对挤出过程的描述非常到位，特别是对剪切热的精确计算和能量耗散的分析，简直是一场物理学的盛宴。但是，当我试图将其与我正在尝试优化的一个特定合金挤压项目联系起来时，我发现书中缺乏足够详尽的“故障排除”指南。例如，当出现“鲨鱼皮”或“条纹”等常见表面缺陷时，这本书能从理论上解释这些现象的微观成因，比如剪切带的不均匀性，但对于如何通过调整螺杆转速、背压或进料口温度的实际调整顺序和幅度，书中并未给出明确的、可操作的经验法则或参数范围建议。这种理论的深度与实践操作的广度之间的张力，使得这本书更像是一本深挖机理的“为什么会这样”的教科书，而不是一本指导日常生产的“如何解决”的工具手册。对于一线技术人员而言，缺少了这些贴近车间环境的“黑箱”解析，其实用价值会大打折扣。

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