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出版者:清华大学出版社

作者:东方人华

出品人:

页数:321

译者:

出版时间:2005-1

价格:33.00元

装帧:平装

isbn号码:9787302100294

丛书系列:

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• AutoCAD
• 2005中文版机械设计范例入门与提高
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《数字时代的高效工程实践：现代机械设计方法与前沿技术应用指南》 （本书内容聚焦于超越特定软件版本的通用工程思维、新兴设计工具及其在复杂系统集成中的应用，完全不涉及AutoCAD 2005的任何具体操作或界面描述。） --- 导言：重塑21世纪的机械设计范式 在当今快速迭代的技术环境中，机械设计不再仅仅是绘制蓝图的过程，而是一门融合了数据科学、先进材料学、多物理场仿真以及数字化制造策略的综合性工程艺术。本书旨在为有志于在当前及未来工程领域取得突破的设计师、工程师和技术管理者提供一个宏观而深入的视角，探讨如何构建一个高效、智能且面向未来的设计流程。我们关注的是“如何思考”和“用什么先进工具”，而非“如何点击特定菜单”。 本书的结构围绕当代机械设计面临的三大核心挑战展开：复杂性管理、性能优化与数字化集成。我们将带领读者跳出对单一、固定版本软件的依赖，深入理解驱动现代工程创新的底层逻辑和前沿技术栈。 --- 第一部分：现代设计哲学的基石——从需求到概念的升华 本部分专注于奠定坚实的设计基础，强调系统性思维和面向对象的概念生成。 第一章：需求工程与规格的量化 本章摒弃传统的简单规格罗列，转向基于价值的需求捕获（Value-Driven Requirements Elicitation）。我们将详细探讨如何运用质量功能展开（QFD）的现代迭代模型，将模糊的用户期望转化为可测量的、可追溯的工程参数。重点分析了“敏捷需求管理”在机械项目中的应用，以及如何利用概率模型评估需求风险。内容不涉及任何CAD软件界面，而是聚焦于需求矩阵的构建与优化算法。 第二章：面向对象的设计（OOD）与系统级建模 现代机械系统是高度集成的实体。本章深入探讨如何采用面向对象的思维方式来构建机械系统模型。我们将介绍基于UML或SysML的初步建模方法，将机械组件视为具有特定接口和行为的“对象”。探讨如何通过抽象层级来管理大型装配体的复杂性，以及如何在概念阶段通过模块化设计降低未来维护和升级的成本。 第三章：拓扑优化与生成式设计（Generative Design）的原理 本章是前沿设计方法的核心。我们详细解析拓扑优化的数学基础——变分法和有限元求解器的耦合机制，而非任何特定的优化软件界面。重点分析应力约束、载荷工况定义以及设计空间限制的精确设置。随后，我们将介绍生成式设计（由AI驱动的设计探索）的流程，包括目标函数定义、参数化驱动以及如何从海量设计迭代中筛选出具有制造可行性的最优解。 --- 第二部分：性能验证与虚拟工程环境 验证是设计成功与否的关键环节。本部分聚焦于如何利用先进的仿真工具和数字孪生概念来预测和确认产品性能。 第四章：多物理场耦合仿真（MPF）的高级应用 现代机械设计面临的挑战往往是多领域的交织，例如热-结构耦合、流固耦合（FSI）或机电耦合。本章侧重于理解不同物理场之间能量和力的传递机制。我们将讨论非线性分析的必要性，包括材料塑性、接触非线性以及几何大变形对分析结果的影响。着重强调网格划分策略对瞬态和稳态分析准确性的决定性作用，以及如何有效处理仿真结果的后处理与不确定性量化（UQ）。 第五章：疲劳寿命评估与可靠性工程 本章超越了简单的静力学分析，深入探讨产品在长期服役中的可靠性。我们将详细阐述高周疲劳（HCF）和低周疲劳（LCF）的评估方法，包括应力-寿命法（S-N曲线）和应变-寿命法（E-N曲线）的选择与应用。此外，对断裂力学的基本概念（如应力强度因子 $K_I$）进行介绍，为评估关键缺陷的扩展风险提供理论依据。 第六章：数字孪生（Digital Twin）的构建与生命周期管理 本书将“数字孪生”视为从设计到运维的桥梁。本章探讨如何通过高保真模型（结合CAD、CAE数据和传感器数据）构建实时映射物理实体的虚拟副本。重点讨论模型健康管理（Model Health Management），以及如何利用数字孪生进行预测性维护和远程性能优化，实现产品全生命周期的价值最大化。 --- 第三部分：集成制造与工业4.0下的设计策略 设计最终必须落地为实物。本部分着眼于如何将设计意图无损地转化为智能制造流程。 第七章：增材制造（AM）的设计约束与后处理优化 随着3D打印技术的成熟，设计自由度空前提高。本章核心是面向增材制造的设计（DfAM）。我们将探讨支撑结构优化、残余应力控制、各向异性材料特性对设计的影响。讨论如何利用分层制造的特性，设计出传统减材制造无法实现的复杂内部结构，例如晶格结构（Lattice Structures）的设计参数化。 第八章：参数化建模与设计自动化（Design Automation） 在本章中，我们不再关注手绘或点击式的建模，而是转向基于规则和参数驱动的几何生成。介绍如何利用参数化建模环境（如参数化几何内核的原理）建立模型与设计变量之间的强关联。重点讲解如何通过脚本语言（如Python在工程中的应用）实现设计方案的自动批处理和设计空间的遍历搜索，从而将工程师从重复的几何修改中解放出来。 第九章：面向供应链的设计与可制造性（DFM）的智能化审查 现代工程必须考虑全球供应链的效率。本章探讨可制造性设计（DFM）在不同制造工艺（CNC、冲压、铸造）中的具体考量维度，并强调可装配性设计（DFA）对降低现场装配时间和错误率的重要性。最后，介绍如何利用知识库系统和专家系统，在设计早期阶段自动对模型进行数十项制造约束的快速合规性检查。 --- 结语：面向未来的工程师素养 本书旨在培养工程师的“高级抽象能力”和“工具集成能力”。真正的效率提升来源于对工程原理的深刻理解，以及驾驭下一代数字化工具集的能力。掌握这些通用原理和前沿思维，将确保您的设计能力在任何特定软件版本更新迭代后，依然保持其核心竞争力与前瞻性。 （本书面向具有一定机械设计基础，渴望向工程前沿迈进的专业人士。）

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**评价三：** 作为一个非设计专业的学生，在学习机械制图的过程中，我经常会遇到一些概念上的障碍，比如投影理论、视图的选用原则等。这本书在这一点上做得非常出色，它将原本抽象的理论知识，通过生动形象的图示和贴近生活中的物体模型，变得易于理解。我记得有一章专门讲解“剖视图”的绘制，书中用了一个切开的水果来比喻，让我瞬间就明白了剖视图的原理和作用。而且，书中提供了大量的练习题，覆盖了各种常见的机械零件，从简单的键、销，到复杂的齿轮、连杆，通过实际动手操作，我不仅巩固了理论知识，还熟练掌握了软件的操作技巧。这本书的语言风格非常亲切，没有那种生硬的专业术语堆砌，即使是我这样的小白，也能读得津津有味。书中关于“标注”的讲解也让我受益匪浅，特别是如何正确标注尺寸、公差和形位公差，这对于保证零件的加工精度至关重要。总的来说，这本书为我打开了机械设计的大门，让我对这个领域产生了浓厚的兴趣。

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**评价二：** 我是一位在机械制造行业工作多年的老工程师，平时接触到的软件版本更新换代很快，但我总觉得有一些经典的设计理念和方法是不会过时的。这本书虽然是针对 AutoCAD 2005 的，但它所传达的设计思维和解决问题的思路，在我看来，依然有着重要的参考价值。我尤其欣赏书中对于“零件库”的构建和应用讲解。在实际工作中，我们经常会重复使用一些标准件，比如螺栓、轴承等。这本书详细介绍了如何根据自己的项目需求，创建和管理一个高效的零件库，并能够快速调用这些零件，极大地提高了绘图效率，也减少了重复劳动。另外，它在讲解“工程图”生成时，不仅仅停留在基本的视图绘制，还深入讨论了标注的规范性、公差的选取原则，以及如何利用智能尺寸来自动生成和更新尺寸标注，这些细节对于保证设计图纸的准确性和可读性至关重要。书中也提到了如何进行一些基础的应力分析和运动仿真，虽然不如专业的CAE软件功能强大，但对于初步评估设计方案的可行性，识别潜在的薄弱环节，非常有帮助。这本书更像是我的一个“设计思想的启蒙老师”，让我能够从更宏观的角度去审视我的设计工作。

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**评价四：** 这本书对于我来说，更像是一本“问题的解决手册”。在我过去的设计经历中，遇到过很多棘手的设计难题，比如如何设计出既美观又实用的曲面，如何优化结构以减轻重量，或者如何在保证强度的前提下提高生产效率。这本书中的范例，很多都针对了这些实际的设计痛点，提供了行之有效的解决方案。我印象最深的是关于“零件的细节处理”那一章，书中讲解了如何巧妙地利用圆角、倒角、拔模斜度等细节来提升零件的加工性和美观度，这对于设计师来说是非常重要的经验积累。另外，在讲解“曲面造型”时，它提供了一些高级的曲面连接和修饰技巧，比如如何保持曲面的连续性和光顺性，这对于设计外观件或者需要精密加工的零件尤为关键。书中的一些案例，比如发动机部件或者液压阀块的设计，都涉及到了复杂的装配关系和功能集成，通过对这些案例的学习，我学会了如何进行系统性的设计，如何考虑零件之间的相互作用。总的来说，这本书不仅仅是教我如何使用软件，更是教会我如何“思考”设计，如何用创新的方法去解决问题。

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**评价一：** 这本书在我的设计生涯中扮演了关键角色，尤其是在我刚开始接触三维建模的时候。我记得当时对参数化设计概念还很模糊，也搞不清各种约束之间的联动关系。这本书用非常直观的案例，从最基础的二维草图绘制，到复杂的曲面造型，一步步引导我理解了参数化设计的精髓。比如，它在讲解“阵列”命令时，不仅仅是展示了线性阵列和环形阵列的操作步骤，还深入分析了如何利用参数来控制阵列的数量、间距以及角度，这让我明白了阵列不仅仅是复制，更是可以动态调整的智能工具。再比如，在讲解“扫描”和“放样”命令时，它提供了汽车零部件和航空器零件的实例，通过这些贴近实际应用的例子，我才真正体会到这些高级曲面工具的强大之处，以及它们在复杂形体设计中的重要性。书中对每个命令的讲解都配有详细的截图和清晰的文字说明，即使是初学者也能轻松跟上节奏。我尤其喜欢它在介绍“装配”模块时，将不同零件的配合关系和运动仿真讲解得非常透彻，让我能预见到设计中的潜在问题，并及时进行优化。可以说，这本书为我打下了坚实的设计基础，让我能够自信地面对更复杂的设计挑战。

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**评价五：** 作为一名在校的机械专业学生，我深知理论知识与实践操作相结合的重要性。这本书在这方面做得非常到位，它不仅仅是简单的软件教程，更是一本将理论知识转化为实际设计能力的“桥梁”。我喜欢它循序渐进的教学方式，从最基础的命令讲解，到复杂的装配和工程图绘制，每一步都安排得恰到好处。书中对于“零件的细节优化”和“装配中的干涉检查”的讲解，我尤其觉得实用。它教会我如何通过细节设计来提升零件的加工效率和使用寿命，例如如何合理地添加圆角和倒角，以及如何通过干涉检查来避免装配错误。让我印象深刻的是，它还提供了一些关于“设计标准化”的指导，比如如何规范地命名图层，如何合理地标注尺寸和公差，以及如何创建和管理自己的图库。这些看似微小的细节，却能极大地提高工作效率和设计质量。这本书中的案例，涵盖了机械设计中常见的各种类型，从简单的标准件到复杂的机械装置，让我能够接触到不同领域的设计挑战。可以说，这本书为我未来的职业生涯打下了坚实的基础，让我能够自信地应对各种设计任务。

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