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本书是Quarx工作室CAD／CAM／CAE／CAID系列的第二十六本，主要为技术学院、专科与高职学生的电脑辅助设计课程所编著。本书以全面图形范例的方式，逐步引导使用者熟悉其操作程序。再配合随书附赠的教学动画光盘，更能令您以最轻松的方式达到学习的效果。Pro－ENGINEER 2000i推出新一代目标导向的智慧型模型建构（BehavioralModeler），它提供工程师各种用来产生最佳化智慧型产
《机械设计与制造技术前沿探析》 书籍简介 本书汇集了当代机械设计、制造及相关交叉技术领域的前沿研究成果与实践经验，旨在为机械工程师、技术研究人员以及相关专业的高年级本科生和研究生提供一个全面、深入的学习与参考平台。全书内容涵盖了从传统制造工艺的优化升级到尖端智能制造技术的集成应用，力求展现现代机械工程的广阔图景与未来发展趋势。 第一部分：先进材料与结构设计 第一章：高性能结构材料的选用与性能评估 本章重点探讨了在极端载荷、高温、高压或腐蚀环境下适用的新型工程材料。内容包括先进复合材料（如碳纤维增强树脂基复合材料、陶瓷基复合材料）的微观结构、力学性能及失效模式分析。此外，对金属间化合物、高熵合金等下一代结构材料在航空航天、能源装备中的应用潜力进行了详尽论述。重点分析了材料的蠕变、疲劳以及断裂韧性等关键指标的测试与评价方法，为复杂应力下的结构设计提供了坚实的材料基础。 第二章：拓扑优化与轻量化设计 深入剖析了基于有限元分析（FEA）的拓扑优化方法论。详细介绍了不同约束条件和载荷工况下的优化算法流程，包括密度法、水平集方法等。书中通过多个实际案例（如汽车底盘件、航空支架）演示了如何利用优化结果指导增材制造（AM）工艺，实现零部件的“按需成形”与显著减重。同时，探讨了在优化过程中如何兼顾可制造性和成本控制的工程决策策略。 第三章：仿生学在机械结构设计中的应用 本章从生物体的结构、功能与材料特性中汲取灵感，探索仿生学在提高机械系统性能方面的应用。内容涵盖仿生表面设计（如仿荷叶效应的自清洁表面、仿鲨鱼皮的减阻结构）以及仿生机构设计（如仿生腿足机器人的运动学与控制）。通过对自然界高效能结构的解构与模仿，指导设计者突破传统形态学的限制，创造出更具适应性和鲁棒性的机械系统。 第二部分：智能制造与数字化工程 第四章：增材制造（3D打印）的工艺拓展与质量控制 本书对金属增材制造（SLM/EBM）和高分子增材制造（SLA/PolyJet）的最新进展进行了全面梳理。重点阐述了增材制造过程中面临的冶金学挑战，例如未熔合、残余应力累积导致的缺陷。详细介绍了基于原位监测技术（In-situ Monitoring）的质量控制体系，包括热成像、光谱分析等实时反馈机制，确保打印部件的宏观力学性能达到预期标准。同时，探讨了多材料、多功能一体化打印的最新研究方向。 第五章：工业物联网（IIoT）与设备健康管理（PHM） 本章聚焦于如何利用IIoT技术实现制造车间的数字化转型。详细讲解了传感器技术、边缘计算和云计算在数据采集、传输与分析中的协同作用。核心内容是预测性维护（PdM）系统的构建，包括振动分析、油液分析、声学监测等多种状态监测方法。书中提供了成熟的机器学习模型（如LSTM、Transformer）在故障特征提取和剩余使用寿命（RUL）预测中的应用实例，助力企业实现从被动维修到主动维护的转变。 第六章：数字孪生（Digital Twin）在全生命周期管理中的应用 深入解析了数字孪生模型的构建原理、关键技术与应用场景。内容包括如何将物理资产的实时数据映射到高保真度的虚拟模型中，实现对生产过程的实时模拟、性能评估和“What-if”分析。本章侧重于数字孪生在产品设计验证、生产线优化调度以及远程资产运维中的具体实施路径，强调了数据一致性和模型同步性的重要性。 第三部分：先进控制与系统集成 第七章：复杂运动机构的动力学建模与控制 本章针对高精度、高速度的复杂并联机构、协作机器人等系统，详细阐述了从拉格朗日方程到牛顿-欧拉方法的动力学建模过程。重点讨论了逆动力学、前馈控制以及高频扰动抑制技术。特别针对机器人操作中的碰撞检测与安全区域规划算法进行了深入研究，确保人机协作环境下的安全性和高效性。 第八章：机电耦合系统的建模与仿真 本章探讨了涉及机械、电子、控制系统之间复杂相互作用的机电耦合系统的分析方法。内容包括有限元与电路（多物理场）耦合仿真技术，常用于分析电机驱动下的振动响应、电磁兼容性（EMC）问题。书中提供了多种时域和频域分析工具的应用指南，以优化驱动器的选型和系统的动态响应性能。 第九章：面向高精度加工的误差补偿技术 聚焦于数控（NC）加工中难以消除的系统误差源，如机床结构误差、热变形和刀具磨损。本章详细介绍了基于激光跟踪仪、接触式和非接触式测量反馈的误差实时补偿策略。内容涵盖了误差模型的建立、参数辨识方法以及补偿算法在五轴联动加工中的实际部署，旨在突破传统精度极限，实现超精密零部件的稳定制造。 结语 本书的编写遵循了理论与实践紧密结合的原则，内容具有前瞻性、系统性和实用性。它不仅是技术人员深入理解现代机械工程前沿动态的工具书，更是推动行业技术创新和人才培养的重要参考资料。读者在掌握这些先进技术的基础上，将能够更好地应对未来复杂工程挑战，引领制造业迈向更智能、更高效的新阶段。
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