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页数:289

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出版时间:1998-8

价格:28.00元

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isbn号码:9787502745707

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• 机械工程
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• 机械设计
• 工程力学
• 材料力学
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工业设计与材料科学前沿探索 书籍名称： 工业设计与材料科学前沿探索 图书简介： 本书是一部全面而深入探讨当代工业设计理念与前沿材料科学技术交织融合的专著。它旨在为设计专业人士、材料工程师、跨学科研究人员以及对未来制造业抱有热忱的学生提供一个整合性的知识框架和实践指导。在当前技术飞速迭代的时代，产品的功能性、美学价值以及可持续性已不再是孤立的考量因素，而是紧密地嵌入在材料的选择、加工工艺的创新以及人机交互的优化之中。本书正是聚焦于这一关键的交叉点，系统梳理了驱动现代工业进步的核心动力。 第一部分：设计哲学的演进与新范式 本部分首先追溯了工业设计思想的百年变迁，从早期的功能主义、现代主义到后现代的解构与回归人文关怀。重点分析了当前主导设计界的几种核心范式： 1. 以人为本（Human-Centered Design, HCD）的深化： 强调超越基础的用户体验（UX），深入到认知心理学、情感设计（Affective Design）和跨文化适应性。详细阐述了如何通过民族志研究、情景模拟等定性研究方法，捕捉用户在复杂环境下的隐性需求。例如，探讨了如何为老年群体设计具有更高可感知性（Perceptual Clarity）的智能家居界面，以及如何平衡技术复杂性与操作直观性。 2. 服务设计与系统思维的融合： 现代产品不再是孤立的实体，而是复杂服务生态中的一个触点。本书剖析了如何将工业设计从关注“物”的形态，扩展到关注“流”（Flow）——包括信息流、服务流和价值流。通过案例分析，展示了如何运用蓝图绘制（Service Blueprinting）等工具，将物理产品设计融入到端到端的客户旅程中，确保跨渠道体验的一致性和无缝衔接。 3. 循环经济与再生设计原则： 面对全球资源压力，可持续性已成为设计的核心约束和创新驱动力。本章深入探讨了从“摇篮到坟墓”到“摇篮到摇篮”（Cradle-to-Cradle）的设计理念转型。详细介绍了生命周期评估（LCA）的应用、环境足迹的量化方法，以及如何进行逆向物流设计（Design for Disassembly and Remanufacturing）。探讨了如何通过模块化设计策略，最大化产品的生命周期价值，并减少报废阶段的环境负荷。 第二部分：前沿材料科学在工业设计中的应用 本部分是本书的技术核心，它系统介绍了近年来在材料研发领域取得突破性进展，并探讨这些新材料如何重塑产品形态、性能和生产流程。 1. 先进复合材料与轻量化结构： 详细解析了碳纤维增强聚合物（CFRP）、玄武岩纤维以及新型陶瓷基复合材料（CMC）的微观结构、力学性能和加工特性。重点讨论了增材制造（Additive Manufacturing, AM）技术，特别是选择性激光烧结（SLS）和电子束熔化（EBM）如何利用这些材料制造出传统减材工艺无法实现的复杂拓扑优化结构，显著提升结构效率和轻量化目标。 2. 智能材料与响应式表面： 聚焦于能够感知环境变化并作出可逆响应的“活性”材料。这包括形状记忆合金（SMA）、压电材料以及电活性聚合物（EAP）。探讨了如何将这些材料集成到产品表面，实现自修复涂层、可变几何形态（Morphing Surfaces）以及集成式传感器网络，从而创造出具备“生命感”和主动适应性的产品。 3. 生物基材料与可持续替代品： 深入研究了源自可再生资源的材料，如纤维素纳米晶体（CNC）、菌丝体材料（Mycelium）以及藻类生物塑料。分析了这些材料在强度、生物降解性、热稳定性和加工适配性上的表现，并提供了将生物材料成功转化为大规模工业应用的设计考量和挑战，特别是着重于其在包装、家具和消费电子外壳中的潜力。 4. 增材制造的材料科学挑战： 专门一章论述了增材制造对材料提出的特殊要求，包括粉末的粒径分布、流动性、烧结温度窗口的精确控制，以及如何通过后处理技术（如热等静压HIP）来消除打印件内部的孔隙率和残余应力，确保最终部件满足严苛的工程标准。 第三部分：数字化工具与未来制造的协同 本部分探讨了设计流程与材料、制造技术如何通过数字化手段实现深度集成，迈向工业4.0的愿景。 1. 拓扑优化与生成式设计： 详述了如何利用有限元分析（FEA）结合人工智能算法，实现对复杂受力结构（如支架、连接件）的自动化设计。这不仅仅是效率的提升，更是设计思维的转变——让计算机根据性能指标“生成”出最优化的结构形态，极大地拓宽了工程师和设计师的想象空间。 2. 虚拟现实（VR/AR）在材料可视化中的应用： 探讨了如何利用沉浸式技术来模拟材料在不同光照、应力条件下的表现，以及在装配过程中对操作人员的引导。这极大地缩短了物理原型制作周期，提高了早期设计决策的准确性。 3. 数字孪生（Digital Twin）在产品生命周期管理中的作用： 阐述了如何通过传感器数据和高级建模，为每一个物理产品建立一个实时的数字副本。这使得设计团队能够远程监测产品在真实使用环境下的材料疲劳、性能衰减，并将这些反馈数据直接输入到下一代产品的材料选择和结构设计迭代中，形成闭环优化。 结论：跨学科的融合与未来展望 本书最后总结道，未来的工业产品将是材料科学的突破、先进制造技术的支撑以及深刻人性化设计的有机统一体。成功的设计师和工程师必须具备跨越学科边界的“T型”能力结构，理解材料的“个性”和制造的“约束”，才能真正推动可持续、高性能和具有社会价值的工业创新。本书致力于成为读者在这一复杂而激动人心的探索旅程中的重要参考指南。

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如果说有什么地方能让我感到一丝“挑战性”，那就是这本书在“控制系统基础”这部分内容的广度。它并没有将控制系统作为一个独立的学科来讲解，而是将其巧妙地融入到机械运动控制的语境中。作者从最基础的反馈原理入手，迅速过渡到了PID控制器的参数整定，但它没有止步于经典的齐格勒-尼科尔斯法。更令人惊喜的是，它随后引入了现代控制理论中的状态空间描述法，并用一个简化的伺服电机模型进行了演示。虽然对初学者来说，从拉普拉斯变换到状态矩阵的跳转可能显得有些突兀，但这种设计无疑是在“铺设一条通往高级自动化的阶梯”。它迫使读者必须主动去查阅和弥补线性代数和微分方程的知识短板，从而实现跨学科的知识融合。这种“推着你跑”的学习体验，虽然过程略显辛苦，但最终带来的知识体系的完整性和前瞻性，是其他侧重于传统机械结构的书籍所无法比拟的，它真正预示了未来机械设计将是机电深度融合的趋势。

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我必须指出，本书在“材料力学基础”这一章节的处理上，展现出一种近乎偏执的严谨性。许多教材在涉及应力集中和疲劳寿命时，往往一带而过，或者只停留在最基础的许用应力概念上。然而，这本书则花费了足足四章的篇幅，详细论述了不同载荷形式下的断裂韧性、断裂起源以及如何通过优化几何形状来控制裂纹扩展。作者对S-N曲线的讲解尤为到位，不仅列举了常见的钢材数据，还引入了高分子材料和复合材料在交变载荷下的特性差异，这一点极大地拓宽了我的视野。更令人印象深刻的是，作者在讨论塑性变形时，引入了弹塑性有限元分析（FEA）的基本思想，即便没有深入到编程层面，光是理解其背后的本构关系和边界条件设置，就已经能让人在设计时更加审慎地评估安全裕度。对于从事精密机械或航空航天结构设计的人员来说，这种对失效模式的深刻洞察和量化分析能力，是比单纯的强度校核重要得多的技能，这本书无疑在这方面做得非常出色。

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阅读这本书的过程，更像是一场与经验丰富的工程师进行的深度对话，而非单向的知识灌输。它的叙事风格非常个人化和实用主义。例如，在介绍标准公差与配合时，作者没有简单地罗列国标（GB）或ISO标准中的数值表格，而是通过讲述一个“曾经因为公差配合失误导致价值数百万的模具报废”的案例，生动地阐释了“过渡配合”和“间隙配合”在实际生产线上的细微差别和成本影响。这种结合了血泪教训的叙述方式，极大地增强了知识的可信度和记忆度。此外，书中对“制造成本控制”的讨论也相当深入，它清晰地指出了为什么在设计阶段选择铣削而非磨削加工，以及这种选择如何影响最终产品的精度和交付周期。这种从设计到制造再到成本的全链条思考，对于培养一个全面的机械工程师至关重要。读完后，我感觉自己对“为什么这样设计”的理解，远胜过了“如何计算”的知识储备。

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这本书的装帧设计真是一绝，封面采用了一种磨砂质感的深蓝色，中央烫金的“机械设计原理”几个字，在灯光下低调却不失典雅。拿到手里，能感受到纸张的厚度，分量十足，那种沉甸甸的感觉立刻让人觉得这不是一本随便应付的教材。内页的印刷清晰度令人赞叹，图表的线条干净利落，即便是复杂的爆炸图和剖视图，也能看得一清二楚，完全没有传统教材那种模糊不清的油墨感。尤其是关于各种标准件和常用机构的示意图，细节处理得非常到位，让人在阅读理论知识的同时，视觉上就能对结构有一个初步的清晰认知。装订工艺也相当扎实，书脊的胶装非常牢固，随便翻开到任何一页，书页都能平摊，这对于经常需要在实验台旁对照查阅的学习者来说，简直是福音。我尤其欣赏作者在排版上留出的空白区域，既不会让版面显得拥挤，也方便我在空白处进行批注和推导公式，这种对阅读体验的体贴，着实体现了出版方对读者的尊重。总而言之，从拿在手上的第一感受来说，这本书的物质载体已经成功地建立起了一种专业、严谨的氛围，让人对内部内容抱有极高的期待。

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这本书对经典力学部分的阐述，简直是教科书级别的典范，我以前在其他资料中对摩擦力和力矩的理解总是有些模糊，但读了这几章后，所有的疑问都迎刃而解了。作者并没有满足于简单地罗列公式，而是花费了大量篇幅来剖析这些物理概念背后的实际物理意义。举例来说，在讲解平面机构运动分析时，它不仅展示了瞬心法和速度投影法，更结合了气动或液压系统中连杆机构的实际应用场景，用动画模拟的方式（虽然是文字描述的模拟，但想象空间极大）解释了为什么某些设计会导致运动的突变或卡滞。这种深入浅出的讲解，让原本枯燥的数学推导变得生动起来。尤其是关于刚体运动的描述，作者巧妙地引入了四元数，这在一般的本科教材中是很少见的深度，但它却极大地简化了复杂旋转的计算，虽然理解起来需要多花些时间，但一旦掌握，其后的三维空间分析效率是几何级的提升。这本书显然不是为应付考试而写，而是真正想培养读者扎实的工程思维，非常适合希望打下坚实理论基础的研究生或者资深工程师作为参考。

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