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出版者:高等教育

作者:顾玉坚

出品人:

页数:244

译者:

出版时间:2005-6

价格:18.70元

装帧:

isbn号码:9787040165555

丛书系列:

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《现代机械设计原理与优化》 本书聚焦于现代机械工程领域的核心理论与实践应用，旨在为读者构建一个扎实、前沿且具有高度工程实践价值的知识体系。 本书并非侧重于工程图样的规范绘制与二维表达（此部分内容由《工程制图基础》深入覆盖），而是将重点完全置于机械系统从概念设计到性能优化的整个生命周期。内容涵盖了从材料选择、结构分析到动态响应与控制集成的前沿课题。 第一部分：先进材料与结构可靠性分析 本部分深入探讨了在严苛工作环境下，现代机械系统对材料性能提出的新要求，并系统阐述了评估和优化结构可靠性的方法论。 第一章：功能导向的先进材料学 本章摒弃了传统材料力学中对通用材料的宏观描述，转而关注智能材料、复合材料以及增材制造（3D打印）材料的特性。 1.1 高熵合金与超材料：探讨其晶体结构、显微组织与宏观力学性能的非线性关系。重点分析在极端温度（超低温或超高温）下的蠕变、疲劳及断裂韧性表现。 1.2 功能梯度材料（FGM）：详细介绍梯度设计理论，如何通过材料成分的连续变化来应对界面应力集中问题，特别是在热障涂层和生物植入体中的应用。 1.3 增材制造（AM）的材料挑战：讨论选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）过程中粉末床的冶金行为、残余应力分布及其对最终部件微观结构和疲劳寿命的影响。 第二章：非线性有限元分析与寿命预测 本章侧重于利用数值方法处理复杂载荷和材料非线性问题，以精确预测结构寿命。 2.1 几何与材料非线性：全面解析大变形、接触分析（如齿轮啮合、轴承配合）中的非线性迭代算法（如牛顿-拉夫逊法），以及在塑性、粘弹性、超弹性材料模型下的求解策略。 2.2 疲劳寿命的先进评估：超越传统的S-N曲线法，引入应变疲劳（LMF）和断裂力学（FEM）相结合的方法。重点讲解裂纹萌生、扩展的数值模拟，特别是XFEM（扩展有限元法）在处理裂纹路径不确定性上的优势。 2.3 可靠性与不确定性量化（UQ）：介绍基于概率的可靠性评估方法（如First-Order Reliability Method, FORM 和 Monte Carlo 模拟），用以量化设计参数不确定性对系统安全裕度的影响。 --- 第二部分：复杂机械系统的动力学建模与控制 本部分将研究系统运动的规律、振动抑制技术，以及如何将先进控制策略融入机械设计中，实现高性能运行。 第三章：多体动力学（MBD）与柔性体建模 本章超越了刚体假设，将机械系统视为由相互连接的柔性部件组成的复杂系统进行分析。 3.1 Lagrange方程与Kane方法：系统推导多自由度系统的运动微分方程，尤其关注高精度机器人、航空航天机构等场合的运动学和动力学建模。 3.2 柔性多体系统（FMBS）分析：讨论如何将有限元模态叠加到刚体动力学模型中，处理高频振动对系统精度的影响。重点分析旋转机械（如涡轮机）的失衡与涡动/深蹲现象。 3.3 接触动力学与冲击载荷：详细阐述Hertz接触理论在动态环境下的修正，以及高频冲击（如碰撞、冲击载荷）的能量吸收与耗散机制。 第四章：机械系统振动主动控制 本章致力于设计主动或半主动的策略来抑制或消除有害振动，以提高设备精度和使用寿命。 4.1 模态分析与振动源识别：利用实验模态分析（EMA）技术获取实际结构的固有特性，并结合信号处理技术（如小波分析）精确定位振动激励源。 4.2 主动隔振与主动阻尼：深入研究磁流变（MR）阻尼器、压电作动器等智能元件在反馈控制回路中的集成。介绍LQR（线性二次调节器）和H∞控制在优化系统稳定性和瞬态响应中的应用。 4.3 主动降噪技术：针对机械噪声问题，探讨逆相抵消技术在简单结构和复杂环境下的实施挑战与解决方案。 --- 第三部分：高性能系统设计与优化方法 本部分将设计理念提升到系统层面，关注如何利用现代计算工具和优化算法，实现多目标、多约束下的最优解。 第五章：机械系统多目标优化设计 本章摒弃单目标优化，聚焦于工程实践中常见的设计冲突（如刚度与重量、强度与成本）。 5.1 拓扑优化与形状优化：详细介绍密度法（SIMP）在材料分布优化中的应用，以及如何通过优化网格划分和边界条件处理来获得轻量化且承载能力最优的结构布局。 5.2 响应面法与代理模型：当系统仿真计算成本极高时，如何利用高斯过程回归（Kriging）等代理模型快速逼近真实响应面，从而高效地进行参数优化。 5.3 进化算法在机械设计中的应用：重点讲解非支配排序遗传算法II（NSGA-II），用于求解帕累托前沿，使设计者能在不同性能指标之间做出明智的权衡。 第六章：机电耦合系统设计与集成 本章关注现代机械系统不可避免的机电耦合特性，以及如何优化控制与执行机构的协同工作。 6.1 伺服机构的动态性能匹配：分析驱动器（电机）、减速器和负载之间的动态特性失配问题。讨论如何通过刚度匹配和低摩擦设计来提高伺服系统的带宽和瞬态响应速度。 6.2 传感器融合与状态估计：介绍卡尔曼滤波（Kalman Filter）在估计不可直接测量的状态变量（如电机转子位置、结构内部应力）中的应用，确保控制系统的准确性。 6.3 摩擦学与表面工程的优化：探讨润滑理论在高速、高负荷工况下的应用，以及类金刚石涂层（DLC）等表面工程技术如何降低能量损耗和磨损，从而延长系统寿命。 --- 总结而言，《现代机械设计原理与优化》是一本面向高级工程师和研究生的深度参考书。它建立在扎实的力学基础上，通过引入先进的数值计算技术、控制理论和优化方法，指导读者解决当前制造业中复杂、高性能机械系统的设计挑战，其核心在于“性能提升”与“系统集成”，而非基础的几何表达与视图绘制。

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我必须承认，这本书的理论深度和广度确实达到了一个很高的水准，它不仅仅停留在基础概念的罗列，而是深入剖析了背后隐藏的几何原理和设计逻辑。例如，在讲解投影转换的那几个章节，作者没有满足于简单的“看图说话”，而是用大量的篇幅去阐述不同标准体系（如第一视角和第三视角）的历史演变及其在实际工程中的适用性差异，这种追本溯源的叙述方式，让人对“为什么这么画”有了更深层次的理解，而非仅仅停留在“怎么画”的层面。书中的案例选择也极其贴合现代工业需求，涵盖了机械加工、土木建筑乃至电子产品外壳的设计流程，每一个例题的设置都仿佛是真实工作场景的缩影，这对于希望将理论知识快速转化为实践能力的读者来说，无疑是一笔宝贵的财富。对于那些渴望超越初级入门阶段，真正想在制图领域深耕的专业人士，这本书无疑是提供了坚实的理论基石和广阔的视野。

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如果说有什么地方可以更进一步，那就是关于新材料和新兴制造技术在制图标准上的影响这一块。虽然现有内容已经覆盖了传统的主流工艺，但鉴于当下增材制造（3D打印）技术的飞速发展及其对传统制图规范提出的新挑战，书中对这些前沿领域的探讨略显保守。例如，如何更精确地在图纸上表示打印的层理方向、支撑结构的要求，或者在超材料结构设计中如何表达其非均质性，这些都是未来工程师必须面对的课题。当然，我知道这可能已经超出了“基础”的范畴，但一本力求全面和前瞻性的专业教材，如果能在最后增加一个关于未来趋势的章节，对读者拓宽视野，无疑会是画龙点睛之笔。总体来说，这本书在现行标准框架下的阐述是无可挑剔的，但对于即将到来的技术变革，留下了值得思考的空间。

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这部书的装帧设计着实令人眼前一亮，那种沉稳又不失现代感的封面配色，让人在书店货架上一眼就能捕捉到它的存在。拿到手里，纸张的质感也非常棒，厚实而光滑，即便是长时间翻阅，也不会感到疲劳。装订工艺的处理也十分到位，书脊平整有力，翻页时有一种扎实可靠的感觉。内容排版上，作者显然下了不少功夫，无论是正文的字号选择，还是图表的留白处理，都显得极为考究。清晰的章节划分和醒目的标题设计，极大地提升了阅读的流畅性，即便是初次接触这类专业书籍的人，也能迅速找到自己需要的部分。特别是那些复杂概念的解释，配合精准的插图，使得抽象的理论知识变得具象化、易于理解。总而言之，从外到内，这本书散发着一种精心打磨的匠人气息，让人在使用过程中，心情也跟着愉悦起来。

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坦率地说，这本书的图例清晰度简直是教科书级别的典范，这一点对于任何涉及视觉传达的学科来说都是至关重要的。我特别留意了那些剖视图和局部放大图的处理，线条的粗细变化拿捏得恰到好处，既保证了图形的层次感，又避免了视觉上的混乱。尤其是一些涉及到复杂曲面交线和复杂装配体的视图绘制时，作者不仅提供了最终成品图，还循序渐进地展示了构建这些视图的关键辅助线和辅助面的步骤，这种“解构”式的展示方式，极大地降低了理解复杂几何模型的门槛。更值得称赞的是，书中对各种标准符号和标注的解释详尽而准确，每一个尺寸的公差带、形位公差的符号含义，都有专门的版面进行对照解释，确保读者不会在细节的规范性上产生任何歧义，这对于后续的生产交流至关重要。

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这本书在内容组织上体现出一种非常实用的、以结果为导向的编排思路，它似乎一直在引导读者去思考：我学了这些知识，能用来做什么？它并没有陷入纯粹学术的象牙塔，而是紧密结合了现代设计软件的工作流程。虽然它是一本纸质书，但很多章节都在不经意间渗透了数字化制图的概念，比如在讲解零件展开图时，对曲率计算和表面信息描述的侧重，明显指向了CNC加工或3D打印的前期准备工作。对于那些已经接触过CAD软件的读者来说，这本书能帮助他们更好地理解软件背后算法的几何基础，从而更有效地使用工具，而不是成为工具的奴隶。它提供的是一套底层思维框架，这比单纯的学习软件操作命令要高明得多，因为它具有跨软件、跨时代的持久价值。

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