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出版者:清华大学出版社

作者:埃米罗切

出品人:

页数:378

译者:

出版时间:2006-10

价格:48.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787302133728

丛书系列:

图书标签:

• CAX
• 计算机辅助设计
• 计算机辅助制造
• CAD/CAM
• 机械设计
• 制造工程
• 工业设计
• 数字化制造
• 工艺流程
• 数控技术
• 自动化生产

现代材料科学前沿：结构、性能与应用 图书简介 本书旨在为材料科学领域的研究人员、工程师以及高年级本科生提供一个全面、深入且紧跟时代步伐的知识框架，聚焦于当代材料科学中最具活力和创新性的前沿领域。本书严格避开了计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）的相关技术和理论，而是将全部篇幅投入到对新一代功能材料、先进结构材料的微观机理、宏观性能调控以及面向极端环境的应用挑战的探讨之中。 全书共分为六个核心部分，系统地梳理了从原子尺度设计到宏观器件集成所涉及的关键科学问题和工程实践。 --- 第一部分：原子尺度下的材料设计与表征 本部分首先奠定了现代材料科学的理论基础，重点强调了如何通过理解和控制材料的电子结构、晶体缺陷与界面特性来设计所需功能。 第一章：第一性原理计算与材料基因组计划的融合 本章深入探讨了基于密度泛函理论（DFT）的计算方法在预测新材料热力学稳定性和电子性质中的应用。我们详细分析了如何利用高通量计算平台筛选具有特定带隙、催化活性或力学响应的候选材料。重点讨论了如何将这些计算结果与高通量实验相结合，加速材料的发现进程，但完全不涉及任何数值模拟软件或设计流程的具体操作细节。 第二章：先进表征技术在结构解析中的突破 本章聚焦于非破坏性与破坏性表征技术的最新进展，用以揭示材料在不同尺度上的真实结构。内容包括高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）在解析亚纳米级晶界结构上的应用、同步辐射光源在原位（in-situ）研究材料相变和应力弛豫过程中的关键作用，以及二维核磁共振（2D NMR）对非晶态材料局部结构信息的捕捉。强调的是实验数据的物理意义和对结构-性能关系的阐释，而非数据采集或仪器操作步骤。 --- 第二部分：功能材料的能带调控与量子效应 本部分是本书的重点之一，关注如何利用量子力学效应来赋予材料独特的功能性，特别是在能源和信息技术领域。 第三章：二维材料的范德华异质结与界面物理 本章详细剖析了石墨烯、二硫化钼等二维材料在层间堆叠时所产生的Moiré 超晶格效应。讨论了如何通过精确控制堆叠角（Twist Angle）来诱导平带的形成，从而实现电荷阻隔、超导或拓扑性质的转变。内容集中于物理机制的推导和能带结构的计算结果分析，阐述了这些异质结在新型晶体管和光电器件中的潜力。 第四章：拓扑绝缘体与狄拉克/外尔半金属的物理特性 本章深入探讨了拓扑材料中电子的保护性边缘态（Edge States）和表面态（Surface States）。重点阐述了时间反演对称性破缺对拓扑性质的影响，以及如何通过元素掺杂或外部磁场来实现拓扑相的切换。该章提供了详尽的拓扑不变量的理论推导，用以分类和识别不同的拓扑相。 第五章：新型光电转换材料的载流子动力学 聚焦于钙钛矿材料和量子点在太阳能电池和LED中的应用。分析了载流子在晶格缺陷处的复合机制、界面处的电荷传输限制，以及通过表面钝化技术提高器件效率的物理学基础。书中详细对比了不同缺陷模型（如离子迁移、空位簇集）对光电性能衰减的影响。 --- 第三部分：先进结构材料的本构关系与损伤机制 本部分转向宏观和中观尺度的力学行为，探讨了极端条件（高温、高应变率、高辐照）下结构材料的失效模式和寿命预测。 第六章：高熵合金的微观结构演化与室温/高温塑性 本章研究了多主元合金（High-Entropy Alloys, HEAs）中迟滞效应（Sluggish Diffusion）和变形孪晶（Deformation Twinning）在强化和韧化中的协同作用。分析了在不同冷却速率和热处理工艺下，FCC、BCC或L12相的形成对材料屈服强度和断裂韧性的影响，完全侧重于材料本身的微观冶金过程。 第七章：复合材料的多尺度断裂力学分析 本章专注于纤维增强复合材料（如碳纤维/环氧树脂、陶瓷基复合材料）的损伤累积模型。详细阐述了裂纹萌生、扩展和桥接的机制。引入了蒙特卡洛模拟对随机纤维分布下的宏观有效模量的预测方法，并讨论了界面剪切强度对层间脱粘（Delamination）的影响。 第八章：核级材料的辐照损伤与蠕变行为 针对反应堆和聚变堆环境下材料的服役安全，本章分析了高能粒子辐照导致的空泡形成、位错环的成核与迁移。建立了描述材料在高温和应力耦合作用下发生非弹性变形（蠕变）的本构方程，特别是针对高镍合金在长期辐照下的稳态蠕变速率预测模型。 --- 第四部分：能源存储材料的界面化学与循环稳定性 本部分关注电池和超级电容器中的电化学性能瓶颈，主要从电极材料的表面化学和离子传输角度进行深入剖析。 第九章：锂离子电池固态电解质的离子传导机制 本部分探讨了氧化物和硫化物基固态电解质的晶格缺陷对锂离子迁移率的影响。详细分析了空间电荷层（Space Charge Layer）在电解质/电极界面上的形成，以及它如何限制界面阻抗。内容涉及电化学窗口和界面副反应的机理研究。 第十章：新型正极材料的相变与热失控机理 聚焦于镍锰钴（NMC）和富锂锰基材料的深脱嵌锂过程中的结构稳定性。分析了在过充状态下晶格氧的释放路径、以及导致材料热失控的放热分解反应的活化能。重点是理解这些化学反应如何与材料的晶体结构演变相关联。 --- 第五部分：生物医学与环境修复材料 本部分探讨了材料在活体环境中的相互作用以及在环境治理中的应用潜力。 第十一章：生物活性骨修复材料的体外降解动力学 阐述了磷酸钙陶瓷和生物可降解聚合物（如PLA/PGA）在模拟体液中的溶解和再沉积过程。重点分析了表面羟基化程度和孔隙结构如何调控细胞附着和骨组织再生（Osteointegration）的速率。 第十二章：多孔吸附剂的孔道结构与污染物选择性去除 详细讨论了金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）的合成结构与对特定气态分子（如$ ext{CO}_2$、$ ext{SO}_x$）的吸附选择性之间的关系。分析了通过孔径工程实现分子筛分效应的理论基础，以及在湿热条件下材料的结构稳定性问题。 --- 第六部分：先进制造与材料性能验证（仅限非CAD/CAM视角） 本部分探讨了材料成型工艺对最终性能的固化作用，但完全专注于材料本身的微观结构演变和性能验证，不涉及任何软件辅助的设计流程或几何建模技术。 第十三章：增材制造过程中的快速凝固与非平衡态结构 本章分析了激光熔化沉积过程中极高的冷却速率对金属合金（如钛合金、镍基超合金）微观组织的影响。探讨了偏析、枝晶粗化的形成机制，以及快速凝固导致的非平衡相或微晶结构的出现如何影响材料的疲劳寿命。 第十四章：无损评估技术在服役材料评估中的应用 聚焦于超声波、涡流和声发射技术在检测材料内部缺陷（如微裂纹、孔隙）时的物理原理。本书将提供不同缺陷类型在这些检测信号上产生的特征响应的详细物理模型，用以指导现场性能评估和剩余寿命的判读。 --- 本书的结构清晰，内容聚焦于材料的本征科学，涵盖了从量子力学基础到宏观工程应用的各个层面，是理解21世纪先进材料挑战与机遇的必备参考书。

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《计算机辅助设计与制造》在可持续发展和绿色制造理念上的探讨，令我耳目一新。在当今社会，环保和可持续性已成为工业发展的重要考量因素，而这本书并没有忽略这一点。作者在书中详细介绍了CAD/CAM技术如何能够帮助设计师和工程师在产品设计阶段就考虑材料的环保性、能源的消耗以及废弃物的处理。例如，通过CAD软件优化产品结构，减少材料使用量，从而降低生产成本和环境影响。在制造过程中，CAM技术可以通过更精确的刀具路径规划和加工参数设置，减少切削液和能源的消耗，降低切削废料的产生。书中还提及了逆向工程技术，如何利用扫描设备对报废产品进行数据采集，通过CAD软件进行修复和优化，再利用CAM技术进行再生制造，从而实现资源的循环利用。我印象特别深刻的是，作者在讨论3D打印技术时，强调了其在按需生产和减少浪费方面的优势，特别是对于复杂和定制化产品的生产，3D打印能够显著降低传统制造过程中因模具开发和批量生产而产生的资源浪费。这本书让我看到，CAD/CAM技术不仅是提升效率和精度的工具，更是一种能够引导工业走向更加环保、可持续发展的关键力量。它在技术层面之外，还具有深刻的社会意义和前瞻性。

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这本书《计算机辅助设计与制造》带给我最深刻的感受之一，便是其在强调“人”的角色方面的独到之处。尽管书名中带有“计算机辅助”，但作者并没有将重点放在冰冷的机器和算法上，而是反复强调了设计师和工程师的创造力、判断力以及对细节的把控能力。它不仅仅是关于如何使用软件，更是关于如何运用这些工具来解决实际问题，以及如何在技术手段的加持下，将人类的智慧和想象力发挥到极致。书中通过大量的人物访谈和项目案例，展现了那些在各自领域内做出杰出贡献的设计师和工程师，他们是如何通过巧妙地运用CAD/CAM技术，将看似不可能的设计变为现实。我记得其中一个案例，讲述了一位年轻的设计师如何利用参数化建模技术，为一位残疾人设计了一款高度个性化的辅助器具，这个过程不仅体现了技术的强大，更彰显了设计的人文关怀。作者在论述过程中，反复提及“人机协作”和“人本设计”的理念，这让我深刻地认识到，即使技术再先进，最终的目标还是服务于人，提升人类的生活品质。这本书让我明白，CAD/CAM不仅仅是工程技术，更是一种赋能工具，它将人类的创造力推向了新的高度，同时也需要人类的智慧来引导和优化。它让我重新思考了技术与人文的关系，以及在工业生产中，人始终是核心和灵魂。

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在阅读《计算机辅助设计与制造》的过程中，我被其在阐述软件工具方面的细致程度所深深打动。虽然书中并没有直接罗列出所有的软件命令和快捷键，但这并不意味着它在技术细节上有所欠缺。相反，作者巧妙地通过对典型设计和制造流程的梳理，将各种常用的CAD软件（如AutoCAD、SolidWorks、CATIA等）和CAM软件（如Mastercam、PowerMill等）的功能和应用场景融入其中。比如，在讲解曲面设计时，作者详细描述了如何利用参数化建模和自由曲面建模技术来创建复杂的汽车车身线条，以及如何通过实体建模来精确设计机械零件的内部结构。在制造部分，则着重阐述了数控机床的编程原理、刀具路径的优化策略以及仿真验证的重要性。我尤其欣赏作者在介绍CAM软件时，并没有简单地罗列功能，而是深入探讨了不同加工策略（如2.5D铣削、3D曲面加工、多轴联动加工等）在实际应用中的优劣势，以及如何根据工件的几何形状、材料特性和加工精度要求来选择最合适的加工方法。书中还穿插了许多关于后处理和机床控制的讲解，这对于理解CAD/CAM的完整流程至关重要。虽然我并非软件操作的资深用户，但通过作者的讲解，我能够清晰地了解到不同软件在解决特定问题时的侧重点和优势，也对整个软件生态系统有了更全面的认识。这种“由表及里”的讲解方式，既保证了内容的深度，又不会让初学者感到 overwhelming，是一次非常成功的知识传递。

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《计算机辅助设计与制造》在教育和人才培养方面的论述，为我提供了许多思考。它不仅仅是一本技术书籍，更是一本关于如何培养未来工程师的书。作者在书中强调了，随着CAD/CAM技术的不断发展和普及，对工程师的技能要求也在不断提升。传统的纯粹的机械设计和制造知识已经不足以满足行业的需求，现代工程师需要具备跨学科的知识和技能，包括计算机科学、材料科学、自动化控制以及项目管理等。书中通过对一些高校和培训机构的案例分析，展示了如何将CAD/CAM技术有效地融入到教育体系中，培养具有创新精神和实践能力的高素质人才。我尤其欣赏作者在讨论学习方法时，强调了“学以致用”的理念，鼓励学生多动手实践，参与实际项目，将理论知识与工程实践相结合。书中还提到了如何利用在线学习平台和虚拟仿真技术，来拓展CAD/CAM技术的学习渠道和提升学习效果。这本书让我深刻地认识到，CAD/CAM技术的未来发展，很大程度上取决于人才的培养，而教育在其中扮演着至关重要的角色。它不仅是一项技术，更是一种知识体系和思维方式的传承。

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这本书《计算机辅助设计与制造》在用户界面和人机交互设计方面，给我留下了深刻的印象。尽管书名听起来很技术化，但作者在阐述软件操作和功能时，非常注重用户体验。书中通过对不同CAD/CAM软件用户界面的对比分析，以及对人机交互设计原则的探讨，展示了如何设计出更直观、更易于操作的软件界面，以提高用户的学习效率和工作效率。作者强调了，优秀的UI/UX设计不仅仅是美观，更重要的是能够真正地帮助用户解决问题，并提供顺畅的使用体验。例如，书中提到了一些关于菜单结构、工具栏布局、图形显示以及交互反馈等方面的人机交互设计要点，这些都能够极大地影响用户对软件的接受度和使用满意度。我尤其欣赏作者在讨论曲线和曲面造型时，对可视化反馈的强调，它能够帮助设计师直观地感受到模型的形体变化，并及时进行调整。这本书让我明白，再强大的技术，如果不能以用户友好的方式呈现，其价值也会大打折扣。CAD/CAM技术的普及和发展，离不开对用户体验的持续关注和优化。

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这本书《计算机辅助设计与制造》在知识产权保护和数据安全方面的讨论，让我受益匪浅。在数字化时代，产品的设计数据和制造工艺信息是企业最核心的资产之一，如何有效地保护这些信息，同时又能保证信息的流畅传递和有效利用，是一个重要的课题。书中详细阐述了CAD/CAM系统如何通过访问控制、加密技术和数字水印等手段，来防止未经授权的访问和数据泄露。同时，也介绍了如何在产品设计和制造流程中，建立清晰的数据管理和版本控制机制，确保信息的准确性和可追溯性。我特别对书中关于PDM（产品数据管理）和PLM（产品生命周期管理）系统的介绍很感兴趣。这些系统能够集中管理产品的所有设计、制造和相关数据，从概念设计到产品退役的整个生命周期，为企业提供一个统一的数据平台，有效避免了信息孤岛和数据不一致的问题。书中还讨论了在与供应商和合作伙伴共享设计数据时，如何通过安全协议和数据格式的标准化来实现信息的安全传递。这本书让我认识到，在享受CAD/CAM技术带来的便利和高效的同时，我们也必须高度重视信息安全和知识产权保护，建立健全的管理体系，才能真正地保障企业的核心竞争力。

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《计算机辅助设计与制造》在跨学科融合和创新应用方面，展现了其独特的魅力。它不仅仅局限于传统的机械制造领域，而是将CAD/CAM技术与生物医学、艺术设计、建筑工程等多个领域进行了深入的结合，为我打开了全新的视角。书中详细介绍了如何利用CAD软件进行个性化医疗器械的设计，例如定制化的假肢、牙科种植体和手术导板等，并通过CAM技术实现高精度制造，以满足患者的个性化需求。在艺术设计领域，书中展示了如何利用CAD/CAM技术进行数字雕塑、3D打印艺术品以及服装设计等，这些应用不仅突破了传统工艺的限制，更赋予了艺术家们前所未有的创作自由。在建筑工程领域，书中探讨了如何利用CAD/CAM技术进行参数化建筑设计、预制构件的精确加工以及施工过程的仿真模拟，从而提高建筑的整体效率和质量。我尤其对书中关于“数控艺术”的介绍很感兴趣，它将计算机辅助制造的技术优势与艺术创作相结合，创造出独具匠心的作品。这本书让我看到了CAD/CAM技术作为一种通用技术，其无限的潜力和广阔的应用前景，它不仅是工业生产的利器，更是推动跨学科创新和产业融合的重要力量。

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这本书的名字叫做《计算机辅助设计与制造》，乍一听，以为会是那种枯燥乏味的教科书，充斥着各种晦涩难懂的公式和操作流程。然而，当我翻开第一页，就被它全然不同的风格所吸引。它并没有直接将读者推入技术细节的深渊，而是用一种极其引人入胜的方式，首先描绘了CAD/CAM技术如何在现代工业生产中扮演的至关重要的角色，以及它如何颠覆了传统的制造模式。作者通过大量的案例分析，从汽车制造业的精密零部件到航空航天领域的高性能材料，再到医疗器械的定制化生产，生动地展示了计算机辅助设计如何帮助工程师们创造出前所未有的复杂形状和功能，而计算机辅助制造又如何将这些设计转化为实际产品，并且效率和精度都达到了惊人的水平。我特别喜欢作者在开篇部分对“创新”的探讨，它不仅仅是技术上的突破，更是思维模式的转变，CAD/CAM正是这一转变的强大催化剂。书中并没有过多地停留在理论层面，而是强调实践与应用，通过对不同行业应用场景的深入剖析，让读者能够直观地感受到这项技术带来的巨大价值。我之前对工业制造的理解还停留在流水线和机械臂的粗浅认知，但这本书彻底刷新了我的认知，让我看到了一个更加智能、高效、灵活的未来制造图景。它不仅是一本书，更像是一扇窗，让我得以窥见现代工业文明的核心驱动力之一，对那些想要了解工业4.0、智能制造以及未来发展趋势的读者来说，这本书无疑是一本不容错过的启蒙读物。它成功地将复杂的概念变得易于理解，同时也激发了读者对这项技术更深层次的探索欲望。

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让我印象深刻的是，《计算机辅助设计与制造》在质量控制和生产效率提升方面所展现的深刻见解。书中并没有简单地将CAD/CAM视为一种制造手段，而是将其与整个生产流程的优化紧密结合。作者详细阐述了如何利用CAD软件进行产品设计验证，例如通过有限元分析（FEA）来模拟产品在各种载荷下的应力分布和变形情况，从而在早期阶段就发现潜在的设计缺陷，避免后期昂贵的修改成本。在制造过程中，CAM技术在刀具路径优化、加工参数设置以及仿真分析方面的应用，极大地提高了生产效率并保证了加工精度。书中还介绍了一些先进的质量检测技术，如三坐标测量机（CMM）与CAD数据的对比分析，以及在线监测和反馈控制系统在生产过程中的应用。这些技术能够实时监控加工过程，及时发现并纠正偏差，确保最终产品的质量稳定性和一致性。我尤其欣赏作者对于“数字孪生”概念的引入，它将物理实体在数字世界的精确映射，使得对生产过程的监控、预测和优化成为可能。这本书让我明白了，CAD/CAM不仅仅是让机器“听懂”设计，更是让整个制造过程变得更加透明、可控和高效，从而实现“零缺陷”生产的目标。这对于任何追求卓越品质和效率的企业来说，都是宝贵的指导。

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《计算机辅助设计与制造》在材料科学的应用方面，为我打开了新的视野。我一直对新材料的研发和应用很感兴趣，而这本书恰恰在这方面提供了丰富的视角。作者并没有将CAD/CAM仅仅视为金属加工的工具，而是将其与各种先进材料的结合进行了深入的探讨。例如，在讲解航空航天领域时，书中详细阐述了如何利用CAD软件对复合材料的层叠方向和铺层顺序进行精确设计，以实现最优的力学性能和轻量化目标。同时，也介绍了CAM技术如何应用于先进的制造工艺，如激光切割、水射流切割以及3D打印等，这些工艺能够精确地加工各种高性能材料，包括陶瓷、合金以及生物材料等。我特别对书中关于3D打印（增材制造）的章节印象深刻，它不仅展示了3D打印如何打破传统制造的限制，实现复杂结构的自由成型，还探讨了如何通过CAD软件来优化打印路径和支撑结构，以及如何利用CAM技术来控制打印参数，以确保打印件的精度和性能。这本书让我认识到，CAD/CAM技术的发展，与新材料的研发和应用是相辅相成的，它们共同推动着制造业向更先进、更智能的方向发展。它不仅让我了解了技术本身，更让我看到了技术在材料创新领域所扮演的关键角色，对于未来材料科学的研究和应用，无疑具有重要的启发意义。

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