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出版者:湖南科学技术出版社

作者:乌尔里希·菲舍尔

出品人:

页数:432

译者:杨放琼

出版时间:2013-1

价格:138.00元

装帧:精装

isbn号码:9787535773272

丛书系列:

图书标签:

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机器的智慧：现代工程基础与前沿探索 本书导读 在人类文明的演进史上，机械的力量始终是推动社会进步的核心驱动力之一。从最初的杠杆和滑轮，到如今驱动全球工业体系的复杂自动化设备，机械工程已成为连接理论科学与实际应用的关键桥梁。然而，面对飞速迭代的技术浪潮，如何系统、深入且不失前瞻性地掌握机械工程的精髓，成为了每一位工程师和技术人员的共同挑战。 《机器的智慧：现代工程基础与前沿探索》并非一本传统的、侧重于标准规范或基础几何尺寸的参考手册。相反，它是一部面向未来、深度剖析现代机械系统设计、材料科学突破、智能控制集成以及可持续发展理念的综合性著作。本书旨在为读者构建一个宏大而精密的知识框架，使他们不仅理解“如何运作”，更能洞悉“为何如此设计”以及“未来将如何演变”。 第一部分：理论基石的重塑与深化 本篇着重于对传统机械工程理论进行现代化的审视与提升，引入了更多跨学科的视角。 1.1 连续介质力学的现代视角 我们不再仅仅停留在经典的刚体动力学范畴。本书详尽阐述了有限元分析 (FEA) 在复杂应力分布、疲劳寿命预测以及非线性材料行为模拟中的应用。重点解析了损伤容限设计 (Damage Tolerance Design) 理念，强调在材料微观结构损伤累积的背景下，如何通过优化几何形状和加载路径来提升系统可靠性。内容包括但不限于：高级本构模型（如超弹性、黏塑性）、动态冲击响应分析，以及如何将热力学效应（如热应力耦合）纳入结构分析。 1.2 摩擦、磨损与润滑的界面科学 摩擦学不再是简单的接触现象描述。本章深入探讨了表面工程的前沿技术，如PVD/CVD涂层在极端工况下的性能表现。润滑理论部分，除了经典的流体动力润滑外，还重点分析了边界润滑和干摩擦条件下的分子间作用力。我们探讨了自修复润滑材料、智能响应型润滑剂的研发方向，以及如何利用纳米技术来控制和优化接触表面的粗糙度与化学活性。 1.3 动力学与控制系统的集成 现代机械设备无一例外地需要精确的运动控制。本书侧重于多自由度系统的振动抑制和主动控制策略。内容涵盖：模态分析的精确识别与解耦，主动隔振技术（如基于压电元件的反作用力补偿），以及鲁棒控制和自适应控制算法在复杂机械系统（如高速机床、精密装配机器人）中的应用实例。特别强调了时间延迟对系统稳定性的影响及补偿方法。 第二部分：材料的革命与增材制造的浪潮 材料是机械的骨架，其发展直接决定了机械性能的边界。 2.1 先进功能材料的突破 本部分聚焦于突破传统金属材料局限的新型材料。详细介绍了高熵合金 (HEAs) 在高温、高应力环境下的微观结构稳定性与设计原则。深入分析了智能材料——如形状记忆合金 (SMA) 和压电材料——在驱动器和传感器领域的应用潜力。此外，还探讨了复合材料的界面粘接理论，以及如何通过纤维取向设计实现材料性能的各向异性优化。 2.2 增材制造 (AM) 的设计范式转变 3D打印技术已不再是原型制作的代名词，而是深刻影响设计思维的生产手段。本书详述了点阵结构 (Lattice Structures) 的拓扑优化方法，解释了如何利用其高比强度、轻量化和定制化导热/导电路径的优势。分析了增材制造过程中的残余应力和孔隙率控制，以及如何针对特定打印技术（如SLM, EBM）反向设计零件的微观组织，以确保最终部件的机械性能符合预期。 第三部分：智能互联与系统集成 工业4.0的实现，要求机械系统具备感知、决策和执行的闭环能力。 3.1 机械系统的感知层与数据驱动 本章关注于如何赋予机械“感官”。详细介绍了分布式传感器网络的构建，包括光纤传感、非接触式激光测振技术在结构健康监测 (SHM) 中的应用。重点剖析了工业物联网 (IIoT) 框架下，机械运行数据的实时采集、清洗和特征提取方法。探讨了如何利用数字孪生 (Digital Twin) 技术，在虚拟环境中模拟物理设备的状态、性能和老化过程，为预测性维护提供数据支撑。 3.2 优化设计与自主决策 现代机械设计已从经验驱动转向数据和算法驱动。本书深入探讨了拓扑优化、形状优化和尺寸优化的迭代算法（如遗传算法、粒子群优化）。在控制层面，重点阐述了基于模型的预测控制 (MPC) 如何应用于复杂、受约束的机械操作任务中，实现能效最大化和操作裕度的平衡。此外，还简要介绍了强化学习在复杂机械系统路径规划和故障诊断中的新兴应用潜力。 第四部分：可持续性与工程伦理 面向未来，机械的“好”与“坏”不再仅由效率决定，更取决于其对环境与社会的影响。 4.1 全生命周期评估与循环经济 本书强调了产品全生命周期评估 (LCA) 在机械设计中的必要性。从原材料的获取、制造过程的能耗，到使用寿命的维护，再到最终的回收与再利用，每一个环节都需要进行量化分析。详细介绍了面向拆解的设计 (Design for Disassembly, DfD) 策略，以及如何利用模块化设计理念，延长设备的使用寿命并简化材料的回收过程，以实践循环经济。 4.2 能源效率与绿色传动系统 在传动技术领域，重点分析了如何通过优化机械传动链的效率来减少能源浪费。深入研究了磁悬浮轴承在降低摩擦损耗方面的优势，以及高效能齿轮副的几何设计优化。对于液压和气动系统，本书探讨了新型节能泵和阀门技术，以及如何集成变频驱动技术，实现按需供能，显著降低待机能耗。 结语 《机器的智慧：现代工程基础与前沿探索》旨在提供一套灵活且富有前瞻性的思维工具。它要求读者超越传统手册的束缚，拥抱跨学科的挑战，将材料、结构、控制与信息技术融会贯通。本书的深度和广度，旨在培养能够设计、构建和维护下一代复杂、智能、可持续机械系统的领军人才。

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当我第一次翻开这本书时，我感受到的那种专业性和权威感是其他一些“大而全”的机械参考书所不具备的。它似乎有一种奇特的魔力，能将那些晦涩难懂的机械设计规范，通过精炼的语言和精准的数学模型呈现出来，让初入行的新手也能快速建立起正确的工程思维框架。特别是它对各种常见零部件的结构分析和失效模式讨论部分，描述得极为透彻，没有使用太多空泛的形容词，而是直接指向了问题的物理根源。我尤其欣赏它在“材料疲劳寿命预测”章节中采用的那些经典、经过时间检验的计算方法，而不是追逐最新的、尚未完全被行业广泛验证的理论。这种对经典的坚守，反而赋予了这本书一种沉稳可靠的基调，让人在使用时感到非常踏实，因为它背后的支持是无数成功工程案例的经验总结。

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这本书的实用价值已经超出了单纯的“手册”范畴，更像是一本浓缩的行业最佳实践指南。我注意到，其中一些关于公差配合的判定标准，明显参考了国内外的最新工业标准修订版，这对于确保我们设计的产品能够顺利通过国际认证至关重要。相比之下，我过去习惯使用的一本老掉牙的进口参考书，里面的很多尺寸和公差值都已经过时，导致我们在与国际伙伴对接时出现小摩擦。这本手册在这方面做得非常与时俱进，内容更新速度令人印象深刻。它不仅告诉你“应该怎么做”，更是在很多关键的决策点，隐晦地提示了“为什么这样做是更优的选择”，这种深层次的洞察力，是新手难以在网上搜索到的碎片化信息所无法比拟的。

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说实话，作为一名资深机械设计人员，我平时对市面上涌现的大量新型参考资料持保留态度，因为很多内容要么过于学术化，要么就是翻译腔过重，缺乏实际工程中的“烟火气”。然而，这本手册却给了我一个惊喜。它的章节编排逻辑非常符合项目开发和故障排除的实际流程。比如，它不会先大篇幅讨论热力学原理，而是直接进入到“常见联轴器选型与对中公差”这种迫在眉睫的问题。我发现，很多时候，在进行初步设计方案的快速评估时，这本书里提供的经验数据和快速估算公式比我打开复杂的CAE软件模拟要高效得多。它就像是那位经验丰富的老工匠，在你脑子里给你提供了一个快速的“第一道过滤网”，帮你排除掉明显不合理的方案，极大地提升了概念设计的效率。

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我必须承认，这本书在某些非常前沿的、跨学科的领域（比如先进的增材制造工艺参数优化）可能不如最新的专业期刊那样详尽，但它贵在“全面”和“可靠的普适性”。它覆盖了绝大多数工业机械设计领域中，工程师需要每天面对的基础模块——从标准件的选型到运动机构的动力学简化分析，再到常见的材料加工缺陷识别。它的叙述语言简洁有力，没有冗余的修饰词，这种精确的表达方式本身就是对工程师时间的一种尊重。阅读它，就像是在跟一位非常高效的同行进行技术交流，信息密度极高，你吸收到的都是经过提炼的、可以直接转化为工程语言的知识点。对我来说，它已经成为我工作台边上一个不可或缺的“第一参考源”。

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这本工具书的版式设计实在是太棒了，简直是为在工地或者车间里忙碌的工程师和技术人员量身定做的。我特别喜欢它那种务实到家的排版风格，没有那些花里胡哨的装饰性图形，每一页的内容都直奔主题，密度适中，让人一眼就能找到需要的参数和图表。我记得有一次在紧急调试一台老旧设备的液压系统时，我的另一本参考书翻起来简直像在寻宝，而这本，我只用了不到十秒钟，就在“标准密封件公差对照表”那一页找到了关键数据，直接挽救了进度。它对那些常用的螺纹标准、材料性能等级的快速索引做得极其到位，很多时候，我们需要的不是长篇大论的理论推导，而是像速查手册一样精确、可靠的数字和规范。纸张的质量也值得称赞，虽然我经常把它摊平在油污的工作台上，或者揣在口袋里被汗水浸湿，但它依然能保持形状，字迹清晰可辨，这对于一本需要经常携带和翻阅的工具书来说，是至关重要的耐用性体现。它仿佛是为实际操作而不是纯粹的案头研究准备的。

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