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出版者:人民邮电

作者:本社

出品人:

页数:71

译者:

出版时间:2008-2

价格:30.00元

装帧:

isbn号码:9787115172105

丛书系列:

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经典机械设计原理与实践：结构优化与可靠性提升 本书聚焦于现代机械设计领域的前沿理论、核心方法以及工程实践中的关键挑战，旨在为工程师、技术人员及相关专业学生提供一套系统、深入且富有启发性的知识体系。全书内容紧密围绕机械结构的设计、分析、优化与可靠性保障展开，强调理论与实际应用的紧密结合。 第一部分：现代机械设计理论基础与方法论重塑 本部分旨在为读者夯实机械设计的基础理论，并引入21世纪机械工程所需的新型分析工具与思维模式。 第一章：机械系统工程化的思维框架 本章不再局限于传统零件设计，而是从系统层面审视机械产品。内容涵盖系统需求获取、功能分解、结构模块化设计理念。重点探讨了面向服务的机械设计（Service-Oriented Design, SOD）的初步概念，以及如何利用系统级仿真工具（如AMESim）对复杂机电耦合系统进行早期性能预测。讨论了将环境因素、维护需求内嵌于设计之初的“全生命周期设计”思想。 第二章：先进材料在结构设计中的应用 深入探讨了高性能工程塑料、复合材料（如碳纤维增强聚合物、金属基复合材料）以及新型轻质合金（如高熵合金）在承受极端载荷和特殊环境下的应用潜力。详细分析了这些材料的本构关系、蠕变与疲劳特性，并提供了在不同制造工艺（如增材制造）下材料性能预测的校准方法。特别关注了材料界面行为在多材料结构中的设计考量。 第三章：基于模型的设计（Model-Based Design, MBD）与仿真集成 系统阐述了从概念模型到物理实现的全过程MBD流程。内容包括多物理场耦合建模技术（如有限元分析FEA、计算流体力学CFD的高级应用），以及如何将这些模型与控制系统设计无缝集成。重点介绍了几种非线性动力学分析方法，如随机振动分析和冲击响应分析，并讨论了如何利用数字孪生（Digital Twin）概念在设计阶段验证和迭代复杂机械装置。 第二部分：结构优化与拓扑设计的前沿技术 本部分着重于如何利用计算工具实现结构性能的最优化，减少材料使用，同时提高关键性能指标。 第四章：拓扑优化（Topology Optimization）的深度解析 超越基础的应力约束优化，本章深入探讨了密度法、水平集法等拓扑优化算法的内在机理。内容细化到如何处理制造约束（如最小特征尺寸、拔模方向、分层制造限制），以及如何将多目标优化（如刚度、频率、散热效率）进行加权处理。提供了针对增材制造（AM）的拓扑后处理技术，确保优化结果的实际可制造性。 第五章：参数化与形貌优化（Shape Optimization） 讲解如何通过参数化建模（如B样条、NURBS曲面）结合梯度下降法对已确定的结构布局进行精细化形状调整。重点分析了接触分析中的摩擦学优化，如齿轮啮合面的压力分布控制，以及如何利用响应面法（Response Surface Methodology, RSM）快速评估设计变量对性能指标的敏感性。 第六章：可靠性导向的设计（Reliability-Based Design Optimization, RBDO） 本章将不确定性量化引入设计过程。详细介绍了概率密度函数（PDF）、可靠性指标（Reliability Index）的计算方法。内容涵盖了蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）的高效替代方案，如一阶可靠性方法（FORM）和二阶可靠性方法（SORM）。提供了在载荷和材料参数存在随机性时，如何优化结构以达到预设安全裕度的具体案例。 第三部分：关键结构单元的设计与失效分析 本部分深入特定结构单元，探讨其在复杂工况下的失效模式与应对策略。 第七章：连接技术的高级设计：焊接、胶接与螺纹连接 侧重于现代连接件的设计强度与寿命预测。探讨了焊接残余应力的分析方法及其对疲劳寿命的影响。胶接结构方面，分析了界面应力场的分布，以及如何通过界面几何形状（如阶梯式、嵌套式）优化粘接强度。对于螺纹连接，重点讨论了预紧力的动态变化、螺纹的疲劳扩展模型，以及防松技术的工程应用。 第八章：旋转机械的关键动力学问题与轴承设计 关注高速、重载工况下的转子动力学。内容包括临界转速的计算、不对称刚度对动力学特性的影响（如1X、2X涡动现象）。轴承设计部分，超越传统静载荷计算，探讨了油膜厚度预测、微动磨损（Fretting Corrosion）的预防措施，以及柔性轴承在精密仪器中的应用。 第九章：疲劳寿命评估与断裂力学 详尽讲解了高周疲劳（HCF）和低周疲劳（LCF）的评估方法。S-N曲线法的局限性讨论，以及应力强度因子法（Stress Intensity Factor, K）和裂纹尖端张量（T-Stress）在断裂预测中的应用。本章引入了增材制造零件的残余应力和微观孔隙对疲劳起裂的影响模型，并提供了损伤容限设计（Damage Tolerance Design）的实施流程。 第四部分：智能制造与设计反馈机制 本部分展望了未来机械设计与制造的融合趋势，强调实时数据反馈在设计迭代中的作用。 第十章：增材制造（AM）结构的设计规则与后处理 分析了选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等工艺对设计自由度的影响。内容包括支撑结构的优化设计、热应力导致的残余变形预测，以及打印后的热等静压（HIP）处理对组织性能的改善机制。探讨了如何利用拓扑优化直接生成可打印的晶格结构。 第十一章：面向可制造性与装配性的设计（DFM/DFA） 本章强调在设计阶段就考虑实际生产线的约束。详细介绍了针对铸造、机加工和钣金件的DFM检查清单。在DFA方面，引入了基于特征的装配序列规划、自动化装配机器人路径的兼容性分析，以及如何通过优化零件间的基准面设计来最小化装配误差累积。 第十二章：基于传感器数据的设计迭代与反馈 探讨了如何利用嵌入式传感器（如光纤光栅、应变片）收集的真实世界载荷数据，反演并修正设计阶段的载荷假设。内容涉及数据清洗、载荷谱的构建，以及利用这些实测数据对有限元模型进行“校准”（Model Updating），从而实现下一代产品设计的持续优化。 总结与展望 全书力求提供一套面向复杂工程问题的、跨学科的、以计算驱动的设计方法论，帮助读者从“图纸思维”过渡到“模型驱动思维”，提升设计成果的性能、可靠性与制造成本效益比。

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