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出版者:Delmar Cengage Learning

作者:David Planchard

出品人:

页数:320

译者:

出版时间:2008-8-19

价格:USD 66.95

装帧:Paperback

isbn号码:9781435480728

丛书系列:

图书标签:

• SolidWorks
• CSWA
• 认证
• 考试
• 机械设计
• CAD
• SolidWorks 2008
• 工程师
• 教程
• 入门
• SolidWorks Associate

《高级机械设计原理与应用》：超越基础，迈向工程实践的深度解析 图书简介 《高级机械设计原理与应用》 是一本专为寻求深入理解现代机械设计理论、拓宽工程实践技能的工程师、高级技术人员以及高年级工程专业学生量身定制的权威著作。本书并非停留在对单一软件工具（如特定版本的CAD/CAE系统）操作层面的教学，而是致力于构建一个坚实、全面的机械设计理论基础，并将其与当今工业界最前沿的设计、分析和制造技术无缝结合。 本书的核心理念在于：优秀的工程设计源于对物理规律的深刻洞察，而非对软件按钮的熟练掌握。 虽然掌握了特定软件的使用是现代工程师的必备技能，但真正的设计创新和复杂问题的解决能力，必须建立在对材料科学、结构力学、动力学、热力学等基础学科的透彻理解之上。 本书内容结构严谨，逻辑清晰，分为三大核心模块，涵盖了从基础理论到复杂系统集成的全过程。 --- 第一部分：基础理论的深度重构与拓展 (Foundational Theory Deep Dive) 本部分旨在巩固和深化读者对传统机械设计核心学科的理解，重点关注那些在实际工程项目中决定成败的关键细微之处。 1. 材料科学与工程应用：超越标准规范 高级材料行为分析： 深入探讨蠕变、疲劳（低周疲劳与高周疲劳）、断裂韧性（KIC值及其影响因素）等复杂载荷下的材料响应。内容涵盖了先进高强度钢、钛合金、镍基超合金以及高性能复合材料在极端温度和应力环境下的适用性评估。 表面工程与界面现象： 详细阐述了镀层、热处理（如渗碳、氮化）如何影响零件的实际使用寿命，以及摩擦学原理在轴承和密封系统设计中的优化应用。重点分析了不同材料组合间的电偶腐蚀风险评估与规避策略。 材料选择的决策树模型： 构建了基于多目标优化（包括成本、重量、寿命、环境适应性）的材料筛选流程图，指导工程师如何在高约束条件下做出最佳选择。 2. 结构力学与静力/动力学分析的精细化 应力集中与修正： 不仅计算理论应力，更深入探讨几何形状、表面粗糙度和残余应力对疲劳寿命的叠加效应。引入了基于经验公式和数值模拟结果的应力修正系数的推导过程。 薄壳与板件的屈曲分析： 详细讲解了线性与非线性屈曲（Buckling）的理论模型，特别是对于受热或复杂载荷下的结构稳定性判断，强调了边界条件对临界载荷的决定性影响。 振动理论的高级应用： 涵盖了多自由度系统的自由振动与强迫振动分析，重点解析了随机振动、模态分析（Modal Analysis）的实际操作与结果解释，以及如何通过阻尼设计控制系统响应。 --- 第二部分：现代设计方法学与工具的原理化应用 (Modern Methodologies & Principled Tool Usage) 本部分将理论知识转化为可操作的设计流程，强调对设计工具底层原理的理解，而非仅仅停留在操作界面上。 3. 优化驱动的设计与参数化建模哲学 拓扑优化（Topology Optimization）的物理基础： 深入解析SIMP（Solid Isotropic Material with Penalization）等算法背后的数学原理，讨论单元移除与材料密度映射的迭代过程，以及如何合理设定载荷边界条件以避免产生非物理的结构特征。 参数化设计与设计空间探索： 探讨如何构建稳健的参数化模型，使其在修改关键几何参数时保持模型完整性。介绍全参数化设计流程 (Full Parametric Design Workflow) 的建立，确保设计迭代的快速与可追溯性。 公差与配合的高级管理 (GD&T)： 不仅教授如何标注尺寸公差，更深入讲解公差分析 (Tolerance Stack-up Analysis) 的方法，如蒙特卡洛模拟和最小/最大实体原则，确保装配的可行性和功能性，尤其关注功能关键面的间隙与过盈控制。 4. 有限元分析 (FEA) 的建模与后处理精要 网格划分策略的深度剖析： 讨论了四面体、六面体网格在不同几何体上的适用性，以及网格无关性研究（Mesh Independence Study）的正确执行步骤。分析了低质量单元（如长宽比过大的单元）对结果精度的影响。 非线性分析的要素： 详细阐述接触分析（Contact Analysis）、大变形分析（Large Deformation）和材料非线性（如塑性）的求解器选择和收敛性处理。重点讲解如何诊断和解决接触迭代失败的问题。 结果的工程化解读： 强调对冯·米塞斯等效应力指标的正确理解，并结合最大主应力、剪应力，判断疲劳失效模式。介绍如何使用软件工具进行应力奇异点（Stress Singularity）的识别与工程化处理。 --- 第三部分：系统集成、制造约束与未来趋势 (Integration, Manufacturing Constraints & Future Trends) 本部分着眼于将设计转化为可制造的产品，并展望面向未来的工程挑战。 5. 制造工艺对设计的制约与反馈 (DFM/DFA) 切削加工的限制与编程思维： 讨论五轴加工、多面体加工的原理，以及如何通过避免深腔、锐角内R角来降低刀具磨损和加工成本。深入分析了不同装夹方式对零件应力状态的潜在影响。 增材制造 (Additive Manufacturing) 的设计原则： 专门开辟章节讨论选择性激光熔化（SLM）和材料喷射（Material Jetting）工艺的独特设计要求，包括支撑结构的优化、残余应力的管理以及各向异性材料特性的设计补偿。 铸造与注塑成型的流动分析： 讲解如何根据熔模流动模拟（Mold Flow Simulation）的结果来优化壁厚分布、浇口位置，以避免缩孔、气孔等典型缺陷。 6. 机电耦合与系统级可靠性 热-结构耦合分析 (Thermo-Structural Coupling)： 分析温度场如何引起结构变形和应力变化，适用于制动系统、高温机械部件的设计。 可靠性工程与寿命预测： 引入Weibull分布、Lognormal分布等统计工具，用于预测部件的平均无故障时间（MTBF），并指导冗余设计决策。 模块化设计与可维护性： 探讨如何通过标准化的接口和易于拆卸的连接件（而非焊接或粘接）来实现系统的快速维护和升级，这是现代大型设备设计的重要考量。 本书特色总结： 《高级机械设计原理与应用》避免了对任何特定版本软件功能的冗余介绍，而是将软件视为实现工程思想的工具，而非设计的目的。全书案例均来源于实际工业界中遇到的复杂挑战，旨在培养读者形成基于物理本质、驱动于优化目标、受限于制造现实的系统化设计思维。阅读本书，您将获得从“会用软件”到“精通设计”的质的飞跃。

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