具体描述
图书简介：精进现代工程实践的基石 书名：现代机械设计与制造原理 内容概述： 本书旨在系统阐述现代机械设计与制造领域的核心理论、先进技术以及工程实践中的关键要素。我们致力于为工程技术人员、设计工程师以及相关专业的高年级本科生和研究生提供一套全面、深入且紧密结合当前工业需求的知识体系。本书内容涵盖了从材料科学基础到复杂系统集成的全过程，强调理论深度与工程应用能力的并重。 第一部分：机械设计基础与理论革新 本部分深入探讨了机械设计理论的最新发展，重点关注如何将新兴材料科学、先进计算方法与传统机械设计原理相结合。 第一章：工程材料的性能与选择 本章详细分析了金属材料（如高强度钢、铝合金、钛合金）和非金属材料（如高性能复合材料、工程塑料）的微观结构、力学性能、热学性能及服役环境适应性。讨论了如何根据载荷条件、工作温度、腐蚀环境以及成本效益进行材料的优化选择。特别引入了智能材料（如形状记忆合金、压电材料）在现代机械结构中的应用潜力与设计考量。 第二章：机械传动系统的优化设计 聚焦于动力传输的效率、可靠性和寿命。内容包括： 齿轮传动系统： 深入探讨了改进的齿轮强度计算方法（考虑表面接触疲劳和弯曲疲劳的动态评估）、噪声与振动控制技术，以及高精度、高承载能力齿轮的制造工艺选择。 带、链传动： 详细分析了弹性元件传动中的张紧度管理、寿命预测模型，以及多级传动系统的动态响应分析。 摩擦、润滑与密封技术： 阐述了先进润滑剂（如纳米润滑剂、固体润滑剂）的性能特点，以及在极端工况下（高真空、超低温、高载荷）的密封结构设计与失效分析。 第三章：机械结构可靠性与寿命预测 本章是本书的核心之一，着重于如何量化和提高机械系统的长期可靠性。 疲劳分析的深化： 采用应力-寿命法（S-N曲线）和应变-寿命法（Coffin-Manson关系）的结合，并引入了基于断裂力学的裂纹扩展速率预测（Paris定律的修正模型）。对多轴疲劳、随机载荷下的累积损伤理论（Miner准则的改进版）进行了详尽阐述。 静力学与动力学分析： 采用有限元方法（FEM）进行复杂结构的热-力耦合分析和模态分析。讨论了如何通过改进结构布局、引入阻尼元件来控制系统的固有频率，避免共振失稳。 可靠性设计方法： 介绍了基于概率的可靠性设计（Reliability-Based Design Optimization, RBDO）流程，以及在设计初期如何通过可靠性指标（如可靠度 $eta$ 值）指导参数取舍。 第二部分：先进制造工艺与数字化集成 本部分将焦点转向现代工业生产线，探讨如何通过先进制造技术实现设计意图的精确转化，并融入工业4.0的数字化管理理念。 第四章：精密加工技术与表面工程 系统介绍了传统切削加工的极限与突破，以及新型高效加工方法的应用。 高速与超精密加工： 深入解析了高速切削中的切削力、温度场预测模型，以及在微米和纳米尺度下如何控制表面粗糙度和残余应力。讨论了五轴联动加工在复杂曲面制造中的策略。 特种加工方法： 详细介绍电火花加工（EDM）、激光加工（切割、熔覆）和超声加工的物理机理、工艺参数控制及其在难加工材料上的应用。 表面改性技术： 重点讲解了物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）在硬质涂层、耐磨涂层制备中的作用，以及热喷涂技术在提高零部件服役寿命方面的应用。 第五章：增材制造（3D打印）的工程化应用 本书将增材制造视为对传统制造范式的颠覆，从材料科学角度深入剖析各项主流技术。 金属增材制造（SLM/EBM）： 重点分析了激光或电子束熔化过程中的熔池动力学、致密度控制、孔隙形成机制以及打印后处理（如热等静压HIP）对最终组织和性能的影响。 面向设计的制造（DfAM）： 讨论了如何利用增材制造的自由度进行结构拓扑优化、点阵结构设计，以及如何确保打印件在各向异性力学性能下的可靠性。 第六章：质量控制与过程监测 本章关注“智能制造”中的质量闭环控制。 在位监测技术： 介绍了利用声发射（AE）、红外热成像、激光多普勒测振仪等传感器对加工过程中的刀具磨损、工件变形进行实时反馈的方法。 计量学与误差溯源： 强调了基于激光跟踪仪、关节式测量臂等高精度设备的三维尺寸测量技术，以及系统误差、随机误差的有效分离与补偿策略。 第七章：机电一体化系统集成与控制 本部分桥接机械、电子与计算机科学，探讨现代高端装备的系统集成。 机构动力学与控制： 涉及复杂机构（如并联机构、柔顺机构）的运动学建模，以及如何设计PID、滑模控制（SMC）、自适应控制等算法，以实现高精度轨迹跟踪和外部扰动抑制。 传感与驱动技术： 详细分析了高精度编码器、力/力矩传感器的工作原理，以及伺服电机选型、驱动器性能对系统响应速度和稳定性的决定性作用。 结论与展望： 全书的最终目标是培养读者将理论知识转化为解决实际工程问题的能力。本书不仅提供了扎实的工程学基础，更着重于展示如何应对材料极限、设计复杂性、制造精度以及系统集成等现代工程所面临的核心挑战。它是一本面向未来机械工程师，致力于提升其创新设计与制造能力的综合性参考手册。
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