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页数:327

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出版时间:2009-9

价格:35.00元

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isbn号码:9787504566300

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• 机械工程
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• 制造业

机械设计基础 (非《机械设计基础》的图书简介) 图书名称： 智能制造中的先进材料与结构设计 作者： 张伟，李明 出版社： 工业科技出版社 --- 图书简介 面向未来工业的基石：探索智能制造的材料与结构革命 在当前以数字化、网络化、智能化为核心特征的第四次工业革命浪潮中，传统机械制造正经历着前所未有的深刻变革。未来的高端制造不再仅仅依赖于工艺的精进或装配的精度，而是从根本上依赖于先进材料的突破与结构设计的优化创新。本书《智能制造中的先进材料与结构设计》正是在这一时代背景下应运而生的一部综合性专著，旨在为工程师、科研人员以及高年级本科生和研究生提供一个深入、前沿且高度实用的知识体系，涵盖从微观材料选择到宏观系统集成的全链条设计思路。 本书核心聚焦于“智能”与“先进”的交叉点，完全摒弃了传统机械设计基础课程中关于标准件、普通机构运动分析、材料力学基础公式推导等基础内容，转而将视角聚焦于应对高精度、轻量化、极端环境适应性等现代工程挑战所需的尖端技术。 --- 第一部分：智能制造所需的高性能材料体系 (约 500 字) 本部分深入剖析了驱动下一代机械系统性能提升的关键新型材料，强调其在智能设备、精密仪器、新能源汽车和航空航天等领域的应用潜力。 1. 增材制造（3D打印）的特种金属与复合材料： 详细阐述了选区激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）等增材制造技术对材料微观结构和宏观性能的影响。重点讨论了高熵合金、梯度材料以及陶瓷基复合材料（CMC）在增材制造过程中的成形机理、残余应力控制与后处理技术。书中分析了如何利用增材制造实现传统工艺无法达成的复杂内部结构（如晶格结构、点阵结构）的设计，以优化材料的特定力学响应。 2. 智能与响应性材料： 这是本书区别于传统教材的关键领域之一。我们系统地介绍了形状记忆合金（SMA）、压电陶瓷、磁流变液（MRF）以及电活性聚合物（EAP）的工作原理、本构关系和实际应用案例。重点在于如何将这些材料集成到机械系统中，以实现自适应减振、主动刚度调节和精确驱动等智能功能。例如，如何设计基于SMA的无电机驱动机构，或利用MRF实现高速、高精度的阻尼控制。 3. 极端环境用先进高分子与纳米材料： 探讨了在超高温、强腐蚀或高真空环境下保持稳定性能的特种聚合物（如PEEK的改性与增强）以及石墨烯、碳纳米管增强的复合材料。分析了纳米尺度增强效应对材料疲劳寿命和抗蠕变性能的提升机制。 --- 第二部分：面向功能集成的先进结构设计理论 (约 600 字) 本部分侧重于超越传统应力分析，聚焦于如何通过创新结构设计实现系统功能的集成化、轻量化和鲁棒性。 1. 轻量化与拓扑优化： 区别于传统的尺寸优化，本书深入讲解了基于有限元方法的全域拓扑优化技术。详细介绍了如何设定多物理场（如热-力-电耦合）约束和制造约束（如最小特征尺寸、支撑结构处理），以生成高度仿生的、拓扑最优的结构。书中提供了大量实际案例，展示了如何将拓扑优化结果转化为可制造的、具有超高比强度的零部件。 2. 仿生与结构冗余设计： 借鉴自然界中生物体的优异结构（如蜂巢、海绵骨骼），系统阐述了仿生结构的设计原理。重点剖析了如何构建具有自适应承载能力和损伤容忍度的结构，例如分级多孔结构和分层复合结构。讨论了如何通过引入结构冗余（而非简单的安全系数增加）来提高复杂系统在部分失效情况下的鲁棒性。 3. 振动与噪声的源头控制设计： 相比于传统设计中后期减振降噪的处理方法，本书强调“设计即控制”。深入研究了频响函数塑形、消声结构（如谐振器集成于主体结构）以及结构阻抗匹配的设计方法。重点讲解了如何利用局部几何结构（而非附加阻尼层）来有效控制特定频率范围内的振动传递。 --- 第三部分：数字孪生与结构性能的实时评估 (约 400 字) 本部分将结构设计与现代信息技术相结合，探讨了结构设计在数字化制造环境下的演进方向。 1. 数字孪生在结构生命周期中的应用： 阐述了如何为关键零部件建立高保真度的数字孪生模型。该模型不仅包含CAD几何信息，更融入了材料的本构模型、制造过程的残余应力分布、以及实时传感器数据。重点讨论了如何利用数字孪生进行预测性维护和疲劳寿命的在线修正评估。 2. 结构健康监测（SHM）与传感器集成： 介绍了几种嵌入式和非接触式传感技术（如光纤布拉格光栅、超声波发射/接收阵列）在结构内部的有效集成方法。本书讨论了传感器布局的优化问题，以确保能够最有效地捕获结构的关键模态信息，并提供数据驱动的结构状态评估算法。 3. 可制造性与设计反馈回路（DFM for Advanced Manufacturing）： 强调先进制造（如增材制造）对设计规则的严格限制。详细讲解了如何设计工具，使得设计过程能够即时反馈制造可行性（如打印方向、支撑需求、冷却速率导致的性能下降预测），从而确保设计方案在转化为物理实体时依然保持最优性能。 --- 适用读者对象： 本书内容聚焦于机械工程领域的前沿研究与工程实践，适合以下人群： 从事先进装备、精密仪器、航空航天、生物医疗器械研发的工程师和技术人员。 对拓扑优化、增材制造、智能材料系统集成感兴趣的机械、材料、自动化等专业的硕士和博士研究生。 希望快速了解当代机械设计与传统设计范式差异的高级工程管理人员。 本书资料详实，图表丰富，理论深度与工程实用性兼备，是迈向未来智能机械设计工程师的必备参考书。

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这本书的语言风格非常独特，它似乎找到了一种完美的平衡点，既保持了学术著作应有的严谨性，又避免了陷入晦涩难懂的泥潭。行文之间透露着一种老派学者的沉稳和洞察力，但用词上又非常精准且富有现代气息。我特别欣赏作者在解释一些经典理论时所展现出的那种穿透力，仿佛他不仅仅是在复述前人的研究成果，而是在用自己的语言重新诠释这些智慧的结晶。在一些需要推理的章节，作者的论述逻辑链条极其紧密，每一个论断都有充分的支撑，读起来让人心悦诚服，完全不需要回头去反复比对上下文。这种流畅而富有节奏感的文字，极大地提升了阅读的愉悦感，让人感觉不像是在啃一本教科书，而更像是在与一位经验丰富的导师进行深入的交流。

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这本书在插图和图表的运用上，达到了一个教科书级别的典范。我发现许多关键概念的解析，都是通过精心绘制的剖面图和示意图来完成的，这些图示的精细程度远超我的预期。它们不仅仅是简单的配图，更是理解难点、突破思维瓶颈的关键钥匙。比如，对于一些三维空间结构和运动轨迹的描述，如果仅凭文字，很容易产生歧义，但通过作者提供的专业图解，复杂的机构原理瞬间变得一目了然。更值得称赞的是，这些图表的设计非常注重信息密度与清晰度的平衡，没有为了炫技而堆砌不必要的复杂元素，每一个线条、每一个标注都有其明确的指向性，体现了极高的专业素养和教学智慧。

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初次翻阅这本书的目录时，我最大的感受就是其内容的广度和深度都令人印象深刻。它似乎并没有拘泥于某一个具体的、狭窄的知识点，而是呈现出一种宏观的、系统性的知识框架。我注意到其中对一些基础理论的阐述，那种循序渐进的逻辑推导，即便是对于我这种自认为有些基础的读者来说，也显得格外清晰透彻。它没有采用那种枯燥的公式堆砌，而是通过大量的图示和实际应用案例来辅助理解，这一点非常贴合实际操作的需求。这种编排方式极大地降低了学习的门槛，让复杂的概念变得可以被消化和吸收。感觉作者在构建这个知识体系时，是站在一个非常高远的视角上，力求为读者打下一个坚实的地基，而不是仅仅提供一堆零散的知识点。

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整体阅读下来，这本书给我的感觉是它不仅仅是一本“工具书”，更像是一部凝结了深厚行业经验和理论积淀的“思想录”。它没有急于展示最新的技术趋势或者那些花哨的边缘知识，而是扎扎实实地回归到了最核心、最本质的原理层面。这种“慢工出细活”的治学态度，让读者能够真正建立起对整个领域的敬畏感和深刻理解，而不是停留在表面的模仿。我感觉自己不仅仅是学会了某些设计方法，更重要的是领悟了进行系统性工程思维的底层逻辑。这本书能让人在面对未知的设计挑战时，不再慌乱，而是能沉下心来，从最基础的原理出发，找到最可靠的解决方案，这才是它真正的价值所在。

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这本书的装帧设计真的非常吸引人，封面的那种深邃的蓝色调，配上简洁有力的白色字体，给人一种既专业又充满现代感的视觉冲击。我第一眼看到它的时候，就被它那种沉稳大气的气质所吸引了。内页的纸张选择也十分考究，触感光滑细腻，油墨印刷清晰锐利，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。那种油墨散发出的淡淡的纸张清香，简直是阅读体验的加分项，让人忍不住想立刻沉浸其中。整体来看，这本书的制作工艺达到了一个很高的水准，看得出出版社在细节上是下了真功夫的，完全对得起它在专业领域中的地位。无论是放在书架上作为收藏，还是在工作台边随时翻阅，它都能展现出一种低调而有质感的专业风范，让人对里面的内容也充满了期待。

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