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结构化设计与先进制造技术：面向复杂几何体的系统化方法 图书名称： 结构化设计与先进制造技术：面向复杂几何体的系统化方法 作者： [此处填写作者名称] 页数： 约 750 页 开本： 大 16 开 装帧： 精装 ISBN： [此处填写 ISBN 编号] --- 内容简介： 本书深入探讨了现代工程设计流程中，从概念构思到最终产品实现所依赖的系统化方法论和先进技术。它超越了单一软件工具的操作指南范畴，着重于构建一个通用的、可迁移的“结构化思维框架”，以应对当前工业界对高复杂度、高性能部件的迫切需求。全书内容围绕参数化设计哲学、集成式数据管理、以及面向增材/减材制造的优化策略三大核心支柱展开。 第一部分：工程设计的范式转变与结构化基础 (Foundations of Structured Engineering) 本部分首先回顾了传统设计方法学的局限性，并引入了面向目标的、基于约束驱动的现代设计范式。我们探讨了如何将工程需求（如载荷、材料特性、公差要求）转化为可量化的设计参数和几何约束的数学模型。 1.1 需求驱动的设计逻辑 (Requirement-Driven Design Logic): 详细阐述了如何从用户故事和工程规范中提炼出关键性能指标（KPIs），并将其映射到三维模型的数据结构中。 1.2 几何约束的层次化建模 (Hierarchical Constraint Modeling): 重点分析了如何使用父子关系、方程式驱动以及引用集来构建稳定、易于修改的几何骨架。内容包括对非线性约束方程的引入，以及处理装配体级别约束的策略，确保模型在面对设计变更时能保持逻辑一致性。 1.3 数据一致性与模型语义 (Data Consistency and Model Semantics): 讨论了模型不仅仅是几何形状的集合，更是承载设计意图和制造信息的载体。如何通过定义标准化的特征名称、材料属性标签和注释，确保模型在跨部门、跨软件平台间传递信息时保持清晰的“语义”。 第二部分：高级几何构建与拓扑优化集成 (Advanced Geometry Construction and Topology Integration) 本部分是本书的核心，专注于处理那些传统边界表示方法难以有效生成的复杂有机形态和内部结构。我们强调了从传统B-Rep（边界表示）向更具描述性的自由曲面和点集表示方法的过渡。 2.1 混合几何驱动技术 (Hybrid Geometric Drivers): 深入研究了 NURBS 曲面、细分曲面（Subdivision Surfaces）与实体建模的无缝集成。详细介绍了在设计复杂的流道、气动外形或人机工程学表面时，如何利用曲面工具建立基础形状，再通过实体操作（如投影、扫掠、截取）固化其工程属性。 2.2 过程化建模与形态生成 (Procedural Modeling and Form Generation): 引入了基于算法的建模思路，尤其侧重于如何利用节点或脚本语言来定义设计规则，实现快速迭代和设计空间探索。这包括对参数化Lattice结构、分形几何在工程应用中的探索。 2.3 基于性能的拓扑优化策略 (Performance-Based Topology Optimization Strategies): 本章全面覆盖了现代有限元分析（FEA）驱动的设计流程。 2.3.1 优化目标与约束的设定： 如何准确定义载荷工况、位移限制、应力边界和制造约束（如最小壁厚、拔模斜度）。 2.3.2 算法选择与后处理： 比较了 SIMP（Solid Isotropic Material with Penalization）和 Level Set 等主流算法的适用场景。重点讲解了优化结果的“工程化”过程，即将抽象的拓扑结果转化为可制造、易于分析的CAD实体，包括特征的平滑处理、孔洞的定位与尺寸确定。 第三部分：面向制造的数字主线 (The Digital Thread for Manufacturing) 本书的最后部分将焦点从设计转向实现，强调设计模型如何成为连接“虚拟”与“物理”世界的数字主线。这里关注的不再是“如何画出”模型，而是“如何高效、精确地制造”模型。 3.1 增材制造的几何准备 (Geometric Preparation for Additive Manufacturing - AM): 针对增材制造对模型壁厚、悬垂角、支撑结构的需求，详细介绍了模型的修复、重构和分区策略。 3.1.1 支撑结构的可控生成： 如何在不影响关键性能的前提下，设计易于去除的支撑结构，并评估其对零件表面质量的影响。 3.1.2 内部结构与填充率控制： 探讨了为减轻重量和优化热传导而设计的复杂内部蜂窝、晶格结构的生成、验证与输出格式（如STL、3MF的质量评估）。 3.2 传统减材制造的DFM考量 (Design for Manufacturing - DFM in Subtractive Processes): 针对CNC加工的限制，探讨了特征识别、工具路径的潜在冲突分析，以及如何通过设计调整来最小化刀具路径的复杂度和工序数量。这包括对深腔、锐角、内部半径的参数化处理。 3.3 尺寸链与公差分析的集成 (Tolerance Stack-up and GD&T Integration): 阐述了如何将严格的几何尺寸与公差（GD&T）信息嵌入到三维模型中，并使用先进的公差分析工具包（如蒙特卡洛模拟）来预测装配的最终性能，确保设计满足可靠性标准。 读者对象： 本书面向具有一定三维建模基础的机械工程师、产品设计师、CAE分析师，以及正在寻求掌握复杂系统集成设计方法的高年级本科生和研究生。它尤其适合那些负责设计高性能、高集成度产品（如航空航天部件、精密医疗器械、先进汽车零部件）的专业人士。本书旨在培养读者将设计、分析和制造视为一个统一、迭代过程的系统思维能力。
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