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出版者:清华大学出版社

作者:郝利剑

出品人:

页数:360

译者:

出版时间:2004-3-1

价格:32.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302080367

丛书系列:

图书标签:

• Pro/ENGINEER
• WildFire
• 机械设计
• CAD
• 教程
• 中文版
• 软件基础
• 建模
• 参数化设计
• 工程图

《机械设计与工程仿真前沿探索：从概念到实现的数字化路径》 内容简介： 本书旨在为读者提供一个全面、深入且极具前瞻性的视角，剖析现代机械设计与工程仿真领域的核心理论、先进技术及其在实际工程应用中的前沿探索。全书内容聚焦于数字化设计流程的优化、复杂系统行为的精确预测，以及创新制造技术的集成应用，完全避开了任何关于特定CAD/CAE软件（如Pro/ENGINEER WildFire）基础操作或入门级教学的内容。 第一部分：面向复杂系统的设计理论与方法论 本部分深入探讨了超越传统参数化建模范畴的现代设计理论。首先，我们引入了拓扑优化（Topology Optimization）的最新进展，重点分析了其在实现轻量化、高强度结构设计中的数学基础、约束条件处理（如制造约束、载荷边界条件定义）以及后处理技术，尤其关注如何将拓扑优化结果平滑地转化为可制造的几何模型。 接着，我们详细阐述了基于模型的系统工程（MBSE）在机械产品开发中的应用。这不仅仅是关于工具的使用，更是关于一种思维模式的转变。我们讨论了如何利用统一建模语言（UML）或系统建模语言（SysML）来描述复杂的机、电、控一体化系统的功能、结构和行为，如何建立跨学科的需求追溯矩阵，确保设计决策与初始性能目标保持一致。 此外，本部分还专门设立章节讨论生成式设计（Generative Design）的原理。这部分内容将重点放在算法选择（如遗传算法、粒子群优化）、多目标优化函数的构建，以及如何利用机器学习技术辅助设计空间探索，从而发现传统设计师难以直觉发现的创新设计方案。 第二部分：高级工程仿真与多物理场耦合分析 本卷是全书的核心技术部分，聚焦于如何精确模拟和预测复杂工程环境下的产品行为。我们不侧重于单一载荷下的静力学分析，而是深入研究多物理场耦合仿真（Multiphysics Simulation）的理论与实践。 热-结构耦合分析部分，我们将详尽分析瞬态热传导、对流散热与结构应力形变的相互影响，例如在航空发动机叶片或高功率电子设备散热设计中的应用。内容涵盖了非线性材料本构关系在热载荷下的行为模拟。 流固耦合（FSI）分析被赋予了重要地位。这部分将阐述从流体力学（CFD）到固体力学（CSM）的映射与迭代求解策略，包括单向耦合和全双向耦合的适用场景，特别是对于柔性结构在流体作用下的振动与变形预测。 在非线性动力学方面，我们超越了模态分析，深入研究了接触动力学、冲击与爆炸载荷下的材料失效预测（如穿透和侵蚀模型）。材料的本构关系模型，如Johnson-Cook模型、Ogden模型等，在高速率应变下的适用性与参数辨识方法被详细讨论。 第三部分：数字化制造与先进原型技术集成 本部分致力于连接设计与制造的“最后一公里”，探讨如何将仿真结果直接转化为高质量的制造路径。 增材制造（Additive Manufacturing, AM）是本部分的核心内容之一。我们着重讨论了针对特定AM工艺（如选区激光熔化SLM、电子束熔融EBM）的设计规则和仿真前瞻。这包括对AM过程中的残余应力预测、打印路径优化、以及如何利用拓扑优化后的中间结果直接生成可打印的支撑结构和打印参数文件。 数字孪生（Digital Twin）的概念被置于前沿探讨的位置。我们分析了如何通过实时传感器数据反馈，校准和修正产品在生命周期中的仿真模型，实现从设计到运维的全流程数据闭环管理。这要求对状态估计、数据融合技术有深刻的理解。 最后，本书还涵盖了人机交互在工程环境中的优化，探讨了虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术如何改变设计评审、装配指导和远程维护的效率，以及如何将触觉反馈技术集成到仿真验证环境中，增强设计师对物理反馈的直观感知。 本书适合具有一定机械设计基础，希望深入了解现代工程仿真工具链、前沿算法及数字化制造集成策略的高级工程技术人员、研究人员及相关专业高年级学生阅读。全书旨在提供方法论和算法层面的深度理解，而非特定软件的操作指南。

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从一个项目经理的角度来看待这本书，我更看重的是它在实际工程应用中的落地性。我们团队在进行产品迭代时，最怕的就是模型修改带来的连锁反应。因此，一个好的教程不应该只教建模，更应该教如何“管理”模型。我希望这本书能深入讲解如何有效地使用图层管理、设计表（Design Table）来实现快速配置变更，或者如何利用“父子关系”来控制复杂的零件关联。如果书中针对某个特定的复杂零件（比如一个带复杂倒角的机壳或者一个减速箱体）提供一个从头到尾的案例分析，详细记录了每一步决策的原因，那对我们团队的工作流程规范化将有极大的帮助。此外，对于兼容性和数据交换的章节也颇为关注，毕竟Pro/E的模型经常需要导入到仿真软件或CAM系统里，书里对导出格式的最佳实践有所阐述的话，那这本书的实用价值就会被放大好几倍。

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这本书的封面设计得相当有意思，那种略带磨砂质感的纸张，握在手里就有一种专业工具书的沉稳感。我当初买它，主要是冲着“Pro/ENGINEER WildFire”这个名字去的，因为我所在的行业对这个软件的应用简直是刚需，但市面上零散的资料太多，不成体系，让人抓狂。我期待这本书能像一把精准的瑞士军刀，把这个复杂软件的每一个关键功能模块都切割得清清楚楚。拿到手翻开目录时，第一印象是内容排布逻辑性很强，从最基础的草图绘制、特征创建，到后期的装配和工程图输出，似乎都按照一个新手的学习曲线精心设计的。我特别关注了关于曲面建模那一部分，那通常是新手最容易感到挫败的地方，如果这本书能用清晰的图例和步骤解析那些复杂的曲面操作，比如如何通过截面曲线或引导线来构建平滑过渡的表面，那就算值回票价了。整体的装帧质量给人感觉是能经受得住长期翻阅和在工作台旁留下咖啡渍的考验，这对于一本实操手册来说至关重要。

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从一个纯粹的爱好者，而非职业工程师的角度来说，我更关注的是这本书能否激发我对这个软件潜能的探索欲。Pro/ENGINEER，现在叫Creo，它的强大之处在于其深层的几何内核。我希望这本书不只是停留在“你会用”的层面，还能让我“理解为什么”它能处理一些其他软件搞不定的拓扑结构。比如，作者有没有尝试解释一下它在处理特征失败（Feature Failure）时的诊断逻辑？当一个特征因几何冲突而报错时，我们通常需要回溯很多步才能找到根源，如果书里能提供一套系统的排查方法论，或者总结出一些常见的“特征陷阱”，那就非常棒了。如果能用一些非工业领域的、更具创造性的例子来展示其强大的曲面和造型能力，而不是清一色的标准机械零件，那会让这本书的阅读体验更加愉悦和启发灵感，让读者不自觉地想要去尝试构建一些平时不敢碰的复杂形状。

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我个人对学习软件的体验是，如果图文并茂的比例失调，那简直是灾难。我最怕的就是大段大段的文字描述，却没有一张清晰的截图来对应操作步骤。这本书在这方面做得还算均衡，不过在某些复杂的剖视图或截面操作的讲解上，我感觉截图的清晰度还可以再提升一下，尤其是在展示小细节，比如选择某个边线或面时高亮的区域，如果能用更鲜明的颜色或放大镜效果来指示，那就更友好了。尤其是在讲解如何应用复杂的混合命令（Blend）或扫描（Sweep）时，路径的选取和剖面的定位是难点，如果能配上一个动态流程图的解释，哪怕只是通过一系列精心设计的静态图来模拟动态过程，也会让理解过程事半功倍。现在很多教程都是静态的，但WildFire这种基于强大内核的软件，其精髓往往在于动态操作的逻辑性。

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说实话，我对这种“基础教程”的期待总是很矛盾的——既希望它足够详尽到连最笨拙的操作都能跟上，又害怕它冗长到让人读不下去。这本书的文字风格倒是出乎我的意料，它没有那种典型的技术文档的生硬和枯燥，读起来还算流畅。我特地翻阅了关于参数化设计那块，想看看作者是如何解释“设计意图”和“约束条件”的关联性的。很多教程只是告诉你“点这里，拉伸”，但这本书似乎更侧重于解释“为什么我们要这么做”。比如，在讲解如何设置尺寸驱动的关联时，它似乎加入了一些关于思维模式的引导，这对于从其他CAD软件转过来的用户来说，是建立新认知框架的关键。如果能再多一些“高级用户的小技巧”作为穿插，比如快捷键的优化组合，或者处理大型装配体时的性能优化建议，那就更完美了，毕竟“基础”不等于“初级”，它应该是一个坚实的地基。

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