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出版者:高等教育出版社

作者:彭文生

出品人:

页数:502

译者:

出版时间:2002-8

价格:36.30元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040110784

丛书系列:

图书标签:

• 机械设计
• 机械工程
• 工程技术
• 机械原理
• 设计方法
• 机械制图
• CAD
• CAM
• 制造业
• 工业设计

铸就未来：现代工程实践与材料科学前沿探索 本书将带领读者深入当代工程领域的核心，聚焦于那些驱动技术进步、重塑工业格局的前沿技术与思维模式。 第一章：跨学科融合：智能制造与系统集成的新范式 本章将详细剖析“工业 4.0”概念在不同行业中的实际落地案例，超越单纯的自动化讨论，深入探讨信息物理系统（CPS）如何实现生产流程的端到端优化。我们将首先回顾从福特主义到精益生产的演进历程，为理解当前范式的变革奠定历史基础。随后，重点分析物联网（IoT）、云计算、大数据分析在复杂机械系统状态监测与预测性维护中的应用。 数字孪生体的构建与应用： 探讨如何利用高保真仿真模型（Digital Twin）对物理实体进行实时映射、性能预测和优化决策。内容涵盖传感器数据融合技术、模型校准算法以及如何在虚拟环境中进行安全可靠的工艺验证。 柔性化生产线的重构： 分析面向小批量、多品种生产需求的先进制造单元设计。重点讨论协作机器人（Cobots）的工作空间规划、人机交互界面的直观性设计，以及如何通过软件定义制造（SDM）实现快速的产线切换与配置。 系统级可靠性工程： 探讨在高度集成化的系统中，如何从整体角度评估风险。引入基于模型（Model-Based Systems Engineering, MBSE）的方法论，指导工程师在设计初期就建立起对系统故障传播路径的深刻理解。 第二章：先进材料的突破：性能、制备与寿命预测 材料是现代工程的基石。本章将聚焦于那些具有颠覆性潜力的新型功能材料及其在极端工况下的应用挑战。我们摒弃对传统金属材料的常规描述，转而关注材料科学的最新进展。 增材制造（Additive Manufacturing, AM）的材料科学： 深入探讨金属、陶瓷和高分子材料在选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）等工艺中的微观组织演变。着重分析增材制造件的各向异性、残余应力控制以及后续热处理对最终力学性能的耦合影响。 智能与自修复材料： 介绍具有环境响应性的形状记忆合金、压电材料以及具有微胶囊自修复功能的高分子复合材料。讨论这些材料在结构健康监测（SHM）和极端温度/压力环境下的潜在应用前景。 界面与复合材料的性能调控： 分析纳米尺度界面在宏观性能中的决定性作用。以碳纤维增强复合材料（CFRP）为例，探讨纤维/基体界面粘结强度的量化表征方法，以及层间脱粘的疲劳扩展机理。 第三章：动力学与控制的精细化：高精度运动与能量管理 本章聚焦于如何实现对复杂机械系统的精确控制，确保其在高速、高频扰动下的稳定性和效率。重点在于理论模型的建立与先进控制算法的集成。 非线性动力学与振动抑制： 阐述在高转速或高载荷条件下，机械系统普遍存在的非线性特性（如摩擦、间隙）。介绍现代振动控制策略，如自适应控制、滑模控制在消除特定频率共振和抑制颤振方面的应用。 高精度伺服系统的建模与优化： 详细分析电机驱动、传动链中的摩擦补偿技术和扰动观测器（DOB）的设计。针对精密定位需求，探讨如何利用迭代学习控制（ILC）技术来消除周期性误差。 能量捕获与热管理： 探讨如何将机械运动转化为电能（如压电能量收集），以及在高性能设备中，如何通过主动流体/固体制冷技术维持关键部件的温度稳定，优化系统的整体能效比。 第四章：结构可靠性与寿命评估的新视角 传统的安全系数设计方法正逐渐被基于概率和风险的评估体系所取代。本章探讨如何更科学、更经济地评估和保障工程结构的长期安全。 断裂力学在复杂结构中的扩展应用： 超越线弹性断裂理论，探讨弹塑性断裂（J积分）在承受载荷的金属结构中的应用。分析裂纹萌生、扩展和最终断裂全过程的数值模拟技术（如扩展有限元法XFEM）。 疲劳寿命的概率预测： 介绍随机载荷作用下的疲劳累积损伤模型（如Miner法则的修正与推广）。重点分析高周疲劳（HCF）和低周疲劳（LCF）的实验数据拟合与寿命外推方法。 残余寿命预测（RUL）： 结合传感器数据和材料退化模型，构建基于状态的剩余寿命评估框架。讨论如何利用机器学习模型从历史载荷谱和无损检测（NDT）数据中提取退化特征，提高预测精度。 第五章：面向极端环境的工程挑战 本章探讨在传统设计规范难以完全覆盖的极端工作环境下，工程系统所面临的特殊挑战和创新解决方案。 深海与空间装备的材料与密封技术： 分析超高静水压力和真空环境对材料的蠕变、应力腐蚀和密封性能的影响。介绍特种合金、陶瓷基体的应用，以及柔性密封件的寿命设计。 高温与高辐射环境下的适应性设计： 针对航空发动机热端部件、核能反应堆等领域，探讨如何利用陶瓷基复合材料（CMC）和先进隔热涂层（TBC）来保证结构在极端热负荷下的完整性。讨论热应力分析的特殊边界条件处理。 微纳尺度系统的制造与可靠性： 简要介绍微机电系统（MEMS）的设计理念。重点关注在微米尺度下，表面效应、静电力和粘附力等因素对机械部件运动和长期稳定性的主导作用。 结语：工程伦理与可持续发展 最后，本书将超越纯粹的技术层面，探讨当代工程师在面对资源约束、环境责任时的决策权衡。分析如何将生命周期评估（LCA）融入初始设计阶段，实现更具社会责任感的工程实践。 本书适合高等院校机械工程、材料科学、自动化控制等专业的学生、研究生以及致力于工程技术创新的研发人员和高级技术管理人员阅读。 它旨在提供一个全面、前瞻性的视角，指导读者掌握应对未来复杂工程挑战所需的理论深度与实践广度。

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这本书的封面设计得非常引人注目，深邃的蓝色调配上醒目的银色字体，透露出一种严谨而又不失现代感的气息。我是在图书馆偶然翻到它的，当时只是被它厚实的质感和沉甸甸的分量所吸引。当我真正开始阅读后，我发现作者在叙事上的功力着实了得，他似乎有一种魔力，能将原本枯燥的理论知识，通过生动的比喻和贴近生活的实例，编织成一幅幅清晰可见的画面。比如，书中对某个复杂机构的剖析，他没有直接堆砌公式，而是先用一个生活中的小装置作为引子，逐步深入，直到每一个齿轮的咬合、每一个轴承的运转都如同在我眼前进行一般。这种由浅入深、层层递进的讲解方式，极大地降低了我这样的非专业人士的阅读门槛。我尤其欣赏作者在行文过程中所展现出的那种对细节的极致追求，即便是最微小的结构变动，他也能阐述出其背后蕴含的力学原理和实际意义。读完第一部分，我仿佛完成了对整个机械世界的初次“扫描”，对事物的内在逻辑有了初步的感知，这远远超出了我对一本技术类书籍的预期。

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令人印象深刻的是，这本书在处理前沿技术结合时所展现出的远见卓识。它并没有停留在对传统机械原理的复述上，而是大篇幅地探讨了如何将现代计算方法和智能制造理念融入到传统设计流程中。比如，在讨论复杂曲面优化时，作者没有仅仅介绍有限元分析（FEA）的基本操作，而是深入探讨了如何通过算法迭代自动生成拓扑优化结构，以及这种结构在增材制造（3D打印）中如何突破传统减材制造的限制。更让我感到惊喜的是，书中对软件工具的描述非常中立和客观，它没有偏袒任何一家商业软件，而是聚焦于背后的数学模型和计算逻辑，确保读者无论使用何种平台，都能理解设计的核心驱动力。这种着眼于底层逻辑的教学方式，使得这本书的保质期极长，它提供的知识体系，而非单纯的操作手册，是真正能经受住技术快速迭代考验的宝贵财富。它让我对未来机械工程师的角色有了更宏大、更具适应性的定位。

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这本书的阅读体验，对我来说更像是一场与一位经验丰富的老工程师的深度对话。他的笔触老辣而富有洞察力，绝非那种教科书式的照本宣科。我注意到，作者在讨论材料选择和强度校核时，并没有拘泥于标准的计算步骤，而是频繁地穿插了他个人多年实践中总结出的“经验法则”和“行业潜规则”。这种“非标准化”的见解，恰恰是当前许多标准教材所缺失的宝贵财富。例如，关于疲劳寿命的讨论，书中提到了一种在特定载荷环境下，传统模型预测失效时间与实际观察结果存在显著偏差的情况，并细致分析了环境温度和微小表面缺陷对此类偏差的耦合作用。这种深度和广度结合的叙述，使得我对“设计”的理解从单纯的“满足规范”上升到了“应对真实世界的不确定性”的高度。它迫使我去思考，每一个参数的选择背后，都捆绑着现实的制造成本、维护便利性和长期可靠性等诸多约束条件，让原本抽象的工程概念变得有血有肉，充满张力。

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这本书的价值，在我将它投入到实际项目原型制作的过程中时，得到了最强有力的印证。我发现书中的许多案例分析，并非仅仅是理论推导的终点，而是解决实际工程难题的起点。其中关于公差配合和表面粗糙度的章节，我反复阅读了不下五遍。作者用一种近乎“侦探小说”的笔法，重构了几起著名的设备故障案例，然后层层剥茧，最终定位到设计图纸上的一个看似不起眼的几何尺寸公差上。他详细解释了这种微小偏差如何在装配过程中累积放大，最终导致系统性失效的全过程。这种基于“失败”进行教学的方法，其警示性和教育意义远超任何成功的范例。它教会了我，在工程领域，魔鬼往往隐藏在细节的千分之一毫米之中，而这本书，就是帮助我们找到并驯服这些“魔鬼”的绝佳指南。我甚至将书中的一些关键图表打印出来，贴在了工作台旁，时刻提醒自己校核关键节点的裕度。

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坦白说，我原本对这类书籍抱有一种敬而远之的态度，总觉得它们是冰冷、晦涩的代名词，适合少数专业人士。然而，这本书彻底颠覆了我的固有印象。它的排版设计堪称艺术品，留白恰到好处，图表清晰锐利，没有一丝多余的累赘信息。更重要的是，作者在内容组织上展现出一种近乎哲学思辨的韵味。他不仅仅在教我们“如何做”，更在引导我们思考“为何要如此设计”。在讲解动态平衡和振动抑制时，书中引入了大量关于自然界中生物结构仿生的案例，比如鸟类的飞行骨骼结构对减轻应力的启发，或是昆虫复眼在光学阵列设计上的参考价值。这种跨学科的引入，极大地拓宽了我的思路，让我意识到机械设计并非孤立的学科，而是与物理学、材料科学乃至生物学息息相关的综合艺术。这种宏大的视角，让我在学习具体技术细节时，也能时刻保持对更高层目标的关注和敬畏。

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