具体描述
本书较全面地叙述了机械系统设计各方面的有关问题。全书分为九章，内容包括机械系统概论、机械系统总体设计、执行系统设计、机械传动系统设计、机电传动系统及其设计计算、框架支承系统设计、操纵控制系统设计、机械系统设计实例及机械系统设计的评价。突出机械系统设计的一般规律和方法，注重从系统的观点介绍整体的模式、子系统的功能及系统的综合和评价。
本书为高等学校机械专业的基本教材，也可作为职业大学、业余大学、职工大学、电视大学及函授大学机械类专业的教材或教学参考书，同时可供机电工程有关技术人员参考。
飞跃的边界：复杂工程系统的结构与动力学前沿探索 图书主题： 本书深入探讨了现代复杂工程系统在极端工况下所面临的结构完整性、动态响应与可靠性设计挑战，侧重于多物理场耦合效应、智能传感与主动控制策略在提升系统性能中的应用。 目标读者： 航空航天工程师、精密机械设计师、土木结构分析人员、机器人与自动化领域的研究人员，以及对先进材料力学和系统动力学感兴趣的高年级本科生和研究生。 --- 第一部分：先进材料与结构失效的微观机制 第一章：非线性弹性与塑性变形的连续介质模型重构 本章摒弃了传统的线性弹性假设，引入了更贴近实际服役环境的本构关系。重点剖析了超材料（Metamaterials）和复合材料在多轴应力状态下的应力-应变路径依赖性。通过引入损伤力学（Damage Mechanics）的概念，详细阐述了微裂纹萌生、扩展和最终断裂的能量释放率判据。特别关注了疲劳载荷下的应力松弛现象，并对比了基于晶体塑性模型的数值模拟方法与实验观察结果的吻合度。 第二章：热-力-电耦合作用下的结构响应分析 现代工程系统（如高功率密度电子设备和深空探测器）面临着严峻的热环境挑战。本章系统性地分析了材料的热膨胀、电导率变化与机械应力之间的相互作用。我们使用有限元方法（FEM）建立了三维耦合场模型，重点研究了在快速升温和降温过程中，不同材料界面处的热应力和残余应力的分布规律。此外，书中还探讨了压电效应在结构健康监测（SHM）中的应用潜力，以及电磁场对磁流变弹性体结构刚度的动态调控能力。 第三章：冲击、爆炸与超高速撞击下的瞬态动力学 本部分聚焦于材料在极高应变率下的本构行为。通过霍普金森杆实验数据，建立了描述材料动态屈服和应变率敏感性的模型。在数值模拟方面，详细介绍了显式动力学求解器在处理材料大变形和接触非线性问题时的算法优势与局限性。讨论了侵蚀模型（Erosion Models）在模拟穿透和爆轰波传播过程中的应用，并结合准等效理论，对装甲防护系统的失效模式进行了深入的定量分析。 --- 第二部分：复杂系统运动学与动力学建模 第四章：多体系统动力学的高效数值求解 本章专注于构建和求解具有大量自由度和复杂约束的机械系统（如高自由度机器人、空间机构）。系统介绍了拉格朗日方程和哈密顿力学在建立系统微分方程中的应用，并着重比较了基于坐标分割法和基于约束力法的数值积分方案（如广义Alpha法和HHT法）在稳定性和计算效率上的优异性。书中提供了处理含间隙、摩擦和碰撞的高保真仿真案例。 第五章：随机振动与非平稳响应分析 真实世界中的载荷往往是随机的、时变的。本章超越了传统的简谐激励分析，深入研究了系统的随机振动响应。内容涵盖了功率谱密度（PSD）的估计方法、蒙特卡洛模拟在评估系统可靠性指标中的应用。特别地，引入了随机有限元方法（SFE）来量化制造公差和材料不确定性对系统固有频率和振型的影响，从而指导稳健设计。 第六章：旋转机械的模态耦合与涡动现象 针对涡轮机、压缩机和高速轴承系统，本章专门研究了旋转对结构动力学特性的影响。详细分析了陀螺效应、科里奥利力如何耦合到结构的振动方程中，导致模态频率的“锁相”现象。书中提供了识别和抑制转子-轴承系统失稳（如油膜涡动和颤振）的工程技术，并应用谱分析技术对实测振动数据进行故障诊断。 --- 第三部分：智能控制与系统集成 第七章：基于状态反馈的主动减振与主动刚度技术 本部分从控制理论的角度介入结构动力学问题。详细介绍了LQR（线性二次调节器）和H$infty$控制算法在设计主动阻尼器和主动质量阻尼器（AMD）中的应用。书中着重讲解了如何通过传感器反馈实时估计结构模态参数，并设计出能够快速响应外部激励的控制律。对比了磁流变阻尼器（MR Dampers）在不同激励频率下的最优控制策略。 第八章：柔顺机构（Compliant Mechanisms）的集成设计与分析 柔顺机构通过弹性体的形变实现运动，极大地简化了装配和减少了磨损。本章探讨了如何利用拓扑优化方法设计出具有特定输入-输出映射的柔顺铰链。分析了在较大偏转角下柔顺机构的非线性刚度特性，并提出了在多自由度系统中实现运动隔离和力传递的集成化设计流程。 第九章：系统健康监测（SHM）与基于模型预测的维护（PHM） 本书的收官章节聚焦于工程系统的全生命周期管理。详细介绍了模态指纹技术、基于导纳谱的损伤识别方法。重点阐述了如何利用先进的传感器网络（如光纤光栅阵列）采集数据，并通过数据驱动的（Data-Driven）模型来预测结构剩余寿命（RUL）。探讨了利用卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波对传感器数据进行最优估计，以实现对系统内部状态的实时、精确跟踪，从而指导预防性维护的决策。 --- 本书特色： 理论深度与工程实践的平衡： 结合了高等力学、控制理论的严谨数学推导，并配以大量工程实例和商业软件（如ABAQUS, ADAMS）的求解思路解析。 多物理场集成视角： 强调现代复杂系统中的热、电、磁、力之间的相互影响，避免了传统单一物理场分析的局限性。 前沿技术导向： 涵盖了超材料、智能材料与系统健康监测等当前研究热点，为读者提供了面向未来的工程设计工具箱。
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