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出版者:电子工业出版社

作者:李昭智

出品人:

页数:362

译者:

出版时间:2006-6

价格:30.00元

装帧:

isbn号码:9787505375413

丛书系列:

图书标签:

• 数据通信
• 计算机网络
• 网络原理
• TCP/IP
• 网络协议
• 数据传输
• 网络安全
• 计算机基础
• 通信技术
• 网络工程

深入探索：现代工程设计与材料科学的交汇 书籍名称：《现代工程设计与材料科学的交汇：从理论基础到前沿应用》 图书简介 在二十一世纪的科技浪潮中，工程设计与材料科学的深度融合已成为推动工业进步和社会发展的核心驱动力。本书旨在为读者提供一个全面、深入且高度实用的知识框架，探讨这两个关键领域如何相互赋能，共同塑造现代工程的未来图景。我们摒弃了碎片化的知识点罗列，致力于构建一个逻辑严密、层次分明的体系，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“为什么”以及“如何做”。 第一部分：工程设计的新范式与优化策略 本部分聚焦于现代工程设计流程的革新与优化。传统的设计方法往往滞后于材料的创新速度，本书首先剖析了当前工程设计中面临的复杂性、多目标优化和快速迭代的需求。 第一章：面向全生命周期的设计理念（Life Cycle Design Thinking） 本章深入探讨了从概念构思到最终报废回收的全生命周期评估（LCA）在设计决策中的核心作用。我们将讨论如何将可持续性、能耗效率和可制造性（DFM/DFA）提前纳入设计初期，避免后期高昂的修改成本。重点分析了基于风险的决策模型，特别是如何量化设计选择对环境和社会影响的潜在风险。 第二章：先进的计算辅助工程（CAE）与拓扑优化 本章是工程设计现代化的核心。我们详细介绍了有限元分析（FEA）、计算流体力学（CFD）以及离散元法（DEM）在复杂结构和多物理场耦合问题中的应用。更进一步，本书重点阐述了拓扑优化技术的最新进展，包括如何在预设载荷和约束条件下，利用算法生成最优的几何结构。这不仅仅是关于软件操作，更是关于理解应力分布的内在物理机制，以及如何将拓扑优化的结果有效地转化为可制造的实体模型。我们还将讨论对非线性材料行为（如塑性、蠕变）进行精确建模的关键技术。 第三章：系统工程与集成化设计方法 现代工程项目往往涉及多个子系统和学科的集成。本章引入了系统工程（SE）的原理，特别是基于模型的系统工程（MBSE）。通过介绍SysML语言，读者将学会如何构建清晰、一致的系统需求模型，有效地管理跨学科的接口和依赖关系。我们将通过实际案例，展示如何通过集成化的设计平台，实现机械、电子、热管理等子系统的同步设计与验证。 第二部分：材料科学的基石与前沿突破 本部分将材料科学的基础理论与当前最具颠覆性的材料发现紧密结合，强调材料的微观结构如何决定宏观性能，以及如何通过工程手段控制这种关系。 第四章：结构材料的性能调控与表征 本章回顾了传统金属、陶瓷和高分子材料的晶体结构、微观缺陷与力学性能（强度、韧性、疲劳寿命）之间的定量关系。重点分析了先进的热处理工艺、晶粒细化技术，以及如何通过引入第二相粒子来精确调控材料的本构关系。在表征方面，我们将深入探讨高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、同步辐射X射线衍射等尖端技术在揭示材料界面行为中的关键作用。 第五章：功能材料与智能响应特性 未来的工程结构将不再是被动的承载体，而是具有感知、决策和响应能力的智能系统。本章聚焦于具有特殊电学、磁学或光学性质的功能材料。内容涵盖： 压电与铁电材料： 在传感器、执行器中的应用及其热力学稳定性。 形状记忆合金（SMA）： 及其在自修复结构和可展开机构中的应用潜力。 导电聚合物与复合材料： 如何通过纳米填充物实现电磁屏蔽和导电路径的优化设计。 第六章：先进制造技术对材料性能的影响 材料的最终性能与其制造过程密不可分。本部分将“制造”视为材料设计的延伸。我们详尽分析了增材制造（AM，即3D打印）技术，尤其是选区激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）对金属零件微观结构的影响，包括残余应力、孔隙率和各向异性强度的控制。此外，对烧结过程中的致密化机理以及表面工程技术（如PVD/CVD涂层）如何显著提升材料的耐磨损和抗腐蚀性能，进行了深入的探讨。 第三部分：工程设计与材料科学的深度交汇 本书的价值核心在于展示这两个学科如何协同工作，解决当前最紧迫的工程挑战。 第七章：多尺度建模与跨尺度模拟 这是连接理论与应用的桥梁。本章介绍了如何建立跨尺度的仿真模型，从原子尺度的分子动力学模拟（MD），到介观尺度的相场模型，再到宏观尺度的连续介质力学。重点讨论了如何利用数据驱动的方法，将微观尺度的材料数据“传递”到宏观尺度的结构分析中，实现预测的精度飞跃。 第八章：极端环境下的可靠性工程 现代工程项目（如航空航天、深海勘探）要求材料在极端温度、高辐照或强腐蚀介质中保持长期可靠性。本章结合材料科学知识，探讨了高温蠕变机理、辐射损伤的微观机制，以及如何通过材料选择和结构设计来延长组件在这些苛刻环境下的使用寿命。特别关注了疲劳裂纹的萌生与扩展过程的数字孪生建模。 第九章：前沿展望：材料基因组计划与AI赋能设计 本章展望了材料发现和工程设计的未来方向。我们将探讨“材料基因组计划”（MGI）如何通过高通量实验、数据挖掘和机器学习加速新材料的筛选与性能预测。读者将了解到人工智能（AI）和深度学习模型如何被用于优化工艺参数、预测材料缺陷，从而实现“目标驱动型”的材料设计，将工程设计与材料创新周期缩短数倍。 目标读者： 本书适合高年级本科生、研究生，以及在航空、汽车、能源、生物医学器械等领域从事研发工作的工程师和科研人员。它要求读者具备扎实的力学基础和基础化学知识。 本书特色： 理论深度与实践广度并重： 既有对基本物理原理的严谨论述，又不乏对工业界最新案例的剖析。 强调多物理场耦合： 聚焦于真实世界中不可分割的相互作用。 面向未来技术： 大量篇幅用于介绍增材制造、数字孪生和AI在材料设计中的应用。 通过阅读本书，读者将能够构建起一套系统性的思维方式，掌握从材料的原子结构到复杂系统的整体性能优化之间的完整设计链条，从而在未来的工程挑战中占据先机。

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