具体描述
中国机械工业标准汇编（风机卷下），ISBN：9787506627696，作者：本社等编
机械设计与应用案例解析 本书聚焦于现代机械工程领域的前沿理论、创新技术与实际应用案例，旨在为工程师、科研人员及相关专业学生提供一份深度而实用的参考指南。 本书内容涵盖了机械设计、材料科学、制造工艺、智能控制等多个关键维度，力求在理论深度与工程实践之间搭建一座坚实的桥梁。我们深知，在快速迭代的技术环境中，对基础原理的深刻理解与对新兴技术的敏锐捕捉同等重要。因此，全书结构精心布局，从宏观的系统设计理念到微观的零部件优化，层层递进，确保读者能够构建起一个全面且扎实的知识体系。 第一部分：先进机械系统设计理论与方法 本部分着重探讨当代复杂机械系统在概念设计和详细设计阶段所依赖的核心理论框架。我们不再停留在传统的经验设计范畴，而是深入剖析基于模型的系统工程（MBSE）在提高设计效率和可追溯性方面的巨大潜力。 第一章：多物理场耦合分析在机械结构中的应用 现代机械往往需要在极端载荷、温度变化或复杂流体环境下工作。本章详细阐述了有限元分析（FEA）与计算流体力学（CFD）如何有效地进行耦合，以模拟真实的物理交互过程。重点讨论了结构-热-流耦合分析的技术路线图，包括网格划分策略、边界条件设定以及结果的后处理与误差分析。特别针对高精度运动部件，我们引入了接触力学的最新研究成果，例如基于非光滑接触的隐式求解算法，确保接触区域的应力集中得到准确预测。此外，弹性动力学分析被提升到新的高度，探讨了冲击载荷和振动抑制的优化设计，这对高速旋转机械和精密仪器至关重要。 第二章：可靠性工程与寿命预测的量化模型 可靠性不再是事后验证的指标，而是贯穿设计全生命周期的核心要素。本章系统介绍了威布尔分布（Weibull Distribution）在疲劳寿命预测中的应用深化，并引入了概率寿命分析（Probabilistic Lifetime Assessment）。我们详细解析了加速寿命试验（ALT）的设计规范和数据外推方法，强调如何根据加速因子（如温度、载荷谱）准确推算正常工作条件下的平均无故障时间（MTBF）。对于材料的断裂韧性评估，本章提供了最新的无损检测（NDT）技术与应力强度因子计算的结合实例，特别是对存在微小缺陷的承载部件的临界风险评估流程。 第三章：面向增材制造（AM）的结构拓扑优化 增材制造技术正在重塑机械设计范式。本章的核心内容是拓扑优化（Topology Optimization）在生成轻量化、高性能结构件中的实践。我们详细讲解了密度法、水平集法等主流优化算法的数学基础和编程实现要点。讨论的重点是如何将优化结果与AM工艺约束（如最小壁厚、悬空角度、支撑结构需求）相结合，实现“设计可制造性”（DfM）的同步优化。此外，还探讨了不同AM材料（如高熵合金、陶瓷基复合材料）的力学性能各向异性如何反作用于优化过程。 --- 第二部分：关键机械部件的深化设计与控制 本部分将理论知识具体化，深入剖析当代机械设备中几个核心功能模块的设计优化与控制策略。 第四章：精密传动系统的摩擦、磨损与润滑管理 传动系统是机械的“心脏”。本章将摩擦学研究提升到纳米尺度，探讨了边界润滑和混合润滑状态下的接触界面行为。详细介绍了先进润滑剂（如离子液体、固体润滑膜）的性能评估标准。在齿轮箱和轴承设计方面，我们侧重于接触疲劳寿命的精确计算，引入了基于赫兹接触理论的改进模型，用于评估微点蚀的萌生与扩展。此外，对于高精度滚珠丝杠和直线导轨，本章提供了如何利用磁悬浮或气浮技术实现超低摩擦和高刚度耦合的工程方案。 第五章：动态平衡与旋转机械的故障诊断 高速旋转机械的平衡性是保证长期稳定运行的关键。本章详细阐述了多平面动平衡的理论推导，包括最小二乘法在离线平衡和在线平衡中的应用。重点解析了基于模态分析的共振区对策设计，如通过改变转子刚度或增加阻尼来避开关键转速。在故障诊断方面，本书介绍了基于振动信号的时频分析技术，如小波包分解（WPD）在早期轴承剥落和齿轮断齿特征提取中的应用，以及如何结合机器学习模型（如SVM、深度学习）建立高准确率的健康状态监测系统。 第六章：智能流体动力学与高效换热器的设计 流体机械（泵、压缩机、涡轮）的设计正朝着更低的能耗和更高的比功方向发展。本章聚焦于叶轮机械内部的非定常流场仿真，探讨了叶尖泄漏、二次流等损失机理。为提高换热效率，本章深入探讨了微通道换热器和结构化填料的设计，引入了湍流增强技术，如等腰直角弯曲和螺旋流道的应用，并给出了实际工程中确定最优尺寸参数的迭代方法。 --- 第三部分：前沿技术集成与数字化制造 本部分关注机械工程如何融入工业4.0的浪潮，特别是数字化工具和自动化制造的集成。 第七章：面向数字孪生的机械系统建模与仿真 数字孪生（Digital Twin）的概念在本章得到具体落地。我们讲解了如何将物理机械设备的实时运行数据（通过传感器网络采集）映射到高保真仿真模型上。这包括数据融合技术（如卡尔曼滤波）用于状态估计，以及如何利用孪生模型进行“What-if”场景的预演，实现预测性维护和远程优化。重点展示了基于DDS（Data Distribution Service）等实时通信协议的孪生体数据交互架构。 第八章：复杂机械装配的自动化与视觉引导 自动化装配是提高生产柔性的关键。本章详细介绍了高精度视觉伺服系统在复杂装配任务中的应用，如对位公差小于50微米的连接操作。讨论了如何利用3D点云数据进行实时误差补偿和路径规划。此外，对于柔性连接件（如线束、软管）的抓取与布局，本章引入了柔顺控制（Compliance Control）算法，确保在不对零件造成损伤的前提下完成精确对接。 第九章：先进材料在极端工况下的性能优化与连接技术 选择正确的材料是机械可靠性的基石。本章探讨了新型高强度钢、形状记忆合金（SMA）以及功能梯度材料（FGM）在机械结构中的潜在应用。尤其关注材料的连接技术，包括激光深熔焊的冶金过程控制、搅拌摩擦焊（FSW）在异种材料连接中的优势，以及超声波焊接在电子封装和复合材料连接中的精密应用，并提供了相关的焊接缺陷评估标准。 本书旨在提供一套全面的、面向未来的机械设计与工程方法论，激励读者超越现有规范，以创新的思维解决最复杂的工程挑战。
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