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出版者:

作者:中国石油天然气集团公司人事服务中心 编

出品人:

页数:362

译者:

出版时间:2005-1

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787502148829

丛书系列:

图书标签:

• 计量技术
• 计量工程
• 工程测量
• 质量控制
• 仪器仪表
• 工业计量
• 标准化
• 检测技术
• 误差分析
• 数据处理

远航之锚：现代工程实践中的关键技术解析 本书旨在为工程技术人员、科研工作者以及相关领域的决策者提供一套全面、深入且实用的技术参考框架。它聚焦于现代工业与科研领域中那些至关重要、但常被系统性探讨不足的核心技术环节。本书并非对单一学科的深入挖掘，而是强调跨领域知识的整合与应用，以应对复杂工程挑战。 --- 第一部分：前沿材料科学与结构完整性 本部分着重探讨在极端工况下，材料性能的极限与失效模式，以及如何通过先进的材料设计与制造工艺来确保结构的长久可靠性。 第一章：高性能复合材料的界面行为研究 高性能复合材料，如碳纤维增强环氧树脂（CFRP）和陶瓷基复合材料（CMC），已成为航空航天、高端装备制造的核心支撑。本章将超越传统的宏观力学分析，深入剖析纤维与基体界面在应力、温度和湿热环境下的微观作用机制。 1.1 界面脱粘的动力学模型： 建立并验证考虑能量耗散的界面损伤扩展模型。重点分析冲击载荷下，剪切带的形成、传播路径及其对宏观疲劳寿命的影响。引入原子力显微镜（AFM）和扫描透射电子显微镜（STEM）在界面表征中的最新应用，量化界面结合强度的空间不均匀性。 1.2 增材制造（AM）对微观结构的影响： 探讨选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）过程中，快速凝固速率对晶粒尺寸、缺陷（如孔隙、未熔合区）形成的影响。特别是分析金属基复合材料（MMC）中，硬质增强颗粒在打印路径上的偏析现象，如何导致局部应力集中和疲劳源的萌生。 1.3 热塑性复合材料的蠕变与松弛： 针对长期服役环境下的热塑性聚合物基体，分析其在持续载荷下的粘弹性行为。引入时间-温度等效原理（TTSP），构建预测材料在数十年服役期内性能衰减的长期蠕变模型，并提出基于非线性粘弹性本构方程的结构剩余寿命评估方法。 第二章：结构健康监测（SHM）的先进传感网络 本章内容聚焦于如何利用分布式传感技术，实现对大型、复杂结构（如桥梁、风力发电机叶片、压力容器）的实时、无损评估。 2.1 压电导电聚合物（PCPs）的应变传感： 详细介绍将柔性导电聚合物嵌入结构内部，利用其电阻、电容或压电效应变化来实时监测应变场的分布。讨论如何解决信号漂移、非线性响应和环境温度敏感性问题，包括使用差分测量和基于机器学习的信号去噪技术。 2.2 超声波导（Umbilical Waveguides）的缺陷定位： 探讨利用导波在结构内部的传播特性（如Lamb波、Rayleigh波）来扫描大面积区域。阐述模式选择（Mode Selection）的重要性，并利用相控阵超声技术（PAUT）和反向传播算法（T(0) Mode for Corrosion Detection），实现对腐蚀、裂纹的精确三维定位与定量评估。 2.3 基于模态指纹的损伤识别： 介绍利用振动响应谱的变化来识别结构损伤的原理。重点分析固有频率偏移、阻尼比变化以及模态形状畸变之间的内在联系。讨论如何通过建立损伤程度与模态特征参数之间的关联矩阵，实现损伤的早期、弱信号识别。 --- 第二部分：复杂系统建模与优化控制 本部分关注将数学工具应用于工程决策制定，旨在提高系统的运行效率、稳定性和资源配置的合理性。 第三章：多物理场耦合的有限元分析（FEA） 现代工程问题往往涉及热、力、电、流等多种物理场的同时作用。本章旨在提供一套处理复杂耦合问题的数值方法论。 3.1 磁流体动力学（MHD）在反应堆中的应用： 探讨在强磁场作用下，导电流体（如液态金属冷却剂）的流动与传热行为。建立流体动力学方程（Navier-Stokes）与麦克斯韦方程组的松耦合及强耦合求解策略，特别关注洛伦兹力对流场形态的非线性影响。 3.2 压电材料的机-电耦合： 详细解析在驱动或传感应用中，机械应力与电位移之间的相互作用。介绍如何使用哈密顿原理推导耦合本构方程，并在FEA中正确施加位移边界条件与电势边界条件，以准确预测换能器的谐振特性。 3.3 求解器的稳定性和收敛性： 分析非线性问题（如大变形、接触摩擦）求解过程中的迭代策略。对比牛顿法、准牛顿法（BFGS）和线搜索方法的性能，并讨论如何通过自适应时间步长控制，确保在材料塑性化或接触突变点处的计算精度和效率。 第四章：智能制造中的实时优化调度与决策 本章将焦点投向生产运营管理，特别是如何利用先进的优化算法来应对生产线的动态变化。 4.1 动态随机库存管理（SRM）： 针对需求波动性大、交货期严格的供应链场景，提出基于马尔可夫决策过程（MDP）的库存补货策略。引入机会约束规划（Chance-Constrained Programming），以量化服务水平（Fill Rate）作为决策变量，平衡库存持有成本与缺货风险。 4.2 生产调度中的混合整数线性规划（MILP）： 针对柔性制造系统（FMS）中工件分配、机器指派和操作员调度等NP难问题，构建精确的数学模型。重点讨论如何有效处理换型时间（Setup Time）的非对称性与资源约束，并利用分支定界（Branch and Bound）或割平面法对大型实例进行求解。 4.3 在线学习与反馈控制： 探讨如何将传感器实时数据（如机器负载、能耗）反馈至优化模型中。介绍卡尔曼滤波（Kalman Filtering）用于状态估计，并将估计值实时输入到模型预测控制（MPC）框架中，实现对生产参数（如加热温度、进给速度）的闭环实时修正，确保系统始终运行在最优操作点附近。 --- 第三部分：高级数据处理与可靠性分析 本部分内容涉及如何从海量工程数据中提取有价值的信息，并对系统的长期可靠性做出科学的预测。 第五章：基于大数据的高通量实验数据挖掘 现代实验科学产生了PB级的数据集。本章旨在教授如何有效管理、清洗和分析这些高维度数据，以加速材料发现和工艺优化。 5.1 降维技术在光谱分析中的应用： 针对高光谱成像（HSI）和拉曼光谱数据，应用主成分分析（PCA）和t-SNE算法，以识别数据集中潜在的化学成分变化和结构缺陷模式。重点讨论如何区分物理噪声与化学信号的有效特征。 5.2 贝叶斯网络在故障诊断中的构建： 介绍如何利用专家知识和历史故障数据，构建概率图模型来描述系统组件之间的依赖关系。利用贝叶斯推理，实现对多源异构传感器数据的融合诊断，并量化诊断结果的不确定性。 5.3 深度学习在图像识别中的应用（非图像识别本身）： 讨论如何使用卷积神经网络（CNN）来提取复杂信号（如声发射信号、振动时频图）的深度特征。这些特征随后被用作传统统计模型（如支持向量机SVM）的输入，以提高对微弱早期损伤的分类精度。 第六章：寿命预测与风险量化 本章着眼于工程资产的经济性评估和风险管理，重点在于从样本数据推断到整体寿命的可靠性统计。 6.1 威布尔（Weibull）分布的参数估计与检验： 深入分析两参数和三参数威布尔分布在描述不同失效机理（如磨损控制 vs. 缺陷控制）下的适用性。重点讲解如何使用最大似然估计（MLE）和秩统计法（Rank Regression）获取可靠的形状参数 $eta$ 和特征寿命 $eta$。 6.2 概率寿命与加速寿命试验（ALT）： 介绍如何通过在加速应力水平（高温、高湿、高电压）下进行试验，并采用阿累尼乌斯（Arrhenius）模型或霍尔-戴（Eyring）模型进行外推，预测正常服役条件下的产品寿命分布。强调应力水平选择的合理性与模型外推的有效性边界。 6.3 风险矩阵的构建与量化： 阐述如何将系统的可靠性数据（失效概率）与潜在后果（经济损失、安全影响）结合起来，建立动态风险矩阵。讨论如何将蒙特卡罗模拟（Monte Carlo Simulation）集成到风险评估流程中，以量化在不同维护策略下的整体资产风险暴露度。 --- 本书的独特价值在于，它不依赖于对特定软件或单一理论的推崇，而是提供了一套分析和解决现代工程难题的思维路径。读者将获得一套强健的工具箱，能够将基础理论知识转化为解决实际复杂问题的能力。

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我得承认，这本书的结构安排确实是严谨到了一丝不苟的地步，但这种严谨性，对于日常工作中的快速查询而言，反而成了障碍。比如，我需要立刻知道特定类型压力传感器在特定温度范围内的校准流程，我本能地翻到“传感器应用”的章节，结果发现，那部分内容被拆分到了关于“基准源”和“不确定度传播”的两个巨大模块里，你需要跨越数百页的理论基础才能拼凑出那个实际操作的步骤。作者似乎非常推崇“自上而下”的教学体系，即必须先理解了为什么（原理），再才能知道怎么做（实践）。这种哲学上的纯粹性我很敬佩，但现实是，很多工程师更需要的是“先知道怎么做，回头再研究为什么”。书中对各种精密仪器的内部工作原理描述得非常到位，从电磁学到光学，每一个物理现象都被用数学公式精确地捕捉，但遗憾的是，这些描述更多地停留在仪器的“设计之初”的状态，对于设备在长期使用中可能出现的磨损、老化等实际工况下的性能衰减和补偿方法，讨论得不够深入和具体。仿佛这本书的终点，就是设备刚刚出厂时的完美状态，而忽略了时间这个最大的误差源。

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这本书的封面设计很吸引人，那种深沉的蓝色和金属质感的字体搭配，透露出一种严谨和专业的氛围。我原本是抱着对计量学基本概念的好奇心翻开它的，期待能有一本既能入门又能深入的参考书。然而，当我真正沉浸进去后，发现它更像是一部百科全书式的著作，内容广博得有些令人望而生畏。开篇对于国际单位制（SI）的历史沿革和哲学基础的阐述，那叫一个详尽，几乎把每一个单位的定义和溯源都掰开了揉碎了讲。我本来以为会很快进入实际测量和仪器校准的部分，结果却在理论的海洋里漂浮了很久。书中对不确定度评定的数学模型推导，用了很多我大学时代就不太擅长的微分方程和统计学知识，看得我后背直冒冷汗。它没有采取那种“你只需要知道怎么用就行”的简化处理，而是力求把背后的原理讲得清清楚楚，这无疑对专业人士是极好的，但对于像我这样只是想了解“如何准确测量一个电压”的普通读者来说，挫败感油然而生。我感觉自己像是站在一座信息的高山脚下，虽然知道山顶风景绝佳，但登顶的路径过于陡峭和漫长，需要极大的毅力和深厚的数理基础作为支撑。这本书显然更倾向于服务于计量工程师和科研人员，而不是那些寻求快速解决方案的实践者。

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这本书的插图和图表部分，是我觉得最能体现其“老派”作风的地方。大量的黑白线条图和手工绘制的示意图，虽然线条清晰，但缺乏现代教科书那种色彩鲜明的对比度和三维立体感。当我试图理解复杂的测量链路中信号的干扰路径时，一个清晰、彩色的、带有信号流向标记的框图会比十页密集的文字描述更有效率。在这本书里，理解一个复杂的校准台的组成结构，需要读者自己在大脑中将那些扁平的、符号化的部件进行空间重组。更别提那些公式了，它们几乎占据了页面的三分之二，很多冗长的推导过程被省略或用复杂的脚注来表示，阅读体验上显得非常吃力。我希望书中能多一些实际案例分析——比如某个特定行业（如航空航天或医疗设备）的实际校准案例，展示理论如何落地，但这类“实战经验”的分享几乎没有。它更像是一份标准制定者的内部参考资料，强调的是“标准本身”，而不是“标准的实际应用难题”。

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这本书的篇幅和信息密度绝对是超乎想象的，我花了好几天时间试图快速浏览一遍，结果发现这简直是一项不可能完成的任务。它似乎将近几十年来计量领域的所有重要规范、标准和发展脉络都塞进了这有限的篇幅内，排版上更是密集得让人喘不过气。我尝试去寻找一些关于现代传感器接口和数据采集系统的章节，希望能找到一些关于如何将模拟信号转化为数字信号，并确保转换过程的线性度和精度的方法论。但书中对这方面的论述，似乎更多地是停留在对基本误差来源的理论分析上，比如热漂移、迟滞效应等，而对于当下物联网时代常用的高频、低功耗数字传感器的具体应用场景和优化技巧，着墨甚少。它的语言风格非常古板和书面化，每一个句子都像经过了极其严苛的语法审查，没有任何口语化的引导或启发性的比喻。这使得阅读过程成了一种持续的“解码”行为，而不是知识的吸收。读完一个章节，我常常需要停下来，在脑海中重构作者的逻辑链条，才能确认自己是否真正理解了其中的核心观点。它更像是一本供资深专家在修订规范时可以随时查阅的“活字典”，而非一本可以激发读者学习热情的导读手册。

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从排版和装帧来看，这本书无疑是一本“耐用品”，厚重的纸张和坚固的装订，预示着它被设计成一本可以经受多年翻阅的工具书。然而，对于当前飞速发展的计量技术领域来说，它的某些内容显得有些滞后了。例如，在谈到数据处理和误差分析时，重点仍然集中在传统的最小二乘法和卡方检验上，对于近年来在计量领域开始应用的机器学习辅助数据清洗和异常值识别技术，几乎只字未提。这可以理解，毕竟这种前沿技术的发展速度太快，难以被纳入一本宏大的、体系化的教材中。但对于追求与时俱进的读者来说，这就意味着我读完后，还需要再找大量最新的期刊论文来补充现代计量工具箱。这本书更像是一部奠定基石的经典之作，它完整地构建了计量学的“为什么”和“是什么”，但对于“现在我们能用什么最新的技术来做得更好”，则显得信息量不足，需要读者自行“补课”。

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