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出版者:哈尔滨工业大学出版社

作者:孟晓平,曲秀全

出品人:

页数:267

译者:

出版时间:2007-9

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787560322773

丛书系列:

图书标签:

• 工程机械
• 机械设计
• 基础
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• 高等教育
• 专业课程

精密制造的基石：现代机械设计与制造技术前沿 本书聚焦于21世纪以来，全球制造业领域最具革命性和颠覆性的技术进展与工程实践，旨在为从事高端装备研发、精密仪器制造以及复杂系统集成的工程师、研究人员和高年级学生提供一个全面、深入且极具前瞻性的知识体系。本书内容绝不涉及传统意义上的“工程机械设计基础”中关于基础结构件选型、常见机构运动分析或传统材料力学等模块，而是直指当前工业4.0、智能制造浪潮下的核心技术壁垒与创新方向。 --- 第一部分：超精密加工与先进材料的融合应用 本部分深入探讨了在追求微米乃至纳米级精度制造过程中所面临的物理极限与工程解决方案。 1.1 亚微米级表面完整性控制： 传统加工方法已无法满足航空航天、生物医疗植入物及尖端光学器件对表面粗糙度和残余应力的严苛要求。本书详述了磁流变抛光（MRF）、离子束抛光（IBS）以及超声波辅助精密切削等前沿技术的物理机制、工艺参数优化策略及其在复杂曲面（如自由曲面透镜阵列、涡轮叶片端面）上的应用案例。重点分析了如何通过过程实时监控和闭环反馈系统，将表面误差控制在十纳米以内。 1.2 增材制造（AM）的性能重构与后处理： 本书跳脱出单纯的“打印”概念，着重于增材制造过程中材料微观结构的形成与宏观性能的关联。内容覆盖了选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）中，因快速凝固导致的晶粒结构异化、孔隙率的精确控制，以及热影响区（HAZ）的残余应力管理。特别是对功能梯度材料（FGM）在增材制造中的实现路径进行了深入剖析，探讨了如何通过多材料打印技术，在单个零件内部实现硬度、导电性或耐磨性的连续变化。此外，对热等静压（HIP）作为关键后处理技术，如何有效消除内部缺陷，恢复其应力承载能力的机理分析，占据了重要篇幅。 1.3 智能结构材料的集成设计： 本章聚焦于那些能够感知、响应并适应外部环境变化的材料体系。详细介绍了形状记忆合金（SMA）、压电陶瓷以及电活性聚合物（EAP）在驱动器、阻尼器和传感器系统中的集成应用。内容涵盖了如何利用这些材料的非线性本构关系，设计出无需传统执行机构的自适应结构，例如利用SMA实现疲劳载荷下的自动恢复，或利用压电材料实现高频振动抑制。 --- 第二部分：数字化孪生与预测性维护系统 本部分关注如何利用信息技术重塑机械系统的生命周期管理，实现从设计、运行到维护的全面数字化转型。 2.1 基于多物理场耦合的数字孪生构建： 本书阐述了构建高保真数字孪生的技术路线图。这包括如何整合有限元分析（FEA）、计算流体力学（CFD）、接触力学（DEM）以及热传导模型，建立一个能够实时、准确反映物理实体状态的虚拟模型。重点讨论了模型降阶技术（Model Order Reduction, MOR），以应对高维复杂系统在实时仿真中的计算瓶颈，确保孪生模型能够与物理实体保持同步的响应速度。 2.2 工业物联网（IIoT）与边缘计算在状态监测中的应用： 详尽介绍了新一代传感器技术，如光纤布拉格光栅（FBG）、无源射频识别（RFID）传感器和声发射（AE）技术，在复杂机械结构（如大型桥梁、风力发电机塔筒）中的分布式部署策略。重点分析了边缘计算单元如何快速处理海量传感器数据流，提取关键特征，并将其转化为可执行的控制指令，而非仅仅依赖云端分析。 2.3 机器学习驱动的故障诊断与剩余寿命预测（RUL）： 本章深入探讨了如何利用深度学习模型（如LSTM、Transformer架构）处理时序振动信号和工况数据。内容包括特征工程的自动化提取、异常行为的无监督学习识别，以及如何结合可靠性理论（如Weibull分布）与强化学习，对关键部件的剩余使用寿命进行概率性预测，从而实现真正意义上的预测性维护（PdM），替代基于时间的定期维护。 --- 第三部分：高动态与人机交互的系统集成 本部分侧重于系统层面的复杂性管理，特别是高速运动控制和人机界面设计的尖端实践。 3.1 复杂系统的高速运动控制与抖振抑制： 针对高速CNC机床、精密装配机器人等系统，本书探讨了超越传统PID控制的先进策略。内容涵盖自适应控制、滑模变结构控制（SMC）在处理系统不确定性和外部扰动时的优势，以及模型预测控制（MPC）在处理多变量约束和前馈优化方面的应用。特别分析了主动隔振技术，如何利用电磁驱动器或压电促动器，实时抵消工作台或刀具上的高频振动，确保加工精度。 3.2 沉浸式人机交互（HMI）在复杂装配与维护中的应用： 本书介绍了增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术如何重塑工程师与复杂机械的交互方式。内容包括：如何通过AR叠加精确的安装指导层（例如，显示扭矩值、装配顺序），减少人为错误；如何利用VR环境进行高风险操作的预演与协同设计评审；以及力反馈技术（Haptic Feedback）在远程示教和触觉操控中的关键实现难点与突破。 3.3 机构的运动学优化与柔顺性设计： 本章区别于基础机构分析，专注于复杂并联机构（如Stewart平台）的高速运动学解算及其奇点规避策略。此外，对柔顺机构（Compliant Mechanisms）的设计原理进行了深入探讨，特别是如何利用有限元方法实现结构变形来替代传统关节，从而提高系统的无摩擦性、集成度和紧凑性，适用于微机电系统（MEMS）和生物工程领域。 --- 本书的读者群应具备扎实的工程力学、控制理论和材料科学基础，面向的是工程领域中对“下一代”技术有强烈需求的专业人士。

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我尝试着从结构设计优化的角度来评估这本书的价值，结果发现它在讲解基本受力分析和失效模式时非常清晰，图示也很到位，对于理解传统机械结构的设计规范很有帮助。然而，当涉及到非传统的设计考量时，比如针对复杂工况下的疲劳寿命预测模型，或者如何在新兴的电动化工程机械中处理电池包集成带来的重量分配和散热问题，这本书的叙述就显得有些力不从心了。例如，关于振动与噪声控制这块，我期待能看到一些主动或半主动减振技术的应用实例，或者至少是对结构阻尼特性的深入分析，因为这直接关系到操作人员的舒适度和设备的使用寿命。但这本书对这方面的讨论非常简略，似乎将这些前沿且复杂的课题一笔带过，仿佛它们是次要的。这让我感觉这本书的内容沉淀可能略微滞后于行业发展的步伐。如果它能增加一个关于智能制造和个性化定制的章节，结合当前工业4.0的趋势，探讨如何利用先进制造技术（如增材制造）来革新传统设计流程，那么它的实用价值将会大大提升。现在看来，它更像是一本上世纪末期的经典教材，内容可靠，但创新性不足。

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从一个结构设计的初学者角度来看，这本书的基础部分打得非常牢固，尤其是对各种静载荷和动载荷分类的讲解清晰明了。然而，当我试图将这些知识应用于更精密的系统设计时，比如液压系统与结构件的耦合设计，或者如何在有限的空间内布置复杂的管路系统以最小化干扰和便于维护，这本书就显得有些力不从心了。它将“结构设计”和“系统集成”割裂开来讲解，缺乏跨学科的融合。现代工程机械是高度集成的复杂系统，结构设计必须充分考虑人机工程学（HMI）、维护便利性以及故障诊断的便利性。这本书对后三者的讨论几乎是缺失的，这对于培养一个具有全面工程素养的设计师是远远不够的。设计不仅仅是画出能承受载荷的线条，更是要创造一个易于被操作、易于被修理、并且在整个生命周期内都能保持高效运行的整体方案。这本书似乎只解决了第一个维度的问题，而忽略了后续至关重要的用户体验和全生命周期管理考量。

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我关注到这本书在材料选择和连接技术方面的论述。它详细介绍了各种常用钢材的力学性能，这无可厚非，是基础知识的必备内容。但令人失望的是，它对现代连接技术，比如高强度螺栓的预紧力控制在动态载荷下的影响，或者激光焊接和搅拌摩擦焊在重型结构制造中的应用优势和局限性，提及得非常少。在当前的工程实践中，连接点的可靠性往往是决定整个结构寿命的关键因素之一，而这本书似乎没有给予足够的重视。此外，在讨论零部件的制造工艺时，内容也偏向于传统铸锻件和机加工，对于如何利用先进的模具设计来简化后续的装配流程，或者如何通过优化工艺参数来降低残余应力，这些能直接影响产品质量和成本的细节却鲜有涉及。总而言之，这本书在“设计”阶段停留得过久，而未能充分衔接到“制造”和“可靠性保证”这两个同样关键的环节，使得整个设计方案缺乏一种从摇篮到坟墓的整体视野。

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这本书的包装和装帧确实很吸引人，封面设计简洁又不失专业感，拿到手里分量十足，初翻几页就能感觉到作者在内容组织上的用心。不过，对于我这种期待能深入了解现代工程机械的动力系统和液压传动原理的读者来说，这本书的某些部分略显理论化了。我原以为会看到更多关于新型材料在结构设计中的应用案例，比如高强度钢、复合材料在臂架和车架上的具体优化方案，或者是一些关于结构有限元分析（FEA）的实战指导。但实际上，它更多地停留在经典的静力学和材料力学基础层面，这对于已经具备一定机械工程背景的工程师来说，可能深度不够。我希望看到一些关于数字化设计流程（如参数化建模、拓扑优化）的介绍，这在当前行业内是至关重要的前沿技术，但这本书里这方面的内容几乎是空白。总的来说，它更像是一本扎实的入门教材，适合初学者建立框架，但对于追求技术前沿和工程实践深度的专业人士，可能需要搭配更现代化的参考资料一起阅读，否则在面对当前复杂的工程挑战时，会感觉手中“武器”不够锋利。它在基础知识的阐述上无可挑剔，但缺乏对“如何设计出更轻、更强、更智能”的现代机械的直接指导。

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这本书的语言风格非常严谨，几乎达到了教科书的标准，这无疑保证了其概念定义的准确性。然而，这种高度的学术化也带来了一个问题：阅读体验上略显枯燥，缺乏将理论与实际工程问题紧密结合的生动案例。我非常希望能在阅读到复杂的应力计算或几何公差设计时，能配上一些真实的、具有代表性的工程机械部件图例，并附带说明这些设计是如何在成本、制造难度和性能之间进行权衡取舍的。这本书的章节安排虽然逻辑性强，但似乎更偏向于对单一力学原理的纯粹推导，而不是对一个完整机械系统进行解构和重构的流程演示。比如说，在介绍机构运动学时，如果能穿插讲解挖掘机动臂的轨迹规划是如何影响其工作效率和能耗的，那样会更具启发性。目前来看，它更像是一套纯粹的“工具箱”，里面的工具都保养得很好，但缺少一本指导手册告诉你如何用这些工具去快速、高效地建造出一座大厦。对于那些需要快速上手解决实际设计问题的工程师来说，可能需要花费额外精力去“翻译”这些纯理论知识。

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