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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Kutz, Myer 編

出品人:

頁數:840

译者:

出版時間:2005-11

價格:1428.00 元

裝幀:HRD

isbn號碼:9780471719878

叢書系列:

圖書標籤:

• 機械工程
• 機械設計
• 工程材料
• 流體力學
• 熱力學
• 製造工程
• 控製工程
• 機械製圖
• 工程數學
• 可靠性工程

精密製造的基石：現代機械設計與應用（The Bedrock of Precision Manufacturing: Modern Mechanical Design and Applications） 本書旨在為機械工程領域的專業人士、高級學生以及對精密製造技術有濃厚興趣的技術人員，提供一個全麵、深入且高度實用的知識體係。不同於側重基礎理論或特定專業領域的傳統手冊，本書聚焦於當前工業界最為關注的設計流程、先進材料選擇、智能製造集成以及復雜係統集成所麵臨的挑戰與解決方案。 第一篇：麵嚮性能的機械係統設計哲學 (Design Philosophy for Performance-Driven Mechanical Systems) 本篇將徹底革新傳統的經驗設計方法，轉而推崇基於係統工程（Systems Engineering）和數字孿生（Digital Twin）理念的現代設計流程。 第一章：從需求到規範的嚴謹轉化 本章詳述如何將模糊的商業需求、法規要求以及用戶體驗反饋，係統地轉化為可量化、可驗證的工程性能指標（KPIs）。我們將深入探討需求分解技術（Requirements Decomposition）、功能分析矩陣（Functional Analysis Matrix）的構建，以及如何利用質量功能展開（QFD）確保設計目標與市場期望的精準對齊。重點分析在高度耦閤係統中，如何管理和權衡衝突性需求（如剛度與重量、成本與壽命）。 第二章：高級分析驅動的設計迭代 超越基礎的靜力學和動力學分析，本章側重於現代仿真工具的應用深度。我們將詳細解析有限元分析（FEA）的高級建模技術，包括非綫性材料模型（如超彈性、粘塑性）的準確率提升、接觸算法（Contact Algorithms）的選擇與優化，以及如何通過網格自適應技術（Mesh Adaptivity）有效管理計算資源。此外，係統地介紹多物理場耦閤分析（Multiphysics Coupling），特彆是熱-力-電磁場的協同作用在電機、傳感器和流體機械設計中的關鍵作用。 第三章：可靠性、壽命預測與風險量化 現代機械係統的平均無故障時間（MTBF）要求極高。本章聚焦於基於概率的可靠性工程。內容包括：威布爾分析（Weibull Analysis）在疲勞壽命預測中的應用深化、損傷容限設計（Damage Tolerance Design）的實施步驟，以及如何集成環境因素（如腐蝕、溫度循環）進行加速壽命試驗（ALT）的設計與解釋。風險管理部分將引入貝葉斯網絡（Bayesian Networks）用於係統級故障模式與影響分析（FMECA）的量化評估。 第二篇：先進材料與結構完整性 (Advanced Materials and Structural Integrity) 材料是機械性能的決定性因素。本篇摒棄通用材料的籠統介紹，專注於高性能、特種應用材料的特性、加工性與使用限製。 第四章：高性能閤金與復閤材料的篩選標準 深入探討航空航天、能源和生物醫學領域常用的特種金屬閤金（如鎳基高溫閤金、形狀記憶閤金）的微觀結構與宏觀力學性能的關係。復閤材料部分，重點分析碳縴維增強聚閤物（CFRP）和陶瓷基復閤材料（CMC）的鋪層設計理論、界麵粘接強度對整體性能的影響，以及層間脫粘的監測技術。 第五章：增材製造（AM）對結構設計的影響 增材製造正在重塑設計思維。本章專門討論如何為選擇性激光熔化（SLM）和電子束熔化（EBM）等工藝優化拓撲結構（Topology Optimization），如何管理和補償AM過程中産生的殘餘應力與各嚮異性問題。結構設計指南將側重於如何利用AM實現的復雜內部晶格結構（Lattice Structures）來同時實現輕量化和能量吸收功能。 第六章：錶麵工程與接觸力學 機械磨損是係統失效的常見原因。本章詳細介紹先進的錶麵改性技術，如反應性離子束沉積（PVD/CVD）的薄膜特性、激光熔覆（Laser Cladding）在修復和功能化中的應用。接觸力學部分，重點分析Hertz接觸理論的局限性及其在小接觸麵積、高承載工況下的修正模型，以及潤滑劑在邊界潤滑和混閤潤滑狀態下的行為預測。 第三篇：機電一體化與智能驅動 (Mechatronics Integration and Intelligent Actuation) 現代機械係統是高度集成的機電係統。本篇關注如何有效地將控製、傳感與執行器集成到機械結構中，以實現更高的自動化和適應性。 第七章：高性能執行器的動態特性與集成 詳細分析伺服電機（Permanent Magnet Synchronous Motors, PMSM）的飽和、溫升對控製精度的影響。對於流體驅動係統，側重於高響應伺服閥的動態建模與流量脈動抑製。此外，介紹壓電（Piezoelectric）和磁緻伸縮（Magnetostrictive）執行器在微定位和高頻振動控製中的應用。 第八章：傳感器融閤與狀態監測（Condition Monitoring, CM） 本章關注如何從噪聲數據中提取有效信息。深入講解基於振動信號的故障診斷，包括快速傅裏葉變換（FFT）、小波分析（Wavelet Analysis）在高頻衝擊檢測中的優勢。內容涵蓋瞭應變片、光縴傳感器（FOS）以及非接觸式激光多普勒測振儀（LDV）在復雜機械臂和高速鏇轉設備健康監測中的部署策略。重點介紹傳感器數據融閤技術（如卡爾曼濾波）以提高狀態估計的魯棒性。 第九章：運動控製與誤差補償策略 針對高精度運動平颱（如數控機床、精密裝配機器人），本章探討前饋控製（Feedforward Control）與反饋控製的協同設計。詳細分析由機械誤差源（如齒隙、反嚮間隙、熱變形）導緻的係統誤差，以及如何利用激光跟蹤儀或基於視覺的測量係統實現閉環誤差補償（Error Compensation），從而突破硬件物理極限。 第四篇：製造流程與質量保證的數字轉型 (Digital Transformation in Manufacturing and Quality Assurance) 本篇將視野從設計延伸至生産現場，探討數字化工具如何優化製造流程並確保最終産品的質量。 第十章：工藝規劃與可製造性評估（DFM/DFA）的實時反饋 本書強調設計與製造的緊密循環。內容包括如何使用基於知識的係統（KBS）在CAD環境中實時評估零件的加工難度、刀具路徑優化需求和裝配復雜性。重點分析五軸聯動加工與機器人裝配路徑規劃中的碰撞檢測算法和奇異點規避策略。 第十一章：工業物聯網（IIoT）在生産綫上的應用架構 本章闡述如何構建連接物理設備與信息係統的工業數據基礎架構。內容涉及邊緣計算（Edge Computing）在實時數據預處理中的作用、OPC UA等工業通信協議的應用，以及如何利用時間序列數據庫（TSDB）管理海量的機器運行數據，為預測性維護和工藝優化提供數據支撐。 第十二章：計量學與無損檢測（NDT）的集成 確保産品質量的最後一道防綫。本章介紹三維激光掃描、光學非接觸式測量係統（CMM）在復雜麯麵檢測中的應用。無損檢測部分側重於先進超聲波檢測（Phased Array UT）和渦流檢測（Eddy Current Testing）在檢測內部缺陷和材料錶麵疲勞裂紋的定量化標準與操作規程。 本書特色： 本書的每一章節均包含大量工程案例分析，這些案例均來自於高精度機械係統（如高速列車轉嚮架、微流控芯片製造設備、深海潛水器執行機構）的實際設計與故障排除過程，確保理論與實踐的無縫銜接。同時，書中提供瞭豐富的計算模型和算法僞代碼，方便工程師直接應用於現代軟件工具的二次開發與定製化。 麵嚮讀者： 機械、航空航天、自動化工程領域的研發工程師、工藝規劃師、質量控製專傢，以及緻力於掌握前沿機械係統集成技術的研究生和博士生。

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