计算机辅助几何造型技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:莫蓉 吴英 常智勇

出品人:

页数:159

译者:

出版时间:2004-2

价格:18.00元

装帧:

isbn号码:9787030119261

丛书系列:

图书标签:

• 计算机辅助几何设计
• CAGD
• 几何造型
• 计算机图形学
• 数学建模
• 算法
• 可视化
• 曲线曲面
• 图形学
• CAD/CAM

深入浅出：现代机械设计中的先进材料与结构优化 本书聚焦于当前精密机械设计领域最前沿的材料科学进展与结构优化理论的深度融合，旨在为工程师、科研人员及高年级学生提供一套全面、系统且极具实践指导意义的技术手册与参考资料。 第一部分：高性能工程材料的革命性突破 本部分将详细剖析新一代工程材料在提升机械系统性能、延长使用寿命和实现轻量化目标中所扮演的关键角色。内容涵盖了从基础理论到实际应用的各个层面，深度挖掘材料特性与结构设计之间的耦合关系。 第一章：先进金属合金的设计与应用 本章首先回顾了传统结构钢和铝合金的局限性，随后聚焦于新一代高性能金属材料。 高熵合金（HEAs）的微观结构与力学行为： 深入探讨高熵合金（High-Entropy Alloys）独特的晶体结构特征，如面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方密堆积（HCP）结构在极端温度下的稳定性。重点分析其优异的抗蠕变性、抗疲劳性和耐腐蚀性，并结合实例介绍其在航空发动机叶片和深海潜水器外壳中的应用案例。 增材制造专用金属粉末的冶金特性： 详细论述选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等增材制造技术对粉末粒径分布、球形度和纯度的严苛要求。分析打印过程中快速凝固速率对形成亚结构、微裂纹和残余应力的影响，并提供消除或控制这些缺陷的冶金工艺参数优化指南。 超高强度钢与相变诱导塑性（TRIP）钢： 阐述通过热机械控制工艺（TMCP）实现的晶粒细化技术，以及马氏体相变诱导塑性对材料吸能性能的巨大提升。提供材料选择矩阵，指导读者在碰撞安全结构设计中如何选择具有最佳塑性变形能力的钢种。 第二章：复合材料与功能性材料的定制化设计 本章着眼于非金属先进材料，强调通过材料的层次化设计来满足多功能集成需求。 碳纤维增强复合材料（CFRP）的失效模式分析： 不仅关注纤维的拉伸强度，更深入研究层间剪切失效（Delamination）、纤维拔出（Pull-out）和基体开裂的机制。详细介绍纤维取向角对复合材料在不同载荷条件下的力学响应的敏感性分析方法，并引入多尺度建模技术预测宏观性能。 智能/响应性材料的应用潜力： 探讨形状记忆合金（SMA）、压电陶瓷和磁流变液（MR Fluid）在主动减振、自修复结构以及自适应阻尼系统中的集成方案。分析如何利用这些材料的非线性本构关系，设计出能够根据环境变化实时调整自身刚度或阻尼特性的机械组件。 陶瓷基复合材料（CMCs）的热力学挑战： 重点分析CMCs在超高温环境（如燃气轮机内衬）下的氧化、热震损伤与断裂韧性。介绍陶瓷纤维的预处理技术和界面层的优化设计，以实现纤维-基体之间的有效载荷传递和裂纹偏转机制。 第二部分：面向性能的结构优化理论与实践 本部分从数学建模的角度出发，系统性地介绍如何将材料性能转化为最优结构设计，实现轻量化、高刚度或特定动态响应的目标。 第三章：拓扑优化与尺寸优化的高级算法 本章是结构优化方法论的核心，侧重于现代优化算法在复杂约束条件下的应用。 密度法拓扑优化的收敛性与网格依赖性： 深入剖析 SIMP（Solid Isotropic Material with Penalization）模型中的惩罚因子选择对优化结果的物理合理性的影响。详细介绍如何通过引入演化应力约束和引入流体流动约束（在冷却通道设计中），克服传统拓扑优化中出现的“灰度单元”问题。 水平集（Level Set）方法在自由形貌设计中的优势： 对比水平集方法与密度法在处理复杂边界演化时的灵活性。重点展示水平集方法在实现光滑、可制造边界（如用于应力集中区域的平滑过渡）方面的强大能力，并提供计算流体力学（CFD）耦合的流体结构相互作用（FSI）优化案例。 多目标优化（MOO）与帕累托前沿分析： 讲解如何在设计中同时平衡刚度、质量和制造约束（如最小壁厚、最大应力）。介绍NSGA-II等进化算法在生成清晰的帕累托最优解集中的应用，并指导设计者如何基于工程背景从最优解集中进行有效选择。 第四章：先进结构设计中的多物理场耦合分析 现代机械系统的性能往往受热、电、磁等多种场域的共同影响，本章专注于耦合分析的建模技术。 热-结构耦合（Thermo-Mechanical Coupling）： 详述稳态与瞬态热载荷下的结构响应分析。重点关注材料的热膨胀系数差异导致的残余应力与热变形，特别是在焊接或快速加热/冷却过程中的损伤评估。提供疲劳寿命预测中，载荷谱与温度循环的联合作用模型。 振动控制与模态分析的优化： 阐述如何通过修改截面惯性矩、材料分布或引入阻尼材料，来主动控制结构的固有频率和振型。介绍针对特定工作频率的“陷波设计”技术，即通过结构优化将结构共振频率避开激励源频率，从而避免共振破坏。 接触与非线性有限元分析（FEA）的鲁棒性： 探讨复杂装配体中多点接触算法的收敛性问题。详细介绍接触刚度设置、惩罚因子调整以及如何利用迭代求解器（如Newton-Raphson法）加速非线性问题的求解，确保接触边界的精确模拟，尤其是在大变形和材料塑性变形的工况下。 第三部分：面向制造的结构设计与验证 本部分将理论优化成果转化为可实施的制造方案，并讨论关键的实验验证方法。 第五章：可制造性导向的设计（DFM）与后处理 优化结果必须能够被实际生产出来。本章强调设计与制造工艺的闭环集成。 增材制造的结构约束与支撑策略： 针对SLM/EBM工艺，分析悬垂角、内应力积聚区域对设计自由度的限制。介绍如何将拓扑优化结果与自动支撑生成算法相结合，同时优化支撑结构的密度和连接点，以最小化后处理工作量和残余变形。 注塑与钣金成型的设计准则： 针对传统制造工艺，系统梳理流动长度、拔模斜度、壁厚均匀性等核心设计规范。提供指导性图表，用于快速评估初步设计方案的可行性，避免进入复杂的有限元模拟后才发现制造瓶颈。 表面完整性与残余应力管理： 探讨加工硬化、热处理和表面喷丸等后处理工艺对结构局部性能（特别是疲劳寿命）的决定性影响。介绍非接触式测量技术（如X射线衍射）在评估表面残余应力分布中的应用。 第六章：实验验证与数字孪生构建 设计验证是确保结构可靠性的最后一道防线。 先进传感技术在载荷识别中的应用： 介绍分布式光纤传感（DFOS）技术在监测大型结构应变场方面的优势，以及如何在结构加载过程中实现高空间分辨率的数据采集。 疲劳寿命的加速测试与预测模型： 详细阐述S-N曲线的构建方法、高周疲劳（HCF）与低周疲劳（LCF）的区分。引入基于损伤累积模型的疲劳寿命预测，特别是如何将FEA计算出的应力/应变历史转化为实际的循环次数。 从物理原型到数字孪生的桥梁： 阐述如何通过迭代的实验数据反馈（如模态测试结果、实际变形数据）来校准和修正初始的有限元模型，从而提高数字孪生模型的预测精度，为后续的“预测性维护”提供坚实的数据基础。 本书通过对材料科学前沿的深入解读与结构优化理论的精湛运用相结合，构建了一个从材料选择到最终结构验证的完整技术链条，是指导现代高端装备研发人员实现结构性能突破的必备参考书。

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从结构上看，这本书的逻辑跳跃性极大，似乎是不同讲师的讲义拼凑而成。章节之间的衔接非常生硬，前一章还在详细讲解矩阵变换，下一章突然就跳到了纹理映射的基础，中间完全没有关于如何将几何数据高效地导入渲染管线、进行视景裁剪和深度排序的过渡性内容。对于一个需要构建完整几何处理流程的开发者而言，这种知识碎片化是非常有害的。更严重的是，书中对“误差控制”和“鲁棒性”的讨论几乎为零。例如，在处理曲面相交点的计算时，计算机浮点数的精度问题是不可回避的现实挑战，但书中对此避而不谈，仿佛所有计算都是在理想的数学空间中完美进行的。这种对工程实践中“脏数据”和“不确定性”的漠视，暴露出作者对实际软件开发环境的理解深度不足。一本优秀的工程技术书籍，必须直面这些“丑陋”但真实的问题，而不是只展示完美无瑕的理论模型。

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这本书的排版和图示设计，说实话，让我颇为费解。大量的公式堆砌在一起，缺乏必要的注释和流程图引导，使得理解曲线演化过程成了一场艰苦的“寻宝游戏”。尤其在讨论细分算法时，插图的分辨率之低，以及对关键步骤的缺失描述，使得我不得不频繁地停下来，转而查阅其他资料来印证我的理解。一个关于“网格简化”的章节，本应是展示如何平衡模型复杂度和视觉保真度的关键，但书中给出的案例却是几十年前的老旧模型，与当前主流的三维扫描和逆向工程的实际需求严重脱节。我甚至怀疑作者是否真正接触过现代的高性能图形硬件和大规模点云数据处理。如果一本专注于“技术”的书籍，连最基本的视觉辅助都做不好，那么它在传达复杂概念上的效率自然大打折扣。对于希望通过直观感受来学习几何造型的读者来说，这本书提供的帮助微乎其微，更多的是一种枯燥的文字重复。

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初次翻开这本书，我内心充满了期待，希望能找到一些关于这个领域前沿进展的深度解析。然而，阅读下来，我发现这本书在很多基础概念的阐述上显得有些力不从心。比如，对于B样条和NURBS曲面的基础数学原理，作者只是蜻蜓点水般地带过，缺乏必要的推导过程和几何直观的解释。这对于想要深入理解底层机制的读者来说，无疑是一个不小的遗憾。我原本期望能看到一些关于如何通过调整控制点和权值来精确控制曲线形状的详细讨论，但书中提供的例子大多过于简单，无法展示复杂曲面造型时的挑战与应对策略。更令人失望的是，在涉及曲面求交和布尔运算等高级话题时，书中仅仅罗列了一些算法的名称，却鲜有对这些算法在实际应用中可能遇到的数值稳定性和精度问题的深入剖析。整本书读下来，感觉更像是一本面向初学者的概览手册，而非一本能够指导工程师解决实际工程问题的工具书，其深度和广度都未能达到我心中的预期。我希望能从中学到如何构建高效的几何建模内核，但这本书提供的只是皮毛。

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这本书在工具和库的介绍方面，也显得极其保守和过时。它主要集中于介绍一些早已被更高效、更现代的开源库取代的传统几何处理工具集。比如，在讨论自由曲面编辑时，书中详述了如何手动编写一个简单的梯度下降算法来进行曲面形变，但对于诸如基于Laplacian的平滑技术、或者利用GPU加速的实时形变算法只是一笔带过，甚至没有提供任何可供参考的实现框架或算法伪代码。这使得读者很难将书本知识转化为实际可操作的代码。如果这本书的意图是培养实践者，那么它提供的“工具箱”无疑是生锈的。我本以为它会包含关于如何利用现代并行计算架构来加速复杂几何算法的章节，比如CUDA或OpenCL在曲面重建中的应用案例，但这些内容完全缺席。最终，这本书更多地像是一份对历史方法的整理，而非对未来几何造型技术发展的清晰指引，留给读者的实际操作价值非常有限。

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我购买这本书的初衷，是希望了解当前工业界在实时渲染和交互式设计中是如何应用几何造型技术的。我特别关注了关于隐式曲面表示法在物理仿真中的应用潜力，期待书中能有关于 Signed Distance Function (SDF) 或 Level Set 方法在碰撞检测和光线追踪中的最新进展。然而，这本书的内容似乎停留在上个世纪末的CAD/CAM黄金时代。关于参数化建模的讨论，几乎完全集中在传统的曲面拼接和修补上，对于现代基于特征的参数化建模（Feature-based Parametric Modeling）的底层约束求解机制，几乎没有提及。这就像是拿着一本关于汽车维修的旧手册，去试图修理一辆正在使用人工智能辅助驾驶的电动汽车——核心原理或许相通，但关键的技术栈已经完全错位了。我需要的不是对古老方法的复述，而是对未来建模范式转变的洞察。这种“年代感”让我在阅读过程中不断产生一种疏离感，觉得这本书与我所处的技术前沿相去甚远。

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