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出版者:人民邮电出版社

作者:蔡冬根

出品人:

页数:363

译者:

出版时间:2004-10

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787115124562

丛书系列:

图书标签:

• Pro/ENGINEER
• ProE
• CAD
• 机械设计
• 工程制图
• 培训教程
• 软件教程
• 2001
• 参数化建模
• 三维设计

经典技术深度剖析与前沿技术展望 内容聚焦：工业设计、机械制造、先进材料与数字孪生技术 一、 工业设计与产品开发流程的系统化研究 本书汇集了跨学科专家的最新研究成果，旨在为读者提供一个全面、深入理解现代工业设计与产品开发全流程的框架。我们摒弃了对单一软件操作的浅尝辄止，转而聚焦于设计哲学、人机工程学（Ergonomics）的精细化应用，以及设计决策背后的科学原理。 1.1 设计思维与概念生成（Design Thinking & Ideation） 本章深入探讨了从用户需求挖掘到初步概念形成的整个“发散与收敛”过程。重点分析了设计情境分析（Contextual Inquiry）、用户画像（Persona）的构建，以及如何利用头脑风暴的高级技巧，如“SCAMPER”法和“六顶思考帽”的变体，来突破传统思维定势。内容涵盖了如何将模糊的用户痛点转化为具体、可量化的设计参数。我们详细阐述了如何利用抽象模型和功能分解图（Functional Decomposition Diagrams）来构建稳健的设计基础，而非仅仅依赖直观感受。 1.2 结构优化与有限元分析（FEA）的深入应用 本部分完全脱离了特定CAD软件的界面演示，转而深入探讨了结构力学在现代产品设计中的核心地位。内容包括： 高级强度理论的比较与选择： 详细对比了冯·米塞斯（von Mises）应力、Tresca 屈服准则在不同材料（特别是各向异性复合材料）上的适用性边界。 疲劳寿命预测模型： 引入了S-N曲线（应力-周次曲线）与ε-N曲线（应变-周次曲线）的推导过程，并详细讲解了基于线弹性断裂力学（LEFM）的裂纹扩展速率分析，包括应力强度因子（K值）的计算方法及其在损伤容限设计中的作用。 拓扑优化算法解析： 对基于密度法的 SIMP（Solid Isotropic Material with Penalization）算法和水平集（Level Set）方法进行了数学建模的解析，重点讨论了约束条件的设置（如载荷边界条件的不确定性对优化结果的影响）。 1.3 表面处理工艺与美学工程 本章关注产品的最终呈现形式与耐用性之间的平衡。我们探讨了影响产品触感和视觉效果的关键参数，例如： 纹理度量标准： 引入了ISO标准对表面粗糙度（Ra, Rz, Rq）的精确界定，并分析了不同制造工艺（如精密铸造、磨削、激光熔覆）产生的典型微观结构。 色彩科学与材料交互： 基于CIE La颜色空间理论，分析了不同光照条件下材料色彩的感知变化，以及防腐蚀涂层在多层结构中的协同效应。 二、 增材制造（AM）的材料科学与工艺控制 本书对增材制造技术进行了高屋建瓴的审视，侧重于理解其背后的物理化学过程，而非仅仅停留在切片软件的使用上。 2.1 选择性激光熔化（SLM）与电子束熔化（EBM）的微观冶金 针对金属增材制造领域，本章深入剖析了熔池动力学。内容包括： 液态金属流动与残余应力： 分析了高扫描速度下，熔池的马兰戈尼效应（Marangoni Effect）如何驱动液态金属流动，进而影响晶粒结构和残余应力的分布。重点讨论了如何通过优化激光功率密度和扫描策略（如跳跃扫描、分层扫描）来抑制孔隙率和裂纹的生成。 后处理热等静压（HIP）的机理： 阐释了HIP工艺如何通过高压高温环境，促进扩散机制，消除内部微孔洞，从而显著提升零件的机械性能和疲劳极限。 2.2 聚合物增材制造中的固化动力学 对于光固化（SLA/DLP）技术，我们着重研究了光聚合反应的动力学模型。内容涵盖了： 临界能量密度与深度依赖性： 详细分析了光引发剂的浓度、光源波长与固化深度之间的非线性关系，这对于控制复杂结构件的尺寸精度至关重要。 材料的粘弹性转变： 探讨了打印过程中，树脂从液态到固态的粘弹性转变对内部应力积累的影响，以及如何通过调整打印温度和后固化条件来优化材料的韧性。 三、 先进制造与数字化集成：工业物联网（IIoT）的桥梁 本书的第三部分将焦点投向了未来工厂的集成化管理和数据驱动的决策系统。 3.1 制造过程的实时监测与反馈控制 我们探讨了如何利用高频传感器技术，实现对传统机床加工过程的“数字化透视”： 过程监测技术（In-situ Monitoring）： 详细介绍了利用声发射（Acoustic Emission, AE）技术实时捕捉刀具磨损信号，以及通过红外热成像技术监控切削区域温度场的分布，并建立起温度与刀具寿命的预测模型。 数字孪生（Digital Twin）的构建逻辑： 强调了数字孪生不只是一个几何模型，而是包含了实时操作数据、历史性能数据和预测模型的动态实体。本章提供了构建高保真数字孪生的数据架构模型，重点讨论了时间同步、数据清洗与模型校准的复杂性。 3.2 质量保证的统计过程控制（SPC）与机器学习集成 本部分超越了传统的Cpk/Ppk统计指标，探讨了如何利用大数据来驱动质量改进： 多变量过程能力分析： 介绍了如何使用主成分分析（PCA）来处理高维制造数据，识别出影响产品关键质量特性（CTQ）的核心工艺变量组合。 基于深度学习的缺陷识别： 阐述了卷积神经网络（CNN）在自动光学检测（AOI）系统中，对铸件、焊缝等复杂表面缺陷进行高精度分类和定位的应用框架。 四、 可持续性设计与生命周期评估（LCA）的量化方法 本书强调了现代工程师必须将环境责任纳入设计考量。 4.1 生命周期评估方法论 我们详细介绍了 ISO 14040/14044 标准下的LCA执行步骤，包括目标与范围定义、清单分析（LCI）、影响评估（LCIA）和结果解释。重点分析了如何量化能源消耗、温室气体排放以及水资源足迹。 4.2 循环经济与再制造工程 本章聚焦于如何通过设计手段促进产品的可回收性和再制造潜力。内容包括： 可拆卸性设计（Design for Disassembly, DfD）： 讨论了如何选择合适的连接件（如卡扣、螺栓而非焊接或粘合），以及如何优化部件的模块化布局，以降低逆向物流的成本和能耗。 材料替代与低环境影响材料选择： 基于材料的“摇篮到坟墓”评估结果，指导读者如何从可再生资源中提取高性能替代材料，并在满足性能要求的前提下，最小化其环境负荷。 总结： 本书为寻求技术深度、掌握前沿方法论的工程师、研究人员和高级技术人员提供了一套严谨而实用的知识体系。它着眼于工程实践的底层逻辑和未来技术的发展趋势，帮助读者构建跨越学科壁垒的系统化认知能力。

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