具体描述
《机械设计手册》第四版共分5卷，涵盖机械常规设计的所有内容。其中第1卷包括一般设计资料，机械制图、极限与配合、表面粗糙度，材料，机构；第2卷包括联接与紧固，轴及其联接，轴承，起重运输机械零部件，操作件、小五金及管件；第3卷包括润滑与密封，弹簧，螺旋传动，摩擦轮传动，带、链传动，齿轮传动，多点啮合柔性传动；第4卷包括减速器，液压传动，液压控制；第5卷包括气压传动，机械振动的控制及利用，机架设计，常用电机、电器及电动（液）推杆等。 《机械设计手册》第四版是在总结前三版的成功经验，考虑广大读者的使用习惯及对《机械设计手册》提出的新要求，并在广泛调查研究中、基础上进行编写的。《机械设计手册》第四版突出实用性，从机械设计技术人员的角度出发，合理安排内容取舍和编排体系；强调准确性，数据、资料主要来自标准、规范或其他权威资料，设计方法、公式选择、参数选用经过长期实践检验，设计举例来自工程实践；反映先进性，增加了许多适合我国国情的新材料、新方法、新技术、新工艺，广泛收集具有先进水平的新产品，并采用最新标准规范；体现全面性，涵盖了机械常规设计的全部内容。《机械设计手册》第四版保持了前三版的风格、特色和品位，从总体上体现了资料新颖，准确可靠，内容全面，实用便查的特点。 《机械设计手册》可作为机械设计人员和有关工程设计技术人员的工具书，也可供大专院校有关专业师生参考使用。
基础科学与工程原理探究 理论物理学前沿：量子场论的再认识 本书深入探讨了量子场论（QFT）在现代物理学中的核心地位及其最新进展。我们从量子力学和狭义相对论的基本假设出发，系统地构建了经典场论的量子化过程。重点章节聚焦于费曼图的构建与计算技巧，详细解析了标准模型中规范场（如电磁场、弱相互作用场）的拉格朗日密度及其相应的规范不变性原理。 书中引入了重整化群的概念，清晰阐释了物理学中“有效场论”的意义，并对比了固定点理论在描述临界现象中的应用。特别地，我们对非微扰效应进行了深入分析，包括瞬子（Soliton）和瞬变子（Instanton）的拓扑性质及其对真空结构的影响。对于寻求理解粒子物理实验结果背后深层机制的研究人员而言，本书提供了从第一性原理出发的严谨数学框架和清晰的物理图像。全书辅以大量经过严格验证的数学推导和前沿研究案例。 高等材料科学：纳米结构与宏观性能的关联性 本书是一部面向高级研究人员和工程师的材料科学专著，核心在于揭示材料在纳米尺度下的微观结构如何决定其宏观力学、热学和电学性能。内容涵盖了晶体缺陷工程、界面效应的量化分析以及表面弛豫现象的理论模型。 详细阐述了电子显微学（TEM/STEM）中图像解析技术（如高分辨成像和EELS谱分析）如何用于确定原子尺度的结构信息。在力学性能部分，重点讨论了位错动力学在极端条件（如高应变率）下的行为，以及晶界对材料韧性与强度的耦合作用。对于新型功能材料，如二维材料和金属有机框架（MOFs）的合成与性能调控，书中提供了详细的合成路径优化案例和结构-性能关系建模方法。本书的特色在于将计算材料学（DFT计算）的结果与实验观测进行紧密结合，旨在提供一个预测材料行为的跨尺度分析框架。 --- 现代信息技术与计算方法 复杂系统建模与仿真：基于多尺度方法的实践 本书聚焦于如何对具有复杂相互作用的网络（如生态系统、金融市场或大规模工业流程）进行精确的建模和高效的仿真。我们摒弃了单一尺度的简化方法，转而采用多尺度建模（MSM）的理念。 内容从描述单个单元行为的微观模型开始，逐步过渡到描述群体现象的介观模型，直至宏观系统级分析。书中详细介绍了基于代理（Agent-Based Modeling, ABM）方法的构建流程，包括状态空间定义、行为规则设计以及异质性处理。为解决计算效率问题，本书提供了混合模型（Hybrid Modeling）的构建策略，如将连续的偏微分方程（PDE）与离散的事件驱动模拟相结合的实例。仿真结果的有效性验证是本书的另一重点，通过敏感性分析和不确定性量化（UQ）技术，确保模型预测的可靠性。 高性能计算与并行算法设计：GPU加速与异构架构优化 本书针对当前高性能计算（HPC）领域对大规模并行处理的需求，系统介绍了面向现代异构计算架构（如CPU+GPU）的并行算法设计与优化技术。 首先，对现代并行编程模型，特别是CUDA和OpenCL进行了深入的讲解，包括内存层次结构（全局内存、共享内存、寄存器）的优化策略。随后，重点探讨了针对不同计算核心特性（如浮点运算密集型与内存带宽密集型）的算法重构方法。书中详细分析了稀疏矩阵运算、快速傅里叶变换（FFT）以及分子动力学模拟中的粒子间相互作用计算在GPU上的高效实现。通过多个实际的科学计算问题案例，读者可以学习如何进行性能剖析、识别瓶颈，并运用异步操作和流（Stream）管理来最大化设备利用率，实现近乎线性的加速比。 --- 工业过程控制与优化 先进过程控制（APC）：模型预测控制（MPC）的深度应用 本书旨在为化工、石油和能源行业的控制工程师提供一套关于先进过程控制（APC）的理论基础和实际应用指南，重点是模型预测控制（MPC）。 首先，回顾了经典PID控制的局限性，并详细介绍了辨识系统动态模型的方法，包括时域和频域辨识技术。核心章节深入剖析了MPC的数学原理，包括优化问题的构建（二次规划QP或二次约束二次规划QCQP）、约束处理（软约束与硬约束）以及对模型失配的处理策略。书中提供了针对大型、多变量、强耦合系统的具体案例，如精馏塔的温度和组分控制，以及反应器的转化率优化。此外，还探讨了鲁棒MPC（RMPC）和自适应MPC（AMPC）在应对环境扰动和系统非线性时的优势与挑战。 工业物联网（IIoT）架构与边缘计算安全 本专著全面覆盖了工业物联网（IIoT）的系统架构、关键技术和安全挑战。从传感器层的数据采集与预处理开始，系统介绍了OPC UA、MQTT等工业通信协议的选择与应用。 架构部分着重讨论了云-边-端三层结构的设计原则，特别是边缘计算（Edge Computing）在IIoT中的核心作用——如何实现低延迟的数据分析、控制反馈和本地数据聚合。在安全方面，本书提供了针对工控系统（ICS）的威胁模型分析，并详细介绍了从数据加密、身份验证到固件更新的安全机制设计。通过对实际工业场景（如智能制造车间和远程设备监控）的案例研究，读者将掌握如何构建一个既高效可靠又具备高安全性的工业数据基础设施。 --- 工程力学与结构可靠性 非线性有限元分析：复杂本构关系与接触问题求解 本书侧重于工程结构分析中遇到的非线性问题，特别是材料非线性和几何非线性。在材料模型方面，详细探讨了弹塑性、粘塑性及损伤本构关系的建立，并给出了在有限元框架下实现这些模型的算法细节，如修正牛顿法和轨迹跟踪法。 几何非线性部分，重点分析了应变率依赖性和大变形对求解稳定性的影响。接触问题是本书的另一大难点突破口，书中系统阐述了罚函数法、增广拉格朗日法在处理接触约束和摩擦条件上的应用，并对比了不同接触算法的收敛速度和精度。最后，通过详尽的算例，指导读者如何正确地设置收敛标准和时间步进策略，以确保复杂工程问题（如冲压成形、碰撞模拟）的计算结果具有工程可靠性。 结构可靠性理论与寿命预测：基于随机过程的方法 本书从概率论和随机过程的角度，对工程结构的可靠性进行了深入分析。内容从基本的可靠性指标（如失效概率）定义开始，逐步引入随机变量的表示方法。 核心内容围绕随机过程模型，用于描述载荷和材料强度随时间的变化。详细讨论了载荷过程的Poisson过程和Weiner过程的建模，以及材料老化和疲劳损伤的随机累积模型。书中重点介绍了先进的可靠性分析方法，如First-Order Reliability Method (FORM) 和 Second-Order Reliability Method (SORM)，并阐述了如何利用Monte Carlo模拟和重要抽样技术来评估高可靠性水平下的失效概率。针对实际工程应用，本书还提供了基于历史数据和专家知识的贝叶斯方法，用于结构寿命的动态预测和评估。
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