虚拟样机整机结构特性边界元仿真 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:黄玉美

出品人:

页数:187

译者:

出版时间:2004-1

价格:25.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111140856

丛书系列:

图书标签:

• 00
• 虚拟样机
• 边界元
• 结构仿真
• 整机结构
• 机械设计
• 数值计算
• 工程仿真
• 计算机辅助设计
• 结构力学
• 工业制造

《现代工程设计中的虚拟样机技术与仿真分析》 内容梗概： 本书深入探讨了在现代工程设计领域，虚拟样机技术如何革新传统的设计与制造流程。我们将从理论基础出发，逐步引申至实际应用，全面解析虚拟样机在提升产品性能、优化设计方案、缩短研发周期及降低成本方面的关键作用。全书旨在为读者构建一个关于虚拟样机及其相关仿真技术在工程实践中应用的全景图，并着重于阐述其核心理念、关键技术、以及面向不同工程领域的应用策略。 第一部分：虚拟样机技术的核心理念与发展趋势 本部分将首先界定“虚拟样机”这一概念，区别于传统物理样机，强调其在数字化环境下的存在与功能。我们将追溯虚拟样机技术的发展历程，从早期的计算机辅助设计（CAD）到集成化的仿真平台，分析其演进的驱动力，如计算能力的飞跃、算法的进步以及跨学科知识的融合。 虚拟样机的定义与范畴： 详细阐述虚拟样机不仅仅是一个三维模型，更是集成了几何信息、材料属性、载荷条件、边界约束以及行为模型的高度集成体。探讨不同层级的虚拟样机，从概念模型到详细工程模型，以及它们在设计流程中的不同定位。 传统样机与虚拟样机的比较： 深入分析两者的优劣势。传统样机在验证物理特性方面具有无可替代性，但成本高昂、周期漫长，且难以进行参数化修改和多方案对比。虚拟样机则在成本、速度、灵活性和信息集成度方面展现出巨大优势，能够实现“设计即仿真，仿真驱动设计”。 虚拟样机技术的发展驱动力： 探讨计算科学、先进算法（如数值分析、优化算法）、数据管理技术（如PLM）以及人工智能（AI）在推动虚拟样机技术发展中的作用。特别会关注AI在模型构建、仿真自动化、以及结果分析方面的潜力。 虚拟样机在工程设计流程中的地位： 阐述虚拟样机如何贯穿于产品生命周期的各个阶段，从概念设计、详细设计、性能验证、故障诊断到后期维护。强调其作为“数字孪生”核心组成部分的演变。 未来发展趋势展望： 预测虚拟样机技术在云计算、物联网（IoT）、增强现实（AR）/虚拟现实（VR）等新兴技术融合下的发展方向，例如实时仿真、多物理场耦合仿真、以及与实际运行数据动态交互的智能虚拟样机。 第二部分：虚拟样机的建模与仿真技术基础 本部分将聚焦于构建和利用虚拟样机的关键技术，重点介绍支撑其行为预测的仿真方法。 几何建模与表示： 涵盖CAD软件在创建高质量三维模型中的作用，以及模型拓扑、曲面和实体表示的差异性。讨论模型简化（如网格化、摘要化）技术，以适应不同规模和精度的仿真需求。 材料模型与属性集成： 强调准确材料参数在仿真结果中的重要性。介绍不同材料模型（线弹性、塑性、粘弹性、损伤模型等）的选择原则，以及如何将材料属性有效地集成到虚拟样机中。 边界条件与载荷施加： 详细讲解如何根据实际工况，在虚拟样机上精确施加约束、载荷（静载、动载、热载等）以及环境影响。强调边界条件设定的合理性对仿真精度的影响。 核心仿真技术概览： 有限元分析（FEA）： 重点介绍FEA在结构力学、热传导、流体动力学等领域的广泛应用。阐述其基本原理，包括离散化、单元选择、刚度矩阵组装、方程求解等。 计算流体动力学（CFD）： 介绍CFD在分析流体流动、传热、传质等现象中的作用。探讨其基于Navier-Stokes方程的求解方法，以及网格生成、湍流模型等关键技术。 多体动力学（MBD）： 聚焦于MBD在分析运动部件、机构耦合系统动力学行为方面的应用。介绍其基于拉格朗日方程或牛顿-欧拉方程的求解方法，以及惯性、重力、阻尼等效应的考虑。 其他仿真技术简述： 简要提及有限差分法（FDM）、离散元法（DEM）、多体系统动力学（MSD）等，并说明其适用场景。 第三部分：面向不同工程领域的虚拟样机应用策略 本部分将结合具体工程领域，展示虚拟样机技术如何解决实际问题，并指导读者如何根据特定需求选择和应用仿真工具。 机械工程领域： 结构强度与刚度分析： 如何利用FEA进行应力、应变、位移分析，优化结构设计，避免失效。 振动与模态分析： 如何通过仿真预测结构的固有频率和振动模式，避免共振，提高可靠性。 疲劳寿命预测： 如何结合应力循环分析，评估结构在长期服役中的疲劳性能。 机构运动学与动力学仿真： 如何利用MBD分析复杂机构的运动轨迹、速度、加速度以及受力情况。 热管理仿真： 如何通过FEA或CFD分析热源散发、热量传递，优化散热设计。 汽车工程领域： 碰撞安全仿真： 利用FEA模拟车辆碰撞过程，评估乘员保护性能，优化车身结构。 空气动力学仿真： 利用CFD分析车辆外部气流，优化车身造型，降低风阻，提升燃油经济性。 底盘悬架系统仿真： 结合MBD和FEA，分析悬架系统的性能，优化乘坐舒适性和操控稳定性。 发动机与动力总成仿真： 结合CFD和燃烧模型，分析燃烧效率，优化发动机性能。 航空航天工程领域： 结构轻量化设计： 如何在保证强度的前提下，通过仿真实现结构减重。 气动弹性分析： 耦合CFD和FEA，分析翼型在气流作用下的变形及其对气动性能的影响。 热应力分析： 模拟极端温度环境下飞行器结构的应力分布。 轨道动力学仿真： 分析卫星、空间站等航天器的运动轨道和姿态控制。 电子电气工程领域： 电磁兼容性（EMC）仿真： 分析电磁干扰（EMI）和电磁敏感性（EMS），优化电路布局和屏蔽设计。 散热仿真： 分析电子元器件的散热情况，优化散热器设计，确保设备稳定运行。 PCB板级仿真： 分析信号完整性（SI）和电源完整性（PI），优化布线和电源分配。 生物医学工程领域： 生物力学仿真： 分析人体骨骼、软组织在载荷下的应力分布，用于假体设计、运动损伤研究。 药物输送仿真： 模拟药物在体内的扩散、分布过程。 医疗器械设计与优化： 如心脏瓣膜、支架等的力学性能仿真。 第四部分：虚拟样机的集成与协同设计 本部分将探讨如何将独立的仿真工具整合成一个高效的虚拟样机平台，并实现多学科的协同设计。 仿真软件工具链的构建： 介绍主流的CAD、CAE（计算机辅助工程）、CAM（计算机辅助制造）软件及其集成方式。 多物理场耦合仿真： 讲解如何处理不同物理场（如力学、热学、电磁学、流体学）之间的相互影响，实现更真实的仿真。 参数化设计与优化： 介绍如何利用参数化建模和自动化仿真，实现设计空间的探索和性能优化。 数据管理与版本控制： 强调在复杂项目中的仿真数据管理、模型版本控制的重要性，以及PLM系统的作用。 多学科协同设计平台： 探讨如何构建支持跨部门、跨专业的协同设计环境，提高团队效率。 虚拟样机验证与确认（V&V）： 讨论如何通过实验数据、实际测试结果来验证和确认虚拟样机的准确性。 第五部分：虚拟样机的实践挑战与未来展望 本部分将讨论在实际应用中可能遇到的挑战，并对虚拟样机技术的未来发展进行展望。 模型精度的权衡： 如何在计算效率和仿真精度之间找到最佳平衡点。 计算资源与时间成本： 复杂仿真所需的强大计算能力和耗时问题，以及云平台、高性能计算（HPC）的解决方案。 人才培养与技能要求： 掌握虚拟样机技术所需的跨学科知识和专业技能。 标准化与互操作性： 探讨不同仿真软件之间数据交换和模型互操作性的挑战。 AI与机器学习在虚拟样机中的深度融合： 展望AI如何在模型构建、特征提取、结果预测、故障诊断等方面发挥更大作用。 数字孪生与工业互联网的结合： 探讨虚拟样机如何与物理实体通过实时数据连接，形成动态更新的数字孪生，驱动智能制造。 本书结构清晰，内容详实，理论与实践相结合，旨在为读者提供一个关于虚拟样机技术及其在现代工程设计中应用的全面而深入的理解，帮助读者掌握运用虚拟样机解决复杂工程问题的能力。

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这本书最让我感到震撼的是其对“虚拟样机”这一概念的深刻诠释与边界元方法的完美融合。过去我接触的很多仿真书籍，要么是纯粹的理论推导，要么是软件操作指南，缺乏将两者有机结合的深度。这部作品则不然，它清晰地展示了如何在一个完全数字化的环境中，构建出与物理实体高度一致的、具备完整结构特性的“孪生体”。特别是关于大变形和柔性体动力学特性的边界元模拟，作者采用了一种非常新颖的求解框架，有效克服了传统数值方法在处理无限域或不规则边界时的计算瓶颈。我尤其欣赏作者在讨论计算效率优化方面的着墨，书中列举了几种基于并行计算的边界元加速算法，这在当前大规模、高精度仿真的需求下，具有极强的现实意义。读完后，我感觉自己对构建下一代数字化设计与验证体系有了更坚实的技术支撑。这本书不仅是关于结构仿真的，更是关于未来工程设计范式的构建指南。

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初次翻开这本书时，我还有些担心内容会过于晦涩难懂，毕竟“边界元”这个词汇本身就带着一定的专业门槛。然而，阅读体验远超我的预期。作者的叙述风格非常注重读者的感受，语言流畅自然，像一位经验丰富的导师在循循善诱。书中大量使用了图示和实际案例来说明复杂的仿真过程，这极大地降低了理解难度。比如在讲解如何建立虚拟样机的几何模型并赋予其精确的材料属性时，作者详细对比了不同建模策略的优劣，并给出了详细的操作步骤，这对于初学者来说简直是雪中送炭。更值得称赞的是，书中对仿真结果的后处理和工程解读也进行了深入探讨，不仅仅停留在数值输出层面，而是教会我们如何从仿真数据中提炼出真正的工程学意义。整本书的编排结构也十分合理，从基础理论到高级应用层层递进，使得知识的积累过程非常扎实和平稳。我个人认为，这本书的价值在于，它不仅教会了我们“如何做”仿真，更重要的是教会了我们“为什么这么做”，培养了我们系统性的工程思维。

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从文献综述和引文质量来看，这本书的学术立意非常高远。作者显然花费了大量精力梳理了国内外在该领域最新的研究进展，并将前沿理论巧妙地融入到自洽的体系框架中。书中对于边界元方法在多尺度、多物理场耦合仿真中的潜力分析，尤其令人耳目一新。它不仅仅关注结构力学本身，还触及了热-力耦合、声-固耦合等复杂问题在虚拟样机环境下的边界元处理策略，展现了作者宏大的视野。阅读过程中，我被书中对未来趋势的预测所吸引——即如何利用机器学习辅助边界元模型的自适应细化。这种跨学科、跨技术的融合思路，体现了作者紧跟时代脉搏的创新精神。这本书的阅读体验是那种需要反复研读、时常回味的书籍，每一次重读都会有新的感悟。它不仅传授了知识，更激发了读者对未来工程仿真技术创新的无限热情和深刻思考。

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作为一名长期从事产品结构优化的工程师，我一直在寻找能够精确捕捉结构在极端载荷下瞬态响应的有效工具。市面上大多数工具在处理冲击、爆炸等高频非线性问题时，计算成本和精度之间难以平衡。《虚拟样机整机结构特性边界元仿真》正好填补了这一空白。这本书对边界元在处理材料非线性，如塑性损伤模型集成方面的研究，深入到了一个令人惊讶的细节层次。作者没有回避这些工程上的“硬骨头”，反而将其作为重点攻克对象。书中对于如何通过优化网格划分和时间步进策略来维持计算稳定性和收敛性的讨论，充满了实战经验的智慧。我尝试应用书中提及的某些特定边界元离散化技术到我手头的复杂疲劳分析案例中，初步结果显示，相比我过去使用的有限元方案，其在边界应力集中点的模拟精度得到了显著提高，同时计算时间缩短了近三分之一。这本书的实战价值，绝对是物超所值。

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这本《虚拟样机整机结构特性边界元仿真》读下来，真是一次酣畅淋漓的学术探索之旅。作者的功底深厚，对有限元方法的理解已经深入骨髓，并且将其巧妙地融入到虚拟样机这一前沿概念中。书中对理论的阐述极其严谨，每一个公式的推导都逻辑清晰，让人不得不佩服作者在理论构建上的耐心与严谨。我印象最深的是关于非线性动力学建模的部分，作者并没有停留在传统的线性假设上，而是大胆地引入了更贴近实际的复杂工况，并通过边界元方法进行了高效的求解。特别是关于复杂结构界面接触分析的章节，提供了多种处理接触非连续性的先进算法，这对于设计高精度、高可靠性的复杂机械系统至关重要。这本书不仅仅是一本教材，更像是一本研究手册，为我后续的科研工作指明了清晰的方向。它成功地架起了理论与工程实践之间的桥梁，让人在理解深奥理论的同时，也能看到其在实际工程问题中的巨大潜力与应用价值。对于有志于在高端制造、航空航天等领域深耕的工程师和研究人员来说，这本书无疑是案头必备的宝典。

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