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出版者:西南交通大学出版社

作者:唐经世

出品人:

页数:322

译者:

出版时间:2002-9

价格:25.00元

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isbn号码:9787810572972

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先进材料与结构设计：面向极端工况的应用研究 图书简介 本书深入探讨了在极端服役环境下，先进材料的选择、性能优化及其在复杂结构设计中的应用策略。聚焦于航空航天、深海工程、高速列车以及高能物理装置等对材料性能和结构可靠性要求极为苛刻的领域，本书系统梳理了从微观尺度材料行为到宏观结构失效机制的全过程，旨在为高性能工程系统的设计、分析与制造提供理论指导和实践参考。 第一部分：极端环境下的先进材料基础 本部分首先对极端工况的定义、特征及其对材料提出的挑战进行了界定。重点分析了高温、高湿、高压、强辐射、超低温以及多场耦合作用下的材料退化机理。 第一章：高温与热障材料 探讨了服役于涡轮叶片、火箭发动机等高温部件的材料体系，包括镍基、钴基单晶高温合金的微观组织演化、蠕变与疲劳行为。详细阐述了热障涂层（TBCs）的制备技术（如等离子喷涂、电子束物理气相沉积）、界面粘接强化机制以及在热循环条件下的失效模式（如氧化、剥落）。此外，还介绍了陶瓷基复合材料（CMCs）在提高耐热性和抗氧化性方面的优势及面临的挑战。 第二章：超高强度与韧性材料 关注于需要承受巨大载荷或冲击的结构，如先进装甲、深潜器外壳等。深入剖析了先进高强钢（如马氏体相变诱发塑性钢Maraging Steel）、超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）以及先进铝锂合金的组织控制与强化机制。重点讨论了如何通过细化晶粒、析出强化或引入第二相弥散质点，在维持高强度的同时改善材料的断裂韧性，避免脆性断裂。 第三章：耐腐蚀与抗疲劳材料 针对海洋、化工等介质腐蚀严重的环境，本书详细介绍了特种不锈钢、钛合金以及镍基耐腐蚀合金（如哈氏合金、蒙乃尔合金）的晶间腐蚀、点蚀和应力腐蚀开裂（SCC）的控制技术。在疲劳方面，着重研究了高周疲劳（HCF）和低周疲劳（LCF）的寿命预测模型，以及通过表面处理技术（如喷丸强化、激光冲击强化）来提高材料表面的残余压应力和抗疲劳性能。 第四章：功能复合材料与智能材料 着重介绍了结构与功能一体化的先进复合材料。对碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）和陶瓷基复合材料（CMMC）的界面设计、损伤容限（Damage Tolerance）分析进行了详尽论述。同时，引入了压电材料、磁流变液等智能材料在结构健康监测（SHM）和主动减振降噪系统中的应用潜力。 第二部分：面向极端工况的结构可靠性设计 本部分将材料性能与结构分析相结合，探讨了在复杂载荷和不确定性因素下，如何进行高效、安全的结构设计与评估。 第五章：复杂载荷下的结构分析方法 系统回顾了有限元分析（FEA）在处理非线性问题中的应用，包括大变形、材料本构关系非线性及接触问题的求解策略。特别关注了冲击载荷、爆炸载荷和周期性交变载荷（如振动）对结构动力响应的影响。引入了显式动力学分析方法，用于模拟材料的动态损伤和材料的侵彻过程。 第六章：疲劳寿命预测与断裂力学 详述了基于应力、应变、裂纹扩展速率的疲劳寿命分析方法，如Miner线性累积损伤理论的局限性及基于能量和相场理论的进步。在断裂力学方面，重点研究了高韧性材料中的裂纹尖端塑性区处理、复合材料中的分层与基体开裂机制，以及基于断裂韧度曲线（R-Curve）的结构安全性评估。 第七章：结构轻量化与拓扑优化 针对航空航天等对重量敏感的领域，详细介绍了基于密度的拓扑优化方法（Topology Optimization），用于确定材料的最佳分布。讨论了如何将制造约束（如增材制造的限制）融入优化目标函数中，实现强度、刚度与重量的最优平衡。同时，探讨了多尺度结构设计（如蜂窝夹层结构、桁架结构）在实现高比强度和比刚度方面的应用。 第八章：可靠性与不确定性量化 在工程实践中，材料性能和载荷都是随机变量。本章阐述了随机有限元（S-FEM）和可靠性评估方法，如一阶可靠度方法（FORM）和蒙特卡洛模拟（MCS）。重点讲解了如何将材料的微观不均匀性引入到宏观结构分析中，并量化结构失效概率，从而指导安全系数的确定。 第九章：增材制造（AM）中的结构完整性 增材制造为复杂结构设计提供了新的可能，但同时也引入了新的材料和结构问题。本章分析了选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）过程中产生的残余应力、孔隙率分布及其对结构疲劳性能的影响。讨论了如何通过优化工艺参数和后处理（如热等静压HIP）来提高增材制造部件的结构完整性和尺寸精度。 总结 《先进材料与结构设计：面向极端工况的应用研究》是一本面向高级工程技术人员、科研人员和研究生的高阶参考书。它不仅涵盖了新材料的性能表征，更侧重于如何将这些材料的潜力通过先进的结构设计理论和仿真技术转化为可靠、高效的工程实体，以应对未来工程领域对极端性能的严苛要求。全书力求理论深度与工程应用紧密结合，图表丰富，数据详实。

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这本书对我来说，更像是一本“故障排除的宝典”而不是单纯的教材。我所在的租赁公司，设备管理中最大的痛点之一就是如何快速准确地判断底盘故障的根源，因为底盘问题往往导致整机停工，经济损失巨大。这本书在“故障诊断与维护”这一块的处理方式堪称教科书级别。它没有停留在告诉你“如果出现A现象，检查B部件”的简单逻辑，而是深入剖析了导致A现象发生的各种潜在耦合因素。举个例子，当履带张紧度不一致时，除了表面的磨损差异外，书中还探讨了液压油缸密封件老化如何影响张紧力输出的稳定性，以及这与行走速度控制信号之间的微妙关联。这种系统化、多维度分析故障的思路，极大地拓宽了我的维修视野。我发现，很多之前认为是单个部件故障的问题，其实是整个底盘子系统之间相互制约的结果。通过这本书的指引，我们团队的诊断效率和准确率有了明显的提升，从过去依赖经验判断，转变为现在有坚实的理论支撑去验证推导，这是最大的收获。

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这本《工程机械底盘学》的出版，对于我这个常年在一线跑工地、跟各种大家伙打交道的工程师来说，简直是久旱逢甘霖。说实话，之前接触的很多教材或者参考书，要么过于理论化，充斥着让人头昏脑涨的公式和抽象的力学分析，要么就是干巴巴的维修手册，缺乏对底盘系统整体运行逻辑的深入剖析。这本书最让我眼前一亮的地方，在于它极其务实地将底盘的各个子系统——从行走机构、传动系统到转向和制动系统——的结构原理、设计考量，与实际工程应用中的常见问题和故障诊断紧密地结合起来。比如，它对履带式行走装置的磨损机理分析得非常透彻，不仅解释了为什么某些部件会加速损耗，还提供了基于不同工况下的预防性维护策略，这对于我们优化设备调度、延长使用寿命至关重要。特别是关于液压系统在底盘上的集成应用部分，作者似乎深谙“纸上谈兵”与“实战经验”之间的鸿沟，用大量工程实例来佐证理论，使得那些原本晦涩难懂的动态平衡和负荷分配问题变得清晰易懂。读完后，我感觉自己对挖掘机、推土机乃至起重机等重型装备的“脚下功夫”有了前所未有的掌控感，不再仅仅是操作者，更像是一个懂得其内在脉络的“诊断师”。

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翻开这本书，我立刻被它那种严谨中带着一丝对机械美学的敬畏感所吸引。不同于市面上那些为了凑字数而堆砌的通用性内容，作者在探讨底盘的动态性能和稳定性时，展现出了极其深厚的学术功底和丰富的工程经验。例如，在分析工程机械在非平坦地面作业时的倾覆风险和抗侧翻能力时，书中不仅详细阐述了相关力学模型的建立过程，更重要的是，它清晰地指出了不同悬挂设计和轴距布局对实际稳定性的影响梯度。我尤其欣赏作者在描述转向系统时所采用的对比手法，将机械转向、液压助力转向到如今主流的电控液压转向（EHB）的发展脉络梳理得井井有条，每种技术路线的优缺点、适用场景被剖析得鞭辟入里。这种从宏观的系统布局到微观的部件设计，再到最终的工程性能反馈的递进式讲解，极大地提升了阅读的层次感。对于正在进行新机型研发的技术人员来说，这本书无疑提供了一个坚实的理论基石和丰富的参考案例库，帮助我们在追求更高效率和更强通过性的道路上，做出更明智的结构决策。

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说实话，我最初买这本书是抱着试试看的心态，因为我对底盘领域的专业书籍总抱有一种“恐高症”，总觉得里面充斥着我看不懂的图纸和术语。然而，《工程机械底盘学》这本书成功地打破了这种偏见。它的文字表达非常流畅自然，即便是讲解那些复杂的传动比计算或者差速锁的工作原理，作者也总是能找到一个非常生活化或者贴近实际操作的类比来辅助说明。这本书的排版和图示质量也值得称赞，清晰的剖面图和流程图极大地减轻了理解负担。我特别留意了其中关于制动系统的章节，它不仅涵盖了传统的钳盘式制动和鼓式制动，还花了很大篇幅介绍现代工程机械中广泛应用的湿式多片制动器及其热管理问题。作者通过图表清晰地展示了制动能量如何转化为热能，以及如何通过油路设计来有效散热，这对于解决重载连续制动下的“热衰减”问题提供了理论指导。总的来说，这本书的阅读体验非常舒适，知识点层层递进，没有生硬的断裂感，感觉就像在听一位经验丰富的老教授为你娓娓道来他的毕生所学。

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对于一个机械设计专业的学生来说，这本书提供的价值在于它构建了一个全面且层次分明的现代工程机械底盘设计框架。很多学校课程在教授底盘设计时，往往将轮式和履带式机械的特点割裂开来，或者只关注某一个特定类型。但《工程机械底盘学》的独到之处在于，它成功地将不同应用场景下底盘设计的“共性”与“特性”进行了有机的融合与对比。例如，在讨论承载能力和刚度设计时，作者巧妙地引入了有限元分析（FEA）的基本思想，解释了如何通过优化车架结构来减轻自重同时提升抗扭刚度，这对于我未来进行结构轻量化设计至关重要。更进一步，书中对新能源工程机械底盘的探讨也展现出作者的前瞻性视野，尤其是在电池包集成带来的重心变化和冷却需求对悬挂系统带来的新挑战方面，提供了前沿的思考方向。这本书不仅教你如何“造”一个底盘，更重要的是，它引导你去思考在未来技术迭代中，底盘系统应该如何适应和演进，绝对是一本兼具深度、广度与前瞻性的杰出专业著作。

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