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作者:《汽车工程手册》编辑委员会 编

出品人:

页数:1128

译者:

出版时间:2001-1

价格:150.00元

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isbn号码:9787114039300

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机械设计与制造前沿：现代工业的基石 图书信息： 书名： 机械设计与制造前沿：现代工业的基石 作者： 张志强，李明，王芳（虚构） 出版社： 工业科技出版社 出版日期： 2023年10月 --- 内容简介 《机械设计与制造前沿：现代工业的基石》是一部全面、深入探讨当代机械工程领域核心理论、先进技术与未来发展趋势的权威著作。本书旨在为机械、材料、自动化等相关专业的工程师、研究人员及高年级学生提供一个系统、前瞻性的知识框架，以应对全球制造业向高端化、智能化、绿色化转型的挑战。全书共分六大部分，涵盖了从基础理论的深化到尖端制造技术的应用，强调理论与实践的紧密结合。 第一部分：先进材料与结构设计基础的再认识 本部分着重于现代工程对材料性能提出的更高要求，并探讨了如何利用这些新材料进行高效、可靠的结构设计。 1.1 智能与功能性材料的突破： 详细剖析了形状记忆合金 (SMA)、压电陶瓷以及自修复复合材料的微观结构、宏观力学行为及在极端环境下的应用潜力。特别对增材制造（3D打印）专用的高性能金属粉末（如高熵合金粉末）的制备工艺及其对最终部件性能的影响进行了深入分析。 1.2 疲劳、断裂与寿命预测的非线性模型： 超越传统的线性断裂力学，本章引入了多尺度疲劳损伤模型，结合数字图像相关技术 (DIC) 对材料表面应变场的实时监测数据，建立了更精确的疲劳裂纹萌生与扩展的预测算法。重点讨论了在高温、高频载荷（如航空发动机叶片工作环境）下的低周疲劳（LCF）与高周疲劳（HCF）的耦合分析方法。 1.3 轻量化结构拓扑优化： 阐述了密度法、水平集法等拓扑优化算法的最新进展。与传统有限元分析不同，本书侧重于如何将优化结果直接映射到增材制造的工艺约束中（如最小壁厚、支撑结构要求），实现真正意义上的“制造约束优化设计”。引入了多目标优化策略，平衡结构刚度、质量和固有频率的需求。 第二部分：精密与超精密加工技术 本部分聚焦于如何实现微米级甚至纳米级的制造精度，这是高端装备制造的核心竞争力所在。 2.1 难加工材料的特种加工： 深入研究了陶瓷、超硬合金以及镍基高温合金等难加工材料的加工特性。详细介绍了电火花加工 (EDM)、激光加工（特别是超快激光微纳加工）的物理机理，并对比了不同工艺在表面完整性（如残余应力、微裂纹）上的差异。 2.2 超精密磨削与抛光： 阐述了磁悬浮主轴在超精密磨削中的应用，如何有效抑制高速旋转带来的振动。在抛光方面，重点讲解了磁流变抛光 (MRF) 和电化学机械抛光 (ECMP) 技术在光学元件和半导体晶圆表面平整度控制上的突破。 2.3 刀具几何与切削力学的动态仿真： 引入了基于磨损模型的自适应刀具路径规划。通过分子动力学模拟 (MD) 对切削过程中的塑性变形区进行微观分析，指导刀具前角和刃口处理的设计，以延长刀具寿命并降低切削力。 第三部分：先进制造系统与数字化集成 现代制造不再是孤立的工序组合，而是高度互联的智能系统。《机械设计与制造前沿》详细介绍了实现工业4.0的关键技术。 3.1 增材制造（AM）的工艺链与质量控制： 全面覆盖选择性激光熔化 (SLM)、电子束熔化 (EBM) 及定向能量沉积 (DED) 等主流金属增材制造技术。核心内容在于“工艺-结构-性能”链条的闭环控制，特别是利用原位传感技术（如红外热成像、光谱分析）实时监测熔池的稳定性和缺陷的产生。 3.2 机器人化与柔性制造系统 (FMS)： 探讨了六轴以上高精度并联机器人在装配、焊接和检测中的应用。重点讲解了如何利用离线编程 (OLP) 和数字孪生 (Digital Twin) 技术，在虚拟环境中对复杂的FMS进行任务调度优化和碰撞检测，实现快速、少停机的生产切换。 3.3 工业物联网 (IIoT) 与数据驱动的维护： 阐述了如何通过在关键设备上部署高频传感器网络，采集振动、温度、电流等运行数据。基于这些大数据，构建基于状态的预测性维护 (PdM) 模型，利用机器学习算法预测设备故障概率，将维护策略从被动响应转变为主动干预。 第四部分：连接技术与表面工程 部件间的可靠连接和关键表面的功能化是确保装备长期可靠运行的关键。 4.1 现代连接技术： 深入对比了激光焊接、搅拌摩擦焊 (FSW) 在异种材料连接（如铝合金与钢）中的优越性。对结构胶粘接的力学性能建模进行了详细分析，特别是考虑了界面层的缺陷对疲劳强度的影响。 4.2 表面改性与功能涂层： 介绍了等离子喷涂、PVD/CVD 等先进涂层技术。重点关注耐磨损、抗腐蚀以及低摩擦系数的功能化表面设计，例如梯度功能涂层，其硬度和韧性随深度连续变化，以适应不同载荷需求。 第五部分：系统动力学与控制 本部分关注复杂机械系统的运动学、动力学特性分析及其精确控制策略。 5.1 多体系统动力学仿真 (MBD)： 利用拉格朗日方程和牛顿-欧拉方程建立复杂机械系统（如起重机、工程车辆悬挂系统）的运动学和动力学模型。重点分析了柔性体动力学，即当部件自身弹性变形显著时对系统整体性能的影响。 5.2 振动与噪声控制： 讲解了主动隔振技术和模态分析在机械设计初期的应用。详细介绍了附加质量阻尼器 (TMD) 和压电主动阻尼器的设计原理，以及如何通过声学场分析优化结构布局以降低辐射噪声。 5.3 伺服控制系统的优化设计： 探讨了先进PID控制、滑模变结构控制 (SMC) 在高精度伺服系统中的应用。特别关注在存在摩擦、间隙等非线性因素时，如何通过自适应或鲁棒控制手段保证系统在动态过程中的高性能。 第六部分：可持续制造与循环经济设计 面对日益严格的环保法规和资源约束，本部分探讨了机械工程在绿色制造中的责任与路径。 6.1 绿色设计原则与生命周期评估 (LCA)： 介绍如何将LCA工具整合到设计阶段，量化材料选择、能源消耗和废弃物产生对环境的影响。提出“易拆解、易回收”的模块化设计理念。 6.2 制造过程的节能与减排： 探讨了采用冷流体/干式切削替代传统大量使用切削液的方案，以及如何优化设备运行参数以降低单位制造成品的能耗。 结语： 《机械设计与制造前沿：现代工业的基石》不仅仅是一本技术手册，更是一幅描绘未来机械工业蓝图的指南。它要求工程师们跨越传统学科壁垒，拥抱数字化、材料科学和智能控制的交叉融合，以创新思维驱动制造业迈向更高质量的发展阶段。本书的深度与广度，确保了其在未来数年内作为行业前沿参考书的价值。

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初次翻开这本厚重的书籍时，我抱着一丝怀疑——毕竟市面上关于“工程手册”的读物，十有八九都是内容陈旧、图表模糊的“库存货”。然而，这本书彻底颠覆了我的刻板印象。它在材料科学与结构连接技术这一块的深度，着实让我叹为观止。我之前在处理碳纤维复合材料与铝合金连接点的疲劳失效问题时，走了不少弯路，查阅了大量零散的国际标准。而这本书，竟然用一个独立的章节，系统地梳理了不同粘合剂体系在不同环境载荷下的长期性能衰减曲线，甚至连不同表面预处理工艺对界面剪切强度的影响都做了详尽的对比分析，配图清晰到可以直接拿去车间做工艺指导。更让我惊喜的是，它对电动汽车热管理系统的热流密度分布预测模型进行了深入探讨，这部分内容显然是近年来最新的研究成果汇编。对于我们这些身处快速迭代的汽车工业中的人来说，时效性和实用性就是一切，而这本书在这两方面都做到了极致，它更像是一个顶尖专家团队多年经验的结晶，而不是某个单一作者的心血。

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这本书简直是为那些对汽车设计和制造充满好奇心的工程师和技术人员量身定制的宝典！我花了整整一周的时间来钻研其中关于内燃机优化燃烧过程的那几章，简直让人茅塞顿开。它没有停留在教科书上那些晦涩难懂的理论推导，而是非常务实地结合了最新的实验数据和工程实例。特别是关于高压直喷系统在不同负荷条件下的喷油正时控制策略，书中给出的三维动态模型分析，清晰地展示了混合气形成和火焰传播的微观过程，这对于我们团队在开发下一代排放标准满足性方案时起到了至关重要的指导作用。我特别欣赏作者在描述复杂系统时所展现出的那种深厚功底，他总能用最简洁的语言勾勒出问题的核心脉络，让原本让人望而生畏的NVH（噪声、振动与声振粗糙度）分析，变得条理清晰、易于上手。书中关于车身结构刚度与轻量化设计的权衡分析，也让我对如何平衡安全性和燃油经济性有了全新的理解。这本书绝不是那种陈旧的参考资料，它的内容紧密跟随行业前沿，是工程实践者案头必备的工具书。

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我本来以为这本手册会更侧重于传统的机械制造和动力总成部分，但令我意外的是，它在汽车电子电气架构（EEA）和功能安全（ISO 26262）方面的论述，展现出了令人信服的广度和深度。书中对域控制器集成趋势下的软件定义汽车（SDV）概念进行了前瞻性分析，清晰地描绘了从分布式ECU到中央计算平台的演进路线图。对于功能安全等级ASIL D的失效分析与冗余设计策略，书中给出了大量的实际案例剖析，特别是关于硬件架构中随机硬件失效的概率建模，非常严谨。我曾为理解“系统级诊断覆盖率”的计算方法苦恼许久，这本书中的图示和步骤分解，让这个原本抽象的指标变得可视化和可操作化。总而言之，它不仅是一本关于“如何造车”的书，更是一本关于“如何构建下一代智能汽车的工程体系”的指导纲领，其对软件和系统工程的重视程度，远超我的预期。

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对于一名刚刚步入汽车行业，正努力从理论学习向工程实践转化的新人来说，这本书的价值是不可估量的。我尤其喜欢它在“工程伦理与法规遵循”部分所占据的篇幅。它没有简单地罗列各国排放标准和碰撞安全法规的条文，而是深入探讨了在标准不断收紧的大背景下，工程师如何在成本和性能的夹缝中寻求最优解的哲学思考。书中通过对历史上的经典车型故障案例回顾，警示了在设计过程中过度追求单一指标（比如极致的性能或最低的成本）可能带来的系统性风险。这种强调“系统思维”和“责任意识”的叙事，远比枯燥的公式推导更能塑造一个合格的汽车工程师。它的排版简洁高效，虽然篇幅巨大，但索引和交叉引用系统做得极其出色，保证了查阅效率，使得你在面对一个突发的设计难题时，能够迅速定位到最相关的工艺参数或验证方法。这本书真正做到了“手把手教你如何成为一个既懂技术又懂规则的优秀工程师”。

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说实话，作为一名资深底盘系统工程师，我最关注的是车辆的动态性能调校。翻阅这本书时，我在转向比、转向力矩反馈以及悬架几何优化设计的部分流连忘返。这本书对转向系统响应延迟和路感传递特性的解析，采用了先进的“人-车”闭环控制视角，而不是简单的力学建模。它详细阐述了如何通过改变主销后倾角和转向拉杆的长度，来精确控制低速泊车时的虚位感和高速巡航时的稳定性。这种深入到“驾驶员感知”层面的分析，是许多传统手册所缺乏的“灵魂”。另外，它在制动系统（特别是再生制动与摩擦制动的无缝切换逻辑）的能量回收效率优化方面，提供了多套基于不同驾驶循环的算法对比，这对于提升电动车续航里程有着直接的工程意义。这本书的叙事风格非常老派且严谨，但内容却是面向未来十年的，这种强烈的反差感，让每一次阅读都充满发现的乐趣。

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