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出版者:北京大学出版社

作者:单泉

出品人:

页数:194

译者:

出版时间:2006-1

价格:22.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787301094334

丛书系列:

图书标签:

• CAXA
• 实体设计
• 机械设计
• CAD
• 教程
• 工业设计
• 三维建模
• 工程制图
• 软件操作
• 实用指南

机械设计与制造领域前沿探索：一部面向实践的工程手册 书名： 现代机械设计与优化制造技术集成应用 本书旨在打破传统机械设计与制造知识的壁垒，聚焦于当前工业界最为关注的数字化、智能化制造前沿技术，为工程师、技术人员及高年级本科生提供一套全面、深入且高度实用的技术指南。本书内容紧密结合最新的行业标准、材料科学进展及先进制造工艺，强调理论与工程实践的无缝对接。 --- 第一部分：数字化设计基础与高级建模策略 (Fundamentals of Digital Design and Advanced Modeling Strategies) 本部分奠定现代机械设计在数字化环境下的基础框架，着重于提升模型质量、效率和兼容性。 第一章：参数化设计思维与复杂曲面构建 本章深入探讨参数化设计范式的核心理念，不仅仅是简单的尺寸驱动，而是基于约束、关系和设计意图的层次化建模。内容涵盖： 高级特征驱动建模： 讲解如何利用方程驱动、表格驱动、乃至外部数据驱动（如传感器数据或优化算法结果）来构建自适应模型。重点分析变截面、变曲率组件的精确数学描述与软件实现。 自由曲面与逆向工程集成： 详细介绍NURBS曲面在复杂外形设计中的应用，包括曲率分析、曲面光顺算法（如G2连续性保证）及其在流体动力学部件（如叶轮、导流板）设计中的具体步骤。并结合三维扫描数据，探讨如何将点云数据转化为可编辑的参数化实体模型。 第二章：先进装配体管理与性能仿真准备 在大型复杂装配体设计中，管理设计意图和保证性能是关键挑战。 大规模装配体性能优化： 介绍轻量化装配体结构（Skeleton Model）的建立方法，探讨如何有效利用简化表示（Lightweight Representation）进行浏览和协作，而不牺牲核心设计信息的完整性。 数据结构与版本控制： 深入讲解PLM（产品生命周期管理）系统在设计阶段的数据组织逻辑，以及如何利用Git/SVN等版本控制工具来管理CAD文件和设计迭代历史，确保团队协作的同步性和可追溯性。 --- 第二部分：工程仿真与可靠性分析的深度融合 (In-Depth Integration of Engineering Simulation and Reliability Analysis) 本部分聚焦于如何将仿真工具从辅助验证提升为设计驱动的核心环节，强调多物理场耦合分析。 第三章：结构与接触行为的非线性有限元分析 (FEA) 本章超越基础的线性静力学分析，进入高阶的非线性求解领域。 材料本构模型的选择与校准： 详细介绍弹塑性、粘弹性、超弹性等复杂材料模型的适用场景，以及如何利用实验数据（如拉伸、蠕变试验）对本构模型进行参数化校准，确保仿真结果的物理真实性。 高级接触算法与稳定性控制： 深入剖析罚函数法、增广拉格朗日法在处理复杂接触问题（如滑移、粘附、自接触）时的差异。讲解如何通过调整求解器设置（如时间步长、收敛标准）来避免数值震荡和求解失败。 疲劳寿命预测与损伤容限设计： 侧重于基于应力/应变寿命法（S-N/E-N）和断裂力学法（如应力强度因子K/J积分）的疲劳评估。特别探讨多轴疲劳和高周疲劳（HCF）的设计准则。 第四章：多物理场耦合分析与优化设计 (Multiphysics Coupling and Optimization) 现代工程问题往往涉及热、流、固的相互作用。 流固耦合（FSI）的建模技术： 讲解单向、双向耦合的适用条件。以涡轮机或管道系统的振动分析为例，详细演示如何传递流体压力载荷到固体结构，并反馈结构形变对流场的影响。 热机耦合： 分析电子设备散热、发动机部件的热应力问题。重点介绍瞬态热分析中求解器的选择及边界条件（如对流换热系数）的准确估算方法。 拓扑优化与形貌优化： 介绍基于密度法和水平集法的拓扑优化流程。本书强调优化结果的“可制造性”约束集成，即在优化目标中直接加入对最小特征尺寸、拔模方向等制造约束的惩罚函数。 --- 第三部分：先进制造工艺与设计规范 (Advanced Manufacturing Processes and Design for X) 本部分将设计输出与实际的制造工艺紧密结合，确保设计的可行性和经济性。 第五章：增材制造（AM）的设计与后处理 增材制造对传统设计规范提出了颠覆性的挑战和机遇。 面向选区激光熔化（SLM）的设计： 详细讨论成型方向对残余应力和各向异性的影响。讲解如何通过结构倾斜、设计支撑结构（而非简单堆叠）来优化打印质量。 支撑结构的设计与去除策略： 介绍支撑材料的类型、连接强度设计原则，以及如何利用热处理或化学溶解方法来最小化对零件表面质量和内部残余应力的影响。 微观结构控制： 探讨增材制造过程中形成的凝固组织，及其对疲劳性能的影响，指导工程师如何通过工艺参数间接控制微观结构。 第六章：精密加工与表面完整性控制 针对高精度、高表面光洁度要求的零件设计规范。 刀具路径的逆向思维： 讲解如何根据五轴联动加工的限制和机床刚度，反向设计零件的特征形状，避免深窄槽、急剧角等“难加工”区域。 残余应力与变形控制： 分析切削过程中产生的热-力耦合效应，以及如何通过选择合理的切削参数（速度、进给、冷却液）和热处理工艺（如应力消除退火），来确保最终零件的形位公差。 表面完整性与涂层设计： 论述表面粗糙度（Ra, Rz）如何影响摩擦磨损和疲劳寿命。介绍不同表面改性技术（如PVD, CVD, 喷丸强化）对机械性能的贡献和设计接口标准。 --- 第四部分：系统集成与智能控制接口 (System Integration and Intelligent Control Interface) 本部分关注机械系统如何与传感、驱动和控制电子设备实现高效集成。 第七章：机电系统集成与运动控制接口 传动链的动态匹配： 讲解如何进行传动比、惯量匹配设计，以满足伺服系统的动态响应要求。内容包括齿轮箱的背隙与刚度对系统振动模态的影响分析。 传感器布局与数据采集： 针对状态监测（Condition Monitoring）需求，指导工程师在结构设计阶段预留传感器安装位置和布线空间，并考虑电磁兼容性（EMC）对信号传输的影响。 第八章：数字孪生与预测性维护的设计基础 模型映射与数据流： 阐述如何将高保真度的工程仿真模型（FEA/CFD模型）映射到运行时的数字孪生模型中，实现对物理资产的实时状态评估。 健康管理指标（PHM）的集成： 探讨如何基于设计阶段设定的安全裕度，结合实时运行数据，建立损伤累积模型，从而实现从定期维护到基于状态的预测性维护（PdM）的转变。 --- 本书的特色在于其高度的工程实用性和跨学科的知识整合能力，它不仅教授“如何画图”，更侧重于“如何设计出既能高效制造、又具备优异工作性能的复杂机械系统”。

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这本书的叙事风格非常独特，它似乎摒弃了传统技术手册那种刻板、生硬的教条式语言，转而采用了一种更具亲和力和引导性的口吻。阅读起来，常常能感受到作者那种对设计工作的热情和严谨态度在字里行间流淌出来。在讲解某些复杂操作时，作者会不时穿插一些个人经验或“小窍门”，比如如何通过特定的快捷键组合来极大地提高重复性工作的效率，或者在遇到软件兼容性问题时应该如何快速定位和解决。这些非正式的经验分享，让枯燥的软件学习过程变得生动有趣，也让读者感觉自己获取的不仅仅是软件操作指南，更像是得到了一份行业内老兵的“独家秘籍”。这种将个人沉淀融入教材的写作方式，极大地拉近了读者与作者的距离，使得学习过程不再是一种负担，而更像是一场知识的交流与碰撞。

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这本书的排版和插图设计真是让人眼前一亮，每一页的布局都经过了精心考量，既保证了信息传达的清晰度，又在视觉上给人一种愉悦感。特别是那些三维模型的渲染图，色彩搭配得恰到好处，细节之处的处理也极其到位，看得出来作者在制图软件的使用上绝对是达到了炉火纯青的地步。我尤其欣赏它在复杂结构分解和剖视图展示上的处理方式，很多CAD教材在这方面会显得非常生硬和抽象，但这本书却能通过富有层次感的图示，将零件间的装配关系和内部结构剖析得淋漓尽致，即便是初学者也能很快抓住关键。书中对工具栏和菜单项的介绍也足够详尽，不像有些教程那样只是简单地罗列功能，而是结合实际操作步骤，解释了为什么选择这个工具、在什么情境下使用最有效率，这种教学思路极大地提升了阅读体验和实际操作的连贯性。我感觉拿起这本书，就像是旁边坐着一位经验丰富的前辈，手把手地带着你进行每一个设计步骤，讲解得耐心又到位。

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坦白说，我对这本书的章节组织和学习路径的安排给予高度评价，它体现出一种非常成熟的教学法设计。作者清晰地认识到，掌握一个强大的三维设计软件，需要从基础概念的牢固建立开始，逐步过渡到复杂特征的整合应用，最后实现完整产品的设计。因此，前期的章节花了足够的时间去夯实三维空间想象力和基本建模逻辑，不急于求成。而后期的内容则如同水到渠成一般，自然而然地导向了装配体管理、工程图生成以及数据输出等工程环节。特别是它在版本管理和数据交换方面的介绍，非常贴合现代工业协作的需求，明确指出了不同格式文件在互操作性中可能遇到的陷阱及规避方法。这种结构化的学习路径，确保了读者能够建立起一个完整、可靠的设计知识体系框架，而不是零散地记住几个孤立的功能点，为将来的持续学习和职业发展打下了坚实的基础。

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与其他同类书籍相比，这本书在案例选择上表现出了极高的水准和贴近现实工程的倾向。它没有采用那些过于简单或脱离实际的玩具模型作为示例，而是选取了诸如精密机械结构件、标准紧固件乃至小型自动化设备组件等更具代表性的设计任务。每一个案例的引入，都伴随着一个明确的设计目标和需要解决的工程问题，这使得读者在学习软件命令时，始终保持着“为了解决什么问题”的清晰认知，而不是盲目地堆砌技术点。例如，书中对于一个多级减速箱箱体的设计流程描述，从材料选型初步构思，到结构强度分析前的几何优化，每一步都逻辑严密，引导性极强。这种“带着问题去学习”的模式，极大地激发了我去主动思考，而不是被动地模仿图示操作，真正培养了独立设计思维的能力。

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这本书的内容深度和广度着实令人印象深刻，它绝非市面上那些浅尝辄止的入门手册可比。在基础的草图绘制和二维标注完成后，它迅速将笔触转向了更具挑战性的曲面建模和复杂特征创建，这点对于想进一步提升技能的读者来说，简直是福音。书中对于高级特征，比如自由曲面、倒角、抽壳等这些在实际工程设计中至关重要的部分，都有非常系统和深入的探讨，不仅仅是操作层面的讲解，还涉及到了背后的设计理念和公差配合的初步考量。我特别关注了其中关于钣金件设计那一章节，它不仅展示了如何利用软件快速展开，更结合了实际的工艺限制，指出了在设计时需要注意的最小弯曲半径和折弯系数的选取原则，这使得书本的实用价值得到了质的飞跃，它真正做到了理论与实践的完美结合，让人在学习软件的同时，也提升了自己的工程素养。

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