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出版者:中国电力出版社

作者:[美]詹姆斯·L.斯威尼

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页数:0

译者:清华四川能源互联网研究院

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isbn号码:9787519811280

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航天器结构设计与优化：面向极端环境的挑战与前沿技术 图书简介 本书深入探讨了现代航天器结构设计的复杂性、关键技术挑战以及面向未来任务需求的优化策略。随着人类探索活动向更远的深空、更苛刻的行星际空间拓展，航天器结构必须承受前所未有的热应力、辐射损伤、微流星体撞击以及长时间的低重力或零重力环境影响。本书旨在为航空航天工程师、结构分析专家、以及相关领域的研究人员提供一套系统、前沿且实用的理论框架和工程实践指导。 全书内容严格围绕航天器结构这一核心领域展开，不涉及任何与能源效率相关的理论或应用。 第一部分：航天器结构设计的基石与环境载荷分析 第一章：航天器结构概述与设计哲学 本章首先界定了航天器结构（包括载荷舱、姿态控制组件支撑结构、热防护系统集成框架等）的范畴及其在整个航天器系统中的关键地位。探讨了从早期任务到新一代可重复使用航天器的结构设计理念演变。重点阐述了结构设计必须遵循的“轻量化、高可靠性、环境适应性”三大基本原则，并引入了基于任务需求驱动（Mission-Driven）的设计方法论。对比了刚性结构、柔性结构以及智能结构的适用场景。 第二章：发射环境与地球轨道载荷分析 发射阶段是航天器结构面临的最严峻考验之一。本章详细分析了由火箭发射产生的瞬态和稳态载荷： 1. 动力学载荷： 深入解析了起飞推力、振动（随机振动与耦合振动）、声学载荷（Acoustic Loading）的产生机制及其对结构的影响模型。特别关注了发射器与有效载荷之间的耦合振动分析方法，包括模态分析和响应谱分析（Response Spectrum Analysis）。 2. 气动载荷： 针对穿越大气层阶段，分析了不同马赫数下的气动弹性效应，包括抖振（Flutter）和气动弹性发散（Divergence）的判据和抑制措施。 3. 热载荷与温差效应： 讨论了发射过程中由于空气摩擦和发动机热辐射导致的瞬态温度梯度，以及这对材料和连接点的热应力影响。 第三章：深空与行星际环境的特有载荷 本章聚焦于任务执行阶段的长期载荷挑战： 1. 空间环境效应： 详细分析了高能粒子辐射、原子氧侵蚀（针对低地球轨道）和宇宙射线对结构材料性能的长期退化效应，特别是聚合物复合材料的脆化和镀层失效。 2. 微流星体与轨道碎片（MMOD）防护： 阐述了威普尔-贝克尔（Whipple Shield）等经典防护结构的设计原理，讨论了多层间隔结构的反弹击穿机制，以及如何通过拓扑优化设计来最小化碰撞风险。 3. 热控失衡载荷： 讨论了在极端温差（如太阳直射面与阴影面）下，结构内部的热梯度导致的应力集中问题，以及对精密仪器安装基座稳定性的影响。 第二部分：先进材料、结构形式与制造技术 第四章：高性能航天结构材料的选择与性能表征 本章聚焦于满足航天严苛要求的先进结构材料： 1. 先进金属合金： 详述了钛合金（如Ti-6Al-4V）、高强度铝锂合金（Al-Li）在保证高比强度和耐疲劳性方面的应用，并讨论了其在低温环境下的韧性保持问题。 2. 复合材料技术： 重点分析了碳纤维增强聚合物（CFRP）和陶瓷基复合材料（CMC）在空间结构中的优势（极高的比刚度）。讨论了湿气吸收、界面脱粘以及长期热循环对层合板性能的影响。 3. 自适应与功能性材料： 介绍了形状记忆合金（SMA）在主动抑振和结构复形中的潜在应用，以及用于减轻有效载荷质量的泡沫金属结构。 第五章：创新的空间结构拓扑与形态 本章探讨了突破传统箱形或桁架结构限制的新型结构形式： 1. 可展开结构设计： 详细分析了应用于大型天线、太阳翼和栖息地模块的可展开机构（如桁架式、曲面网格式）。讨论了展开机构的锁紧机构可靠性、机构自由度约束以及展开过程中的动力学稳定性。 2. 拓扑优化与晶格结构： 利用先进的有限元优化算法，设计出具有最小质量和最大刚度的晶格（Lattice）结构，特别适用于3D打印制造的支撑件。讨论了如何量化晶格单元的宏观等效材料属性。 3. 柔性与系留结构： 针对在轨装配和姿态控制，分析了高强度绳索、薄膜结构在张力下的稳定性分析方法。 第六章：增材制造（3D打印）在航天结构中的应用 本章将增材制造视为颠覆性的制造范式转变： 1. 工艺选择与结构集成： 比较了选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）在制造复杂金属结构件（如燃料管路集成支架、轻质蜂窝芯材）上的优劣。 2. 缺陷控制与后处理： 讨论了增材制造零件中常见的孔隙率、残余应力及各向异性对疲劳寿命的影响，以及热等静压（HIP）等关键后处理技术对性能提升的作用。 3. 在轨制造潜力： 展望了利用机器人和增材制造技术在太空中直接修复或建造大型结构的工程可行性。 第三部分：结构分析、测试验证与寿命预测 第七章：航天器结构的精细化有限元建模与分析 本章提供了进行高保真结构分析的数学工具箱： 1. 多物理场耦合分析： 重点讲解了热-结构耦合（Thermo-Structural Coupling）、流-固耦合（FSI）在结构设计中的应用流程。强调了如何准确映射外部载荷到FEA模型。 2. 非线性分析： 涵盖了大变形分析、材料本构模型的非线性（如塑性、蠕变），以及接触分析在分离机构和锁紧组件中的重要性。 3. 模态识别与特征值分析： 讨论了如何通过实验模态识别技术（EMA）来校准和验证地面测试模型的准确性，确保结构固有频率远离发射器和在轨工作环境的激发频率。 第八章：环境地面测试与验证策略 验证是确保结构可靠性的最后一道防线： 1. 振动与声学测试技术： 详述了随机、正弦、瞬态冲击试验的加载控制策略，包括控制点的选择、夹具设计（避免应力集中）以及响应信号的分析处理，特别是能量等效（EQI）的计算。 2. 热真空（TVAC）试验： 讲解了在模拟空间真空和极端温度循环下进行结构载荷试验的复杂性，包括应变片粘贴技术和温控载荷的施加方法。 3. 疲劳与寿命评估： 介绍了基于S-N曲线或ε-N曲线的低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）评估方法，以及累积损伤理论（如Miner法则）在航天器结构设计寿命预测中的应用。 第九章：在轨结构健康监测与智能维护 本章关注于结构的全寿命周期管理： 1. 传感器技术集成： 讨论了光纤布拉格光栅（FBG）、压电传感器阵列等嵌入式传感系统在实时监测应变、温度和裂纹扩展方面的应用。 2. 结构健康监测（SHM）算法： 介绍了利用模态参数变化来识别结构损伤（如连接件松动、复合材料分层）的模式识别算法，以及数据融合技术在提高诊断准确性中的作用。 3. 结构可靠性预测： 结合概率方法和蒙特卡洛模拟，对结构在不确定载荷和材料退化条件下的整体可靠性指标（如故障概率）进行量化评估，为维护和延寿决策提供科学依据。 本书结构清晰，逻辑严密，理论深度与工程实践相结合，是理解和掌握航天器结构设计前沿技术的必备参考书。

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对于长期受困于**现代企业供应链管理的复杂性与韧性构建**方面的管理者来说，这本手册简直就是久旱逢甘霖。它的切入点非常务实，没有过多地纠缠于空泛的理论，而是直击当前全球贸易环境下的痛点——地缘政治风险、突发公共事件以及“黑天鹅”事件对生产连续性的冲击。书中提出了一套基于“多中心化冗余网络”的动态风险评估模型，并辅以大量的案例分析，比如某跨国汽车制造商如何在半导体短缺危机中，通过快速重构Tier 2供应商体系实现产能的“软着陆”。我尤其欣赏作者强调的“数字化孪生”在预测性维护和库存优化中的应用。他们详细阐述了如何利用AI算法对历史中断数据进行深度学习，从而提前识别潜在的瓶颈环节。这本书的语言风格专业且直接，结构清晰，每一章的结尾都有明确的“行动清单”（Actionable Takeaways），这对于需要立刻将理论转化为实践的商业人士来说，价值无可估量。读完后，我立刻着手优化了我司的B/C级供应商的应急预案，效果立竿见影。

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我最近读完的这本关于**19世纪浪漫主义音乐中“崇高”主题的哲学探讨**，让我对贝多芬和李斯特的作品有了全新的理解。这不是一本教你如何欣赏音乐的入门指南，而是一次深入到艺术精神层面的哲学思辨之旅。作者巧妙地将康德的美学理论与当时的社会变革，特别是工业革命带来的个体焦虑感结合起来，论证了音乐如何成为表达人类面对自然伟力时那种敬畏、恐惧与迷恋交织的“崇高”情感的最佳载体。书中对肖邦夜曲中那些突然爆发的宏大和弦与极度内省的旋律之间的张力分析得入木三分，揭示了艺术家试图在有限的艺术形式中捕捉无限精神体验的挣扎。我对作者对“听觉空间”的描述印象深刻，他将交响乐厅的声学环境视为一种媒介，如何影响听众对“无限性”的感知。阅读体验是一种高度智性的享受，文字本身就充满了节奏感和画面感，仿佛每一段文字都对应着一段激昂的管弦乐。对于那些寻求超越音乐形式，探究艺术本质的人来说，这是一本极具启发性的读物。

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这本书讲述的是**北极圈内土著民族的海洋生态知识与传统导航技术**，简直是人类学和地理学的奇妙结合体。作者作为一名长期的田野调查者，其记录的细致程度令人咋舌。书中大量的篇幅用来描述因纽特人如何通过观察海冰的颜色、气味以及特定鸟类的迁徙模式来判断冰层的稳定性和鱼群的洄游路径。我原以为这些知识在现代GPS技术面前已经失去了意义，但书中清晰地展示了在极端天气和电子设备失灵的情况下，这些世代相传的“活地图”才是真正的生命线。作者不仅记录了技术，更深入挖掘了知识背后的世界观，比如他们如何看待海洋中的生命体，以及这种生态关系如何被融入到他们的语言和神话叙事中。特别是关于他们如何利用星辰和极光的微妙变化进行远洋定位的章节，其精确性完全不亚于现代天文导航。这本书的价值在于它保留了人类在特定极端环境下发展出的独特认知模式，提醒我们现代科学并非衡量一切智慧的唯一标尺。

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我最近沉迷于这本**古代巴比伦楔形文字的翻译与文化解读**的著作。作为一个对历史文化抱有浓厚兴趣的业余研究者，我一直对那个失落的文明充满敬畏，而这本书真正让我感觉像是穿越回了美索不达米亚平原的炙热阳光下。它不仅仅是一本枯燥的词典或语法指南，而是将那些刻在泥板上的文字“激活”了。作者花费了大量篇幅去重建那些失传的词汇含义，并结合考古发现，细致地还原了当时的社会结构、宗教仪式乃至日常琐事。比如，关于“乌尔城邦的税收记录”的章节，通过分析具体的泥板，我们得以窥见那个时代复杂的经济运作体系，远比教科书上的描述要细腻得多。最让我感到惊喜的是，书中收录了大量高分辨率的泥板拓片和照片，配有详细的译文对照，这使得学习和研究过程变得异常直观。这种将语言学、考古学和人类学完美结合的叙事方式，让原本冰冷的古代文献充满了人情味和历史的厚重感。如果你对人类文明的摇篮感兴趣，这本书绝对能提供一个深度和广度兼备的视角。

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这本关于**量子纠缠的最新进展**的书简直是物理学爱好者的福音！作者以一种极为清晰且引人入胜的方式，梳理了从贝尔不等式到最新实验验证的复杂脉络。我原以为要啃下这么多深奥的数学公式和晦涩的理论概念会是个煎熬，但事实完全出乎意料。书中不仅仅是罗列事实，更是在讲述一个科学发现的史诗般旅程。特别是关于“鬼魅般的超距作用”的章节，作者用日常生活的类比，将爱因斯坦的困惑和后世物理学家如何逐步解开谜团的过程描绘得栩栩如生。我特别欣赏他对实验设计细节的深入剖析，那些为了排除所有“局域隐变量”可能性的精妙设计，读起来就像在看一场高智商的侦探小说。读完后，我对宇宙基本实在的理解产生了一种近乎颠覆性的震撼，感觉自己触摸到了某种超越宏观世界的根本规律。这本书的排版和插图也做得非常出色，那些用彩色编码的量子态图示，极大地帮助了理解抽象的概念。对于任何对基础物理学抱有强烈好奇心的人来说，这都是一本不可多得的佳作，它拓展了我们对实在的认知边界。

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