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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Kutz, Myer 编

出品人:

页数:840

译者:

出版时间:2005-11

价格:1428.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9780471719878

丛书系列:

图书标签:

• 机械工程
• 机械设计
• 工程材料
• 流体力学
• 热力学
• 制造工程
• 控制工程
• 机械制图
• 工程数学
• 可靠性工程

精密制造的基石：现代机械设计与应用（The Bedrock of Precision Manufacturing: Modern Mechanical Design and Applications） 本书旨在为机械工程领域的专业人士、高级学生以及对精密制造技术有浓厚兴趣的技术人员，提供一个全面、深入且高度实用的知识体系。不同于侧重基础理论或特定专业领域的传统手册，本书聚焦于当前工业界最为关注的设计流程、先进材料选择、智能制造集成以及复杂系统集成所面临的挑战与解决方案。 第一篇：面向性能的机械系统设计哲学 (Design Philosophy for Performance-Driven Mechanical Systems) 本篇将彻底革新传统的经验设计方法，转而推崇基于系统工程（Systems Engineering）和数字孪生（Digital Twin）理念的现代设计流程。 第一章：从需求到规范的严谨转化 本章详述如何将模糊的商业需求、法规要求以及用户体验反馈，系统地转化为可量化、可验证的工程性能指标（KPIs）。我们将深入探讨需求分解技术（Requirements Decomposition）、功能分析矩阵（Functional Analysis Matrix）的构建，以及如何利用质量功能展开（QFD）确保设计目标与市场期望的精准对齐。重点分析在高度耦合系统中，如何管理和权衡冲突性需求（如刚度与重量、成本与寿命）。 第二章：高级分析驱动的设计迭代 超越基础的静力学和动力学分析，本章侧重于现代仿真工具的应用深度。我们将详细解析有限元分析（FEA）的高级建模技术，包括非线性材料模型（如超弹性、粘塑性）的准确率提升、接触算法（Contact Algorithms）的选择与优化，以及如何通过网格自适应技术（Mesh Adaptivity）有效管理计算资源。此外，系统地介绍多物理场耦合分析（Multiphysics Coupling），特别是热-力-电磁场的协同作用在电机、传感器和流体机械设计中的关键作用。 第三章：可靠性、寿命预测与风险量化 现代机械系统的平均无故障时间（MTBF）要求极高。本章聚焦于基于概率的可靠性工程。内容包括：威布尔分析（Weibull Analysis）在疲劳寿命预测中的应用深化、损伤容限设计（Damage Tolerance Design）的实施步骤，以及如何集成环境因素（如腐蚀、温度循环）进行加速寿命试验（ALT）的设计与解释。风险管理部分将引入贝叶斯网络（Bayesian Networks）用于系统级故障模式与影响分析（FMECA）的量化评估。 第二篇：先进材料与结构完整性 (Advanced Materials and Structural Integrity) 材料是机械性能的决定性因素。本篇摒弃通用材料的笼统介绍，专注于高性能、特种应用材料的特性、加工性与使用限制。 第四章：高性能合金与复合材料的筛选标准 深入探讨航空航天、能源和生物医学领域常用的特种金属合金（如镍基高温合金、形状记忆合金）的微观结构与宏观力学性能的关系。复合材料部分，重点分析碳纤维增强聚合物（CFRP）和陶瓷基复合材料（CMC）的铺层设计理论、界面粘接强度对整体性能的影响，以及层间脱粘的监测技术。 第五章：增材制造（AM）对结构设计的影响 增材制造正在重塑设计思维。本章专门讨论如何为选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等工艺优化拓扑结构（Topology Optimization），如何管理和补偿AM过程中产生的残余应力与各向异性问题。结构设计指南将侧重于如何利用AM实现的复杂内部晶格结构（Lattice Structures）来同时实现轻量化和能量吸收功能。 第六章：表面工程与接触力学 机械磨损是系统失效的常见原因。本章详细介绍先进的表面改性技术，如反应性离子束沉积（PVD/CVD）的薄膜特性、激光熔覆（Laser Cladding）在修复和功能化中的应用。接触力学部分，重点分析Hertz接触理论的局限性及其在小接触面积、高承载工况下的修正模型，以及润滑剂在边界润滑和混合润滑状态下的行为预测。 第三篇：机电一体化与智能驱动 (Mechatronics Integration and Intelligent Actuation) 现代机械系统是高度集成的机电系统。本篇关注如何有效地将控制、传感与执行器集成到机械结构中，以实现更高的自动化和适应性。 第七章：高性能执行器的动态特性与集成 详细分析伺服电机（Permanent Magnet Synchronous Motors, PMSM）的饱和、温升对控制精度的影响。对于流体驱动系统，侧重于高响应伺服阀的动态建模与流量脉动抑制。此外，介绍压电（Piezoelectric）和磁致伸缩（Magnetostrictive）执行器在微定位和高频振动控制中的应用。 第八章：传感器融合与状态监测（Condition Monitoring, CM） 本章关注如何从噪声数据中提取有效信息。深入讲解基于振动信号的故障诊断，包括快速傅里叶变换（FFT）、小波分析（Wavelet Analysis）在高频冲击检测中的优势。内容涵盖了应变片、光纤传感器（FOS）以及非接触式激光多普勒测振仪（LDV）在复杂机械臂和高速旋转设备健康监测中的部署策略。重点介绍传感器数据融合技术（如卡尔曼滤波）以提高状态估计的鲁棒性。 第九章：运动控制与误差补偿策略 针对高精度运动平台（如数控机床、精密装配机器人），本章探讨前馈控制（Feedforward Control）与反馈控制的协同设计。详细分析由机械误差源（如齿隙、反向间隙、热变形）导致的系统误差，以及如何利用激光跟踪仪或基于视觉的测量系统实现闭环误差补偿（Error Compensation），从而突破硬件物理极限。 第四篇：制造流程与质量保证的数字转型 (Digital Transformation in Manufacturing and Quality Assurance) 本篇将视野从设计延伸至生产现场，探讨数字化工具如何优化制造流程并确保最终产品的质量。 第十章：工艺规划与可制造性评估（DFM/DFA）的实时反馈 本书强调设计与制造的紧密循环。内容包括如何使用基于知识的系统（KBS）在CAD环境中实时评估零件的加工难度、刀具路径优化需求和装配复杂性。重点分析五轴联动加工与机器人装配路径规划中的碰撞检测算法和奇异点规避策略。 第十一章：工业物联网（IIoT）在生产线上的应用架构 本章阐述如何构建连接物理设备与信息系统的工业数据基础架构。内容涉及边缘计算（Edge Computing）在实时数据预处理中的作用、OPC UA等工业通信协议的应用，以及如何利用时间序列数据库（TSDB）管理海量的机器运行数据，为预测性维护和工艺优化提供数据支撑。 第十二章：计量学与无损检测（NDT）的集成 确保产品质量的最后一道防线。本章介绍三维激光扫描、光学非接触式测量系统（CMM）在复杂曲面检测中的应用。无损检测部分侧重于先进超声波检测（Phased Array UT）和涡流检测（Eddy Current Testing）在检测内部缺陷和材料表面疲劳裂纹的定量化标准与操作规程。 本书特色： 本书的每一章节均包含大量工程案例分析，这些案例均来自于高精度机械系统（如高速列车转向架、微流控芯片制造设备、深海潜水器执行机构）的实际设计与故障排除过程，确保理论与实践的无缝衔接。同时，书中提供了丰富的计算模型和算法伪代码，方便工程师直接应用于现代软件工具的二次开发与定制化。 面向读者： 机械、航空航天、自动化工程领域的研发工程师、工艺规划师、质量控制专家，以及致力于掌握前沿机械系统集成技术的研究生和博士生。

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