Materials Processing and Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Cesar De Sa, J. M. A. (EDT)/ Santos, Abel D. (EDT)

出品人:

页数:1676

译者:

出版时间:2007-6

价格:$ 416.97

装帧:HRD

isbn号码:9780735404151

丛书系列:

图书标签:

• 材料科学
• 材料工程
• 材料加工
• 材料设计
• 制造工程
• 工艺学
• 金属材料
• 聚合物材料
• 陶瓷材料
• 复合材料

现代制造技术与材料科学前沿：一本面向未来的综合性指南 引言：工业革命4.0背景下的材料与制造的深度融合 在当今全球制造业向数字化、智能化转型的浪潮中，材料科学与先进制造技术的交叉融合已成为驱动技术创新的核心引擎。本书旨在提供一个全面且深入的视角，探讨支撑现代工程系统的基础理论、最新研究进展以及关键应用技术。本书的侧重点在于解析一系列与“材料加工与设计”（Materials Processing and Design）领域相关，但又不直接涵盖其核心内容的现代工程主题，聚焦于系统集成、智能控制、高性能材料的特异性应用、以及制造过程的数字化孪生与优化。 第一部分：先进制造系统的集成与控制 本部分着眼于制造系统的宏观架构、数据驱动的决策制定，以及实现高精度、高效率生产所必需的控制理论。 第一章：工业物联网（IIoT）在智能工厂中的架构与实施 本章详细阐述了工业物联网（IIoT）如何重塑传统生产线。内容涵盖了从传感器技术选型、边缘计算（Edge Computing）在实时数据处理中的作用，到云端大数据分析平台的构建。重点探讨了异构设备间的数据互操作性标准（如 OPC UA、MQTT）以及在多层级制造网络中实现信息物理系统（CPS）的理论基础。我们将深入分析如何利用IIoT实现对生产资源的动态调度和能耗的实时优化。 第二章：基于模型的预测控制（MPC）在复杂机械系统中的应用 本章聚焦于先进控制理论在确保制造精度和系统鲁棒性方面的应用。我们将详细介绍模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）的数学框架，包括约束处理、实时优化算法（如二次规划QP求解器）的选择与实施。案例分析将侧重于高动态机床进给系统的控制、机器人操作的轨迹规划与误差补偿，以及如何将物理模型与实际运行数据相结合，构建更加可靠的闭环控制系统。 第三章：增材制造过程的质量保证与无损检测集成 虽然本书不侧重于增材制造（AM）本身的材料-工艺关系，但本章将重点讨论如何确保通过AM制造出的零件满足严苛的可靠性要求。内容包括：在线监控技术（如光谱辐射分析、热成像）如何实时反馈至激光功率或扫描速度的调整；以及先进的无损检测（NDT）技术，如计算机断层扫描（CT）、超声波相控阵技术，在三维打印件内部缺陷（如孔隙率、未熔合区域）的定量表征和尺寸验证中的最新进展。 第二部分：高性能与功能性材料的特定工程应用 本部分关注的是那些需要特定加工策略或在特定苛刻环境下发挥作用的先进材料，以及它们在集成系统中的行为。 第四章：极端环境下的结构完整性与疲劳分析 本章深入研究了航空航天、深海探测和核能等领域中服役材料的长期可靠性问题。重点分析了高温蠕变、高周疲劳（HCF）和低周疲劳（LCF）的物理机制。内容包括如何应用损伤容限（Damage Tolerance）设计理念，以及使用数字图像相关（DIC）技术在动态载荷下对材料应变场的实时测量方法。此外，还将讨论应力腐蚀开裂（SCC）的机理及其在特定合金体系中的预防措施。 第五章：智能材料与结构中的传感与驱动机制 本章探索了功能性材料如何被集成到结构中以实现自适应或自修复能力。重点是压电材料、形状记忆合金（SMA）和电活性聚合物（EAP）的本构关系、能量转换效率，以及如何将其嵌入到复合材料基体中。我们将探讨如何设计集成的传感器网络（如光纤布拉格光栅FBG）来监测结构健康状态，并驱动执行器进行实时变形或阻尼调整。 第六章：先进复合材料的界面工程与长期性能预测 本章关注纤维增强复合材料（FRC）在减轻重量和提高特定强度方面的优势，但不深入探讨基础铺层设计。核心在于界面科学：纤维与基体之间的粘接强度、界面处的应力传递效率，以及界面如何影响复合材料的宏观力学性能（如层间剪切强度）。此外，还将介绍先进的寿命预测模型，特别是考虑了微裂纹萌生和扩展对整体性能衰减的累积效应。 第三部分：制造过程的数字化孪生与优化 本部分聚焦于如何利用先进的计算工具来模拟、预测和优化制造流程的整体效率和结果。 第七章：多物理场耦合仿真在制造过程中的应用 本章探讨了利用有限元分析（FEA）软件平台，对涉及热、力、电磁场耦合的复杂制造过程进行精确建模。例如，在激光焊接或电磁感应加热过程中，精确模拟温度场、应力场和材料微观组织演变之间的相互作用。重点在于如何建立高效的求解器，处理大变形和材料非线性问题，从而预测最终零件的残余应力和几何精度。 第八章：基于数字孪生的制造流程优化与反馈 本章将数字孪生（Digital Twin）的概念引入到生产线上。数字孪生被视为物理资产、制造过程和数据的实时、动态虚拟映射。我们将讨论如何构建一个包含CAD/CAE模型、实时传感器数据流和过程控制逻辑的集成数字孪生体。其核心价值在于，它允许工程师在虚拟环境中进行“假设分析”（What-if Scenarios），从而在不中断实际生产的情况下，优化工艺参数、预警潜在故障并迭代改进控制策略。 第九章：面向可持续性的制造生命周期评估（LCA）与能效管理 本章从更广阔的工程视角出发，评估制造活动对环境的影响。内容包括生命周期评估（LCA）的方法论，从原材料提取、加工制造到最终产品报废的全流程能耗和碳足迹量化。重点分析如何通过优化切削参数、减少二次加工需求（如利用高精度一次成形技术）以及改进冷却液管理系统，来实现能源效率的最大化和废弃物最小化，从而达成绿色制造目标。 结论：未来制造的交叉学科视野 本书所覆盖的领域强调了现代工程实践的跨学科本质。成功的设计和制造不再是单一材料或单一工艺的胜利，而是系统集成、数据驱动决策与深厚物理理解相结合的产物。本书希望为读者提供一个广阔的视野，理解如何在新一代信息技术（IT）与运营技术（OT）深度融合的背景下，推动工程实践的边界。

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