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出版者:Schroff Development Corp.

作者:David C. Planchard

出品人:

页数:416

译者:

出版时间:2008-1-2

价格:USD 59.95

装帧:Perfect Paperback

isbn号码:9781585034253

丛书系列:

图书标签:

• SolidWorks
• 2008
• Tutorial
• CAD
• CAM
• CAE
• Multimedia
• Engineering
• Design
• Mechanical
• Software

《机械设计与制造前沿技术应用指南》 第一章 现代工程设计思维与流程革新 本章深入探讨了在数字化浪潮席卷全球的背景下，现代机械设计与制造领域所经历的深刻变革。我们首先回顾了传统设计方法的局限性，重点分析了其在迭代速度、协同效率和数据管理方面的瓶颈。在此基础上，本章系统阐述了基于模型的系统工程（MBSE）的核心理念及其在复杂产品开发中的应用潜力。内容涵盖了从需求定义、概念设计、详细工程设计到制造和服务的全生命周期管理框架。 具体而言，我们将剖析如何通过构建统一的系统模型，实现跨专业、跨部门的无缝沟通与协作。重点介绍几种主流的系统建模语言（如SysML）及其在需求追溯、性能仿真和设计验证中的实际应用案例。此外，本章还讨论了敏捷开发方法在工程设计中的适应性调整，强调了快速原型制作与持续反馈机制在加速创新周期中的关键作用。设计人员需要培养的系统性思维，即如何将机械、电子、软件和控制系统视为一个不可分割的整体进行优化设计，是本章的理论核心。通过详实的图表和行业最佳实践的引用，帮助读者建立起适应未来工程挑战的先进设计观。 第二章 高性能计算在结构分析中的应用深化 本章聚焦于利用现代高性能计算（HPC）资源解决复杂机械结构和材料力学问题的深度技术。内容不再局限于基础的有限元分析（FEA），而是深入探讨了适用于前沿工程挑战的高级分析技术。 首先，对非线性分析的最新进展进行了详尽的梳理，包括材料大变形、接触非线性和几何非线性在高精度仿真中的处理策略。特别关注了增材制造（3D打印）过程中结构应力残余和变形预测的仿真方法，这对于评估复杂拓扑优化结构件的实际可靠性至关重要。 其次，本章详细介绍了多物理场耦合分析（MPFA）的理论基础和实施步骤。这包括热-结构耦合、流固耦合（FSI）在优化冷却系统、气动弹性分析中的应用。我们提供了在特定商业软件环境下，如何有效设置边界条件、选择合适的单元类型以及进行网格无关性验证的实操指南。 最后，探讨了基于统计方法的可靠性评估技术，如随机有限元法（S-FEM），以量化设计参数不确定性对结构性能的影响，从而指导安全裕度的设定，实现更轻量化、更可靠的设计方案。 第三章 智能制造与工业物联网（IIoT）集成 本章旨在连接设计世界与制造现场，深入剖析智能制造时代的工具链和数据流。核心在于理解如何利用物联网技术实现制造过程的透明化、柔性化和优化控制。 本章首先概述了工业4.0的框架，并重点介绍了制造执行系统（MES）与企业资源规划（ERP）系统的数据集成策略。随后，详尽阐述了数控（NC）编程的未来趋势，包括基于模型的制造（MfG）理念，其中设计模型直接驱动刀具路径生成，最大程度减少中间数据的转换误差。 针对实际生产环节，本章详细讲解了传感器技术在机床状态监测中的应用，如振动分析、声发射监测等，以实现预测性维护（PdM）。我们分析了如何采集和处理海量的实时生产数据，并通过机器学习算法识别潜在的加工缺陷和工具磨损。 此外，柔性制造系统（FMS）的调度优化是本章的另一重点。通过介绍离散事件仿真（DES）技术，读者可以学习如何对生产线进行建模，评估不同布局和资源分配方案下的吞吐量和效率，为车间布局规划提供科学依据。 第四章 材料科学前沿在结构设计中的应用 本章关注支撑现代工程突破的新型材料及其在设计中的集成策略。重点不再是传统的钢铝合金，而是高性能复合材料、智能材料和功能梯度材料。 我们首先深入探讨了碳纤维增强复合材料（CFRP）的层次化建模技术。从微观尺度的纤维/基体相互作用到宏观尺度的层合板分析，本章提供了详细的失效准则和损伤容限评估方法，特别强调了层间脱层（Delamination）的预测与预防。 其次，智能材料，如形状记忆合金（SMA）和压电材料，在被动与主动结构控制中的潜力被深入挖掘。通过介绍如何将这些材料的本构关系集成到有限元模型中，读者可以设计出能够自我修复或主动抑制振动的结构。 最后，本章讨论了在极端环境（如高温、高腐蚀或超高真空）下，新型高温合金和陶瓷基复合材料（CMC）的设计与性能验证流程。这部分内容对于航空航天和能源领域的设计工程师具有极高的参考价值。 第五章 数字化验证与虚拟调试实践 本章致力于提升产品验证的效率和准确性，减少对昂贵物理样机的依赖。核心是构建一个高保真的“数字孪生”（Digital Twin）环境。 本章详细介绍了虚拟调试的概念，即在实际硬件安装前，利用仿真模型对控制逻辑（PLC程序、运动控制算法）进行充分验证的过程。我们将分析如何建立机械系统与控制系统的集成仿真环境，确保软硬件接口的正确性和系统的动态响应符合设计预期。 在验证策略方面，本章提出了基于场景的测试方法。设计人员需要定义一系列关键的运行场景（包括正常工况、边界条件和故障注入），并通过自动化脚本在仿真环境中批量执行这些测试用例，自动生成详尽的验证报告。 最后，讨论了数字孪生在产品生命周期后期的作用，即如何利用运行中的物理产品所反馈的数据来实时校准和更新其数字模型，实现持续的性能优化和故障预测，完成从“设计-制造-运维”的闭环管理。

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