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页数:298

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出版时间:2009-5

价格:30.00元

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isbn号码:9787561225370

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图书标签:

• 电气控制
• PLC
• 自动化
• 工业控制
• 继电器
• 可编程逻辑控制器
• 电路
• 传感器
• 电机控制
• 技术

现代机械设计原理与优化制造 本书简介 本书旨在为工程技术人员和高等院校相关专业学生提供一套全面、深入且具有高度实践指导意义的现代机械设计理论、方法与先进制造技术。它不仅涵盖了传统机械设计的基础骨架，更紧密结合了当前工业4.0的趋势，聚焦于智能化、轻量化和高性能化设计。全书内容组织严谨，逻辑清晰，力求在理论深度与工程应用广度之间找到最佳平衡点，帮助读者掌握从概念设计到制造实现的全流程核心技术。 --- 第一部分：机械设计基础理论的深化与拓展 (The Deep Dive into Mechanical Design Fundamentals) 本部分着重于对经典机械设计理论进行更新和深化，强调在现代材料和载荷工况下的精确分析能力。 第一章：先进材料在机械结构中的应用 本章摒弃了传统的仅关注钢铁材料的视角，深入探讨了高强度铝合金、钛合金、先进复合材料（如碳纤维增强树脂基复合材料CFRP）以及陶瓷材料的力学性能、断裂韧性与疲劳特性。重点分析了这些材料在极端温度、高频振动和腐蚀环境下的设计考量。详细阐述了各向异性材料（如复合材料）的应力分析方法，以及如何通过材料选择实现结构减重与性能提升的矛盾统一。此外，还引入了增材制造（3D打印）专用金属粉末的冶金特性及其对最终部件性能的影响。 第二章：基于可靠性的结构强度分析 强度分析不再局限于经典的静力学与疲劳极限分析。本章聚焦于概率设计理论和可靠性优化。引入了应力-强度可靠性指标（R值）的计算方法，并结合蒙特卡洛模拟技术，对复杂载荷下的结构失效概率进行量化评估。重点探讨了低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）的交互影响，以及如何利用损伤容限设计（Damage Tolerance Design）策略，确保关键部件在初始缺陷存在下的安全寿命。对断裂力学基础知识进行了回顾，并将其应用于裂纹扩展的预测与寿命评估。 第三章：现代机械系统的动力学与振动控制 本章超越了单自由度系统的分析，深入研究了多自由度、柔性体以及非线性系统的动力学行为。内容涵盖了模态分析（Modal Analysis）的高级应用，包括识别系统固有频率和振型，并阐述了如何通过设计手段进行振动抑制和噪声控制（NVH）。特别关注了高速旋转机械（如涡轮机、高速轴承系统）的临界转速分析和动力失衡补偿技术。引入了主动隔振技术和基于实时反馈的阻尼优化方法。 第四章：机械连接件与摩擦学优化 本章对传统的螺栓连接、焊接和胶接技术进行了性能提升的探讨。在螺栓连接方面，重点分析了预紧力的松弛机理、高温高振动环境下的动态可靠性分析。在摩擦与润滑方面，深入探讨了边界润滑、混合润滑状态下的接触力学，以及新型固体润滑剂（如石墨烯、二硫化钼）的应用。本章还包括了对高性能密封技术（如迷宫密封、干气密封）在高速和高压工况下的失效模式分析。 --- 第二部分：先进制造技术与集成（Advanced Manufacturing and Integration） 本部分紧密围绕“智能制造”的核心要求，系统介绍从设计模型到物理实体的转化过程中的先进工艺与质量控制。 第五章：增材制造（Additive Manufacturing, AM）的设计与后处理 本章将增材制造视为一种全新的设计范式，而非简单的快速原型工具。详细介绍了选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）以及粘合剂喷射（Binder Jetting）等主流金属AM工艺的原理、优势与局限性。核心内容是面向增材制造的设计（DfAM），包括晶格结构优化、拓扑优化在AM中的具体实现、以及如何利用内部冷却通道或点阵结构实现部件的轻量化。同时，深入分析了AM部件的残余应力控制、热等静压（HIP）处理及其对显微组织和力学性能的影响。 第六章：精密与超精密加工技术 本章侧重于如何实现微米级乃至纳米级的表面质量与尺寸精度。详细阐述了五轴/多轴联动数控（CNC）加工的刀具路径规划算法，特别是针对复杂曲面的高效路径生成。引入了电火花加工（EDM）和激光加工技术的工艺参数优化，以及在超硬材料和难加工材料（如镍基高温合金）上的应用策略。对超精密磨削和精光技术的机理进行了剖析，并讨论了环境因素（如温度、振动）对超精密加工精度维持的影响。 第七章：表面工程与功能化涂层技术 本章关注如何通过表面改性来赋予机械部件特定的功能，以弥补本体材料的不足。系统介绍了物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）技术，重点分析了硬质涂层（如TiN, AlCrN）的粘附机理、内应力控制和耐磨损性能的提升。此外，还包括了激光熔覆技术在修复和功能梯度材料（FGM）制备中的应用，以及表面处理（如喷丸强化）对疲劳寿命的积极作用。 第八章：先进检测、计量与质量保证 在智能制造环境中，无损检测（NDT）和在线质量监控至关重要。本章详细介绍了用于结构健康监测（SHM）的传感器技术，包括光纤光栅传感器和压电材料传感器的植入与数据解析。在计量学方面，重点讲解了基于激光干涉仪和白光干涉仪的三维非接触式测量技术。对于AM部件，探讨了使用X射线计算机断层扫描（X-CT）进行内部缺陷（如孔隙率）的定量分析和质量评估流程。 --- 第三部分：系统集成与智能设计方法（System Integration and Intelligent Design） 本部分着眼于现代机械系统的复杂性，介绍如何利用数字化工具和人工智能方法进行系统级优化。 第九章：机械系统的集成化建模与仿真 本章倡导采用多物理场耦合仿真（Multiphysics Simulation）的方法来解决复杂的工程问题。详细介绍了有限元分析（FEA）的高级应用，包括显式动力学分析、热-结构耦合以及流体-结构相互作用（FSI）的建模方法。重点讲解了如何构建机电-液一体化系统（Mechatronic System）的联合仿真模型，并利用数字化孪生（Digital Twin）的概念，将仿真模型与实际运行数据进行闭环集成。 第十章：拓扑优化与逆向设计 拓扑优化是实现轻量化和功能集成的核心工具。本章深入讲解了基于密度法、水平集法的拓扑优化算法，以及如何将优化结果直接转化为增材制造友好的设计。同时，探讨了逆向工程在对现有复杂零部件进行数字化重构和性能改进中的应用，包括三维扫描数据处理、点云到CAD模型的重建技术，以及如何利用逆向数据对传统设计流程进行反哺。 第十一章：面向性能的参数化设计与优化 本章聚焦于设计变量的量化管理和全局优化。介绍了参数化建模在快速迭代中的作用，并重点讲解了响应面法（RSM）、代理模型（Surrogate Models）以及遗传算法、粒子群优化等全局优化算法在机械设计变量（如尺寸、材料分布、载荷工况）寻优中的应用。目标是实现在多约束条件（成本、重量、强度、振动、制造可行性）下的多目标优化。 --- 总结与展望 本书的最终目标是培养读者将理论知识转化为实际创新解决方案的能力。通过对先进材料、精密制造和智能仿真技术的系统学习，读者将能够胜任新一代高性能、高可靠性机械产品的设计、分析与制造工作，为迎接制造业的智能化挑战做好充分准备。

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我翻阅了这本书的目录，发现它对各种传感器和执行器的选型与接线规范讲解得比较详尽，这对于初次接触自动化设备安装的工程师来说，无疑是一个很好的入门指南。比如，关于接近开关和光电传感器的防干扰措施、电磁阀的选型标准以及液压和气动系统的基础回路图，都有清晰的图示和文字说明。但是，当我尝试寻找关于工业网络通信协议的深入比较时，比如EtherCAT、PROFINET或Powerlink在实时性、带宽和数据一致性方面的优劣势分析，却发现这部分内容非常简略。我希望看到的是，如何在实际项目中根据不同的应用场景（例如，高速包装线与大型机床控制）来权衡选择合适的现场总线，并附带一些实际的报文结构分析或故障诊断案例。这本书似乎将重点放在了“硬连接”层面，对于现代工业系统中日益重要的“软通信”和信息集成方面，似乎稍显不足，使得整体的先进性略逊一筹。

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这本书在关于人机界面（HMI）的介绍部分，篇幅相对较短，且内容陈旧。它主要展示了早期的文本显示器或基于简单按钮的面板设计，这与当前主流的触摸屏和可视化监控系统的发展趋势严重脱节。现代的工业控制系统极其依赖于直观、高效的HMI来传递关键信息并接受操作指令。我期望看到的是关于图形化设计原则的探讨，比如如何利用色彩、布局和动画效果来突出关键报警信息，如何设计导航结构以减少操作员的误操作率。同时，对于现代SCADA系统中的数据采集、历史趋势分析以及远程诊断功能的介绍也近乎空白。这本书似乎停留在自动化系统的“执行层”描述，而未能深入到“信息层”和“决策层”的交互界面设计，这使得它在面向现代智能制造的需求时，显得有些力不从心。

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这本书的叙述风格偏向于传统工程手册的风格，逻辑清晰，但语言略显干燥，缺乏生动的案例来辅助理解抽象的概念。例如，在介绍步进电机驱动原理时，对微步进控制算法的数学推导和实际效果的对比分析不够深入，仅仅停留在原理的描述上。我个人更倾向于那种能通过实际的实验数据图表来佐证理论的讲解方式，比如展示不同电流波形下电机的振动噪音变化曲线，或者在不同负载阶跃下系统误差的收敛速度对比。此外，书中对故障排除的章节也显得有些过于理想化，多是基于理想元件失效的假设，而对于实际生产线中常见的电源波动、信号串扰或软件逻辑死锁等复杂的、多因素耦合的故障场景，提供的排查思路较为单薄，缺乏实战经验的积累和指导意义。这使得这本书更像是一本理论参考书，而非一线工程师的“救急手册”。

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从教材的角度来看，这本书的习题设计似乎更侧重于基础概念的记忆和简单回路的绘制。比如，很多题目是要求画出特定逻辑功能的继电器电路图，或者计算一个简单三相绕组的联接方式。然而，对于需要进行系统集成和算法调试的读者来说，这些练习的价值有限。我真正需要的是那些能引导我思考系统整体架构和优化策略的题目，例如，如何设计一个能根据生产节拍动态调整生产周期的控制程序，或者如何利用有限状态机（FSM）来管理复杂生产流程中的状态转换，并确保在异常情况下能安全复位。如果书中能增加一些基于实际生产需求的、需要综合运用硬件选型、软件编程和系统调试的综合性大题，对于提升读者的工程实践能力，无疑会是巨大的帮助。目前的习题设置，更像是对基础知识点的简单复习，缺乏对高阶思维的激发。

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这本书的装帧设计很朴素，封面是那种经典的教科书风格，配色也比较沉稳，拿在手里感觉很有分量。我本来是想找一本关于电机控制原理的深入探讨，希望能看到一些关于不同类型电机在复杂工况下的动态特性分析，比如永磁同步电机在不同负载下的转矩脉动抑制策略，或者异步电机在变频器驱动下的谐波抑制技术。然而，这本书似乎把重点放在了更基础的电路原理和继电器控制的介绍上，对于现代电力电子器件的应用和控制算法的推演着墨不多。比如，对于IGBT模块的选型、热管理以及驱动电路的设计，书中只是泛泛地提了一下，缺乏深入的工程实例和计算流程。我期待能看到一些关于高性能伺服系统设计中，如何通过先进的控制模型（如磁场定向控制或直接转矩控制）来提升响应速度和精度，但这些内容在书中几乎没有涉及。整体来说，如果读者对这方面有相当的基础，可能会觉得内容偏向初阶，对于前沿技术的研究者来说，可能需要寻找其他更专业的参考资料。

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