Advanced Design of Mechanical Systems pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Eberhard, Peter 编

出品人:

页数:426

译者:

出版时间:

价格:$ 258.77

装帧:

isbn号码:9783211994603

丛书系列:

图书标签:

机械设计
先进设计
机械系统
工程设计
机械工程
系统工程
创新设计
优化设计
可靠性设计
计算机辅助设计

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具体描述

This book presents a broad range of tools for designing mechanical systems, including kinematic and dynamic analysis of rigid and flexible multibody systems and their advanced optimization. The methodologies are presented from their fundamentals to the point where it is possible to build and analyze complex models of machines, vehicles or biomechanics. Design sensitivity and optimization methods are presented and applied to problems of design, reliability or parameter identification in cases of practical importance. The book is organized in a tutorial manner providing a comprehensive summary of current work in mechanical systems using advanced optimization methods, being suitable to students, researchers or industry engineers. Through applications to the design of machine components, transportation vehicles for ride, maneuverability and crashworthiness, or biomechanics, the reader can appraise the multidisciplinary aspects of the methodologies presented.

机械系统高级设计：挑战与前沿《机械系统高级设计》并非一本浅尝辄止的入门指南，而是为那些渴望深入理解和驾驭复杂机械系统设计挑战的工程师、研究人员和高级学生量身打造的深度探索。本书避开了基础机械原理的泛泛而谈，直击那些在现实世界中制约创新、影响性能的关键议题。它致力于揭示那些常常隐藏在宏观设计决策之下的精妙之处，引导读者超越简单的部件组合，构建出真正高效、可靠且具备前瞻性的机械系统。本书的核心并非罗列各种机械构件的尺寸和参数，而是聚焦于系统整体的性能优化与集成。它深刻认识到，在当今高度互联和性能日益严苛的环境下，任何一个机械系统的成功，都依赖于对众多相互关联因素的综合考量。从材料科学的最新进展如何影响结构强度和疲劳寿命，到控制理论的先进算法如何实现前所未有的动态响应，再到仿真技术的迭代如何精确预测系统行为并指导设计迭代，本书将这些前沿领域与机械系统设计紧密结合，展现出跨学科融合的强大力量。结构强度与材料创新的前沿对话：在传统的机械设计中，材料的选择往往基于经验和成熟的工艺。然而，《机械系统高级设计》将目光投向了更广阔的领域。它深入探讨了先进高分子材料、复合材料、纳米材料以及金属陶瓷等新型材料在机械系统中的潜在应用。这不仅仅是介绍这些材料的特性，更重要的是分析它们如何能够显著提高系统的比强度（strength-to-weight ratio），从而实现更轻量化、更高效率的设计。例如，书中会详细阐述碳纤维增强聚合物（CFRP）在航空航天和汽车领域的应用案例，分析其铺层设计、界面粘接技术以及如何通过仿生学原理优化结构形态以实现最大强度。同时，本书也将材料的疲劳与断裂力学提升到系统设计的核心层面。它不会止步于材料本身的断裂韧性，而是会探讨如何在应力集中区域的设计中，通过优化几何形状、引入圆角过渡、甚至利用增材制造技术实现复杂内部结构的制造，来延缓裂纹的萌生和扩展，从而大幅提升机械系统的平均寿命和可靠性。读者将学习如何运用损伤容限设计（Damage Tolerance Design）的理念，在设计阶段就预判潜在的失效模式，并制定相应的失效检测和维护策略。动力学行为的精准塑造与控制：机械系统的运动并非孤立存在，其动态响应往往是衡量性能的关键指标。《机械系统高级设计》将深入研究振动分析、模态分析、非线性动力学以及耦合振动等高级主题。它将指导读者如何通过精细的结构动力学设计，有效抑制不必要的振动，降低噪声，提高系统的平稳性和乘坐舒适性。这可能涉及到对系统刚度、阻尼进行优化，对共振频率进行规避，甚至采用主动或半主动的振动控制技术。在控制理论方面，本书将聚焦于现代控制策略在机械系统中的应用。这包括PID控制的进阶应用、模型预测控制（MPC）、自适应控制以及模糊逻辑控制等。读者将学习如何根据系统的数学模型，设计出能够精确跟踪期望轨迹、快速响应指令、并能适应外部扰动和内部参数变化的控制器。书中会通过具体的机械系统（如机器人手臂、飞行器姿态控制系统、精密机床）案例，展示这些控制算法如何提升系统的精度、稳定性和响应速度，实现传统控制方法难以企及的性能。仿真技术的深度融合与设计验证：现代机械系统设计的复杂性使得传统的基于经验和手册的设计方法已显不足。《机械系统高级设计》将有限元分析（FEA）、计算流体动力学（CFD）以及多体动力学仿真（MBD）等仿真技术置于设计流程的关键环节。本书将不仅仅是介绍这些软件的使用，更重要的是强调如何基于物理原理构建精确的仿真模型，如何解读仿真结果并将其有效地反馈到设计优化中。读者将学习如何通过FEA来分析结构的应力分布、变形情况、热应力以及疲劳寿命，并根据仿真结果进行结构优化。CFD的应用将聚焦于如何通过仿真分析流体与固体的相互作用，例如空气动力学或水动力学设计、内部流道的优化以降低压降和提高效率。MBD则是在考虑整个系统运动学和动力学的基础上，分析各部件之间的相互作用和整体性能。本书将引导读者理解，仿真不仅仅是验证设计的工具，更是探索设计空间、发现潜在问题、并驱动创新的强大引擎。智能化与互联化：机械系统的未来图景：《机械系统高级设计》将前瞻性地探讨机电一体化（Mechatronics）和物联网（IoT）等新兴技术如何深刻地重塑机械系统的设计理念。本书将深入讨论如何将传感器、执行器和嵌入式控制系统无缝集成到机械结构中，从而赋予机械系统“感知”、“思考”和“行动”的能力。读者将学习如何设计能够实时监测自身状态、预测故障、并进行自我诊断和修复的智能机械系统。这涉及到数据采集、信号处理、故障诊断算法以及基于人工智能的预测性维护等概念。同时，本书也将探讨机械系统如何通过网络连接，实现远程监控、协同工作以及与更大数据分析平台对接，从而构建出更加高效、灵活和智能化的工业生态系统。系统集成与复杂性管理：《机械系统高级设计》的核心在于“系统”。它强调，任何一个机械系统的性能，最终取决于其所有组成部分如何协同工作。本书将指导读者如何进行高层级的系统架构设计，如何定义不同子系统之间的接口和通信协议，以及如何管理系统复杂性。这涉及到可靠性工程、风险评估、以及系统仿真与验证的集成策略。读者将学习如何应用故障模式与影响分析（FMI）和危害分析与可操作性分析（HAZOP）等方法，识别潜在的系统级故障，并制定相应的缓解措施。同时，本书也将强调模块化设计、标准化接口和可重用性在降低开发成本、提高系统灵活性和可维护性方面的作用。总结而言，《机械系统高级设计》是一部献给那些不满足于现状，渴望在机械工程领域不断突破的专业人士的宝贵财富。它以深度、广度和前瞻性为基石，将理论与实践、传统与创新、工程与科学紧密结合，旨在培养读者解决复杂机械系统设计挑战的能力，并引领他们走向机械工程的下一个前沿。