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出版者:機械工業齣版社

作者:許信玉

出品人:

頁數:318

译者:

出版時間:2007-8

價格:30.00元

裝幀:

isbn號碼:9787111219545

叢書系列:

圖書標籤:

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• 電氣工程
• 電子技術
• 模擬電路
• 綫性電路
• 電路理論
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工業革命的火花：機械動力學與材料科學前沿探索 書籍簡介 本書深入剖析瞭自第一次工業革命以來，機械動力學與材料科學兩大核心工程學科的演進脈絡、關鍵理論突破及其在現代工業體係中的應用與融閤。全書聚焦於係統地闡述經典力學原理在復雜機械係統設計中的應用，並緊密結閤新興材料的特性，展現瞭驅動現代工程進步的兩大支柱如何相互賦能，共同推動技術邊界的拓展。 第一部分：經典動力學基礎與高級建模 本部分首先迴歸基礎，對牛頓運動定律、拉格朗日方程和哈密頓原理進行瞭嚴謹而深入的闡述。重點不僅在於公式的推導，更在於如何將這些抽象的數學工具應用於實際的工程問題。 1.1 剛體動力學與多體係統仿真： 詳細探討瞭復雜機械結構（如機器人手臂、航空發動機葉片組）的運動學和動力學建模方法。引入瞭歐拉-泰特-布朗（Euler-Tait-Bryan）角及四元數在描述鏇轉運動中的優勢與限製，並對比瞭牛頓-歐拉法和拉格朗日法的計算效率與適用場景。特彆設立章節專門討論多體係統（MBS）仿真中的約束處理技術，如使用懲罰法、坐標分區法和約束方程求解器，以確保高精度和實時性。 1.2 振動理論與控製： 聚焦於機械係統的固有特性識彆與振動抑製。內容涵蓋單自由度、多自由度係統的自由振動和強迫振動分析。引入瞭模態分析（Modal Analysis）的核心概念，包括頻響函數、阻尼比的確定。在主動控製方麵，係統介紹瞭主動隔振技術（Active Vibration Control, AVC）的反饋控製策略，如PID控製和更先進的LQR（Linear-Quadratic Regulator）最優控製在抑製機械共振中的應用。討論瞭隨機激勵下的振動響應分析，為惡劣工作環境下的設備可靠性設計提供理論支撐。 1.3 非綫性動力學： 深入探討瞭工程中常見的非綫性現象，如摩擦阻尼、間隙（Backlash）和幾何非綫性對係統行為的顯著影響。通過相平麵分析、龐加萊截麵法，展示瞭如何識彆係統的混沌行為和周期性振蕩。針對這些非綫性問題，提齣瞭基於赫茲接觸理論的接觸力建模以及非綫性降階模型（ROM）的構建方法，以應對高速和高載荷工況下的精確預測需求。 第二部分：材料科學的革新與性能調控 本部分將視角轉嚮支撐機械係統的基石——材料，探討瞭材料結構、性能之間的內在聯係，以及如何通過微觀設計實現宏觀性能的突破。 2.1 晶體塑性與本構關係： 摒棄傳統的經典彈性-塑性模型，轉而深入研究晶體塑性理論（Crystal Plasticity Theory, CPT）。詳細闡述瞭位錯運動、滑移係統激活機製，以及如何將這些微觀行為耦閤到宏觀本構方程中，以準確預測金屬在復雜應變路徑下的強化行為和織構演化。特彆關注瞭應變梯度理論在描述材料尺寸效應和梯度材料性能時的應用。 2.2 先進結構材料的微觀結構控製： 重點分析瞭為提升強度、韌性和耐腐蝕性而進行的人工微觀結構調控。詳細介紹瞭幾種關鍵材料體係： 高熵閤金（HEA）： 探討其“高熵效應”、“遲滯效應”等特性，以及如何通過閤金成分設計實現極端的力學性能平衡。 陶瓷基復閤材料（CMC）： 分析縴維/基體界麵設計對斷裂韌性的影響，以及其在高溫燃氣輪機部件中的應用潛力。 功能梯度材料（FGM）： 闡述梯度設計如何解決材料性能不匹配導緻的界麵應力集中問題。 2.3 疲勞、斷裂與損傷容限設計： 疲勞仍是機械結構失效的首要原因。本章整閤瞭基於應力、應變和能量的疲勞壽命預測方法。深入對比瞭S-N麯綫法、Paris裂紋擴展定律以及基於斷裂韌性的彈塑性斷裂力學（EPFM）。詳細講解瞭增量損傷模型和壽命纍積法則（如Miner法則）在預測隨機載荷下的疲勞損傷中的局限性與改進方嚮。 第三部分：動力學與材料的耦閤分析——跨學科前沿 本書的價值核心在於展示瞭動力學與材料科學如何通過多物理場耦閤模擬，解決現實世界中的復雜工程難題。 3.1 壓電效應與智能結構： 討論瞭壓電材料作為傳感器和執行器的集成，如何實現機械係統的狀態監測與主動控製。重點在於耦閤壓電效應的動力學模型建立，包括電-機-熱三場耦閤，用於分析智能阻尼器或自修復結構的工作機理。 3.2 衝擊與高速動力學： 針對高超音速飛行器、裝甲防護等領域，分析材料在極高應變率下的本構響應（如Johnson-Cook模型），以及衝擊波的傳播與材料內部的損傷演化。強調瞭使用光滑粒子流體力學（SPH）或有限元法（FEM）結閤材料損傷模型，對爆炸和碰撞過程進行精確模擬的方法論。 3.3 增材製造（AM）中的熱-力-冶金耦閤： 探討瞭增材製造過程（如選區激光熔化, SLM）中，快速的熔化與凝固過程如何直接影響最終部件的微觀組織和殘餘應力分布。本書構建瞭描述激光熱源、材料液相動力學、晶粒生長和最終殘餘應力釋放的完整耦閤模型，為優化製造參數，保證打印件的力學性能提供理論指導。 結論：邁嚮自主智能係統 全書最後總結瞭當前工程界麵臨的挑戰，並展望瞭基於數據驅動的“數字孿生”概念，如何將復雜的動力學模型與實時的材料狀態監測數據相結閤，實現機械係統的自適應優化和故障預警，從而開啓下一代高性能、高可靠性工程係統的設計新紀元。本書內容結構嚴謹，理論深度與工程實踐緊密結閤，適閤從事高級機械設計、結構分析、材料研發及相關領域的研究人員和工程師參考使用。

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坦白說，這本書的深度是令人敬畏的，它絕非為初學者準備的“入門嚮導”，而更像是為那些渴望掌握核心原理的工程師量身定做的“精研手冊”。文字風格非常凝練、精準，幾乎沒有一句廢話，每一個術語的引入都伴隨著嚴格的數學定義和清晰的物理意義闡釋。我花瞭好大力氣纔啃完瞭關於三相交流電路平衡與不平衡負載分析的那幾章。特彆是對相量分析（phasor analysis）的深入挖掘，書中對虛數在周期性交流穩態分析中的不可替代性，進行瞭近乎哲學層麵的論證，讓人不得不佩服作者對基礎數學工具的深刻理解。書中提供的習題設計也極具挑戰性，它們往往不是孤立的計算題，而是需要綜閤運用多章知識纔能解決的綜閤性設計問題，這迫使我必須在大腦中構建起一個完整的電路係統圖景，而不是僅僅停留在局部元件的分析上。這本書的價值在於，它迫使你思考“為什麼”，而不是隻告訴你“怎麼做”。

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這本書最讓我印象深刻的，是它處理非綫性元件和高級分析方法的態度——既不迴避復雜性，又提供切實可行的簡化路徑。我一直對二極管和晶體管的等效電路模型感到頭疼，但作者在介紹這些器件的分析時，采取瞭一種層層剝筍的策略。他們首先用理想模型建立概念框架，然後逐步引入容性、阻性效應，並清晰地標明瞭在不同工作區（如飽和區、截止區）下應采用的簡化模型。這種梯度式的引入，讓讀者能夠清晰地分辨齣哪些是基礎假設，哪些是實際修正。書中對高頻效應的討論也相當到位，比如引入瞭集膚效應和鄰近效應，並用非常直觀的圖錶展示瞭它們如何影響導綫的實際阻抗。總的來說，這本書的廣度令人稱奇，它在覆蓋核心直流、交流穩態分析的同時，還為讀者搭建瞭通往更專業領域如半導體器件和電磁兼容的堅實橋梁，是一本值得反復研讀的寶貴資源。

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這本書真是讓人眼前一亮，完全顛覆瞭我對傳統技術書籍的刻闆印象。它的敘述方式非常流暢自然，仿佛一位經驗豐富的導師在你耳邊娓娓道來，而不是冷冰冰的公式堆砌。我特彆欣賞作者在講解復雜概念時所展現齣的耐心與清晰度，比如在深入探討傅裏葉級數和拉普拉斯變換的收斂性問題時，作者並沒有直接拋齣結論，而是通過一係列精心設計的類比和圖形化的解釋，將那些抽象的數學工具變得觸手可及。讀到涉及瞬態響應的部分，我深感作者對實際工程問題的深刻洞察力，書中對RLC電路在不同激勵下的動態行為分析，其細膩程度令人贊嘆。尤其是對阻尼比（damping ratio）的分類討論，不僅給齣瞭嚴謹的數學定義，還結閤瞭實際反饋係統中的“過阻尼”、“欠阻尼”和“臨界阻尼”現象進行瞭生動的對比，這使得理論知識與工程實踐之間的鴻溝被有效地架設起來。此外，書中對網絡定理的引入和應用，如米勒定理在簡化復雜運算放大器電路中的妙用，都體現瞭作者在知識組織上的高超技巧，整體閱讀體驗是極佳的學習享受，讓人願意主動沉浸其中，細細品味每一個知識點。

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讀完這本教材，我感覺像是經曆瞭一場徹底的思維重塑。這本書的結構安排極其巧妙，它不是簡單地從基礎到高階的綫性堆砌，而是在每章的開頭都設置瞭一個引人入勝的“現實挑戰”或“曆史背景”，這極大地激發瞭我探究背後物理原理的欲望。舉個例子，在講解二端口網絡（two-port networks）時，作者並沒有一開始就強迫讀者去記憶Y參數、Z參數和H參數的矩陣形式，而是先用一個關於信號匹配和隔離的實際應用場景來引入，讓我們明白為什麼要定義這些參數，它們各自的優勢和適用範圍在哪裏。這種“需求驅動”的教學方法，讓原本枯燥的參數推導過程充滿瞭邏輯上的必然性，而不是單純的符號運算。我對其中關於最大功率傳輸定理的論證過程印象尤其深刻，作者不僅展示瞭經典的復共軛匹配法，還花瞭大量篇幅去討論瞭在實際信號源內阻存在非零電阻分量時，如何修正這一結論以適應現實世界，這種對理論邊界的不斷探索和拓寬，遠超齣瞭我預期的普通教材內容。

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這本書的排版和圖示設計簡直是一股清流，它徹底擺脫瞭那種陳舊、密不透風的教科書風格。插圖清晰、信息密度適中，色彩的使用非常剋製和有效，主要用於區分不同電位、電流方嚮或者不同激勵源。我在閱讀關於磁耦閤電路和理想變壓器原理的部分時，深切體會到瞭這一點。作者用一組精妙的等效電路圖，將原本因為符號定義繁多而容易混淆的互感關係，清晰地可視化瞭。特彆是對“磁通的相互作用”那部分的解釋，通過動態的圖形展示瞭能量如何在初級和次級綫圈之間轉移和耦閤，這種直觀性極大地加速瞭我的理解進程。不同於其他書籍隻是簡單地畫齣耦閤綫圈，這本書還加入瞭一個小的“實驗模擬”環節的文字描述，探討瞭如果耦閤係數K接近零或等於一時，電路性能會發生哪些根本性的變化，這種細微之處的關注，體現瞭作者對教學體驗的極緻追求，閱讀起來非常舒適且高效。

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