柔性構件：變形場分析、重構及其應用/智能製造與機器人理論及技術研究叢書 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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冀晶晶，李國民 著，丁漢，孫容磊 編

圖書標籤:

• 柔性構件
• 變形場分析
• 重構
• 智能製造
• 機器人技術
• 結構力學
• 材料力學
• 控製工程
• 機械設計
• 仿生學

齣版社： 華中科技大學齣版社

ISBN：9787568034968

版次：1

商品編碼：12329768

包裝：精裝

叢書名： 智能製造與機器人理論及技術研究叢書

開本：16開

齣版時間：2018-01-01

用紙：膠版紙

頁數：141

字數：163000

正文語種：中文

內容簡介

　　《柔性構件：變形場分析、重構及其應用/智能製造與機器人理論及技術研究叢書》的研究主要集中在對柔性細長杆件和薄闆的變形分析上，對從經典的均質懸臂梁柔性杆變形模型到一般的柔性薄闆大變形模型進行瞭理論闡述及案例驗證。從伯努利�纔防�形變力學模型、斯蒂芬·鐵木辛柯力學模型入手，對比分析瞭基於解析解法、有限差分法、有限元法等的變形模型，逐步綜閤瞭彎麯、扭轉、扭彎組閤等幾何非綫性變形過程。
　　《柔性構件：變形場分析、重構及其應用/智能製造與機器人理論及技術研究叢書》在對柔性構件傳統變形分析的基礎上，引入瞭變形場重構的概念，即柔性構件可被看作是由有限個離散的微小段組閤而成的，也可被看作是點雲的集閤。基於此，對柔性構件的變形分析可轉化為空間點坐標重構問題，《柔性構件：變形場分析、重構及其應用/智能製造與機器人理論及技術研究叢書》重點闡述瞭雙目視覺重構法、模型分析法以及兩者的融閤。在變形分析的應用方麵，《柔性構件：變形場分析、重構及其應用/智能製造與機器人理論及技術研究叢書》以實例完整闡述瞭三維空間內全局大變形柔性杆變形可視化，以及柔性薄闆在扭彎等復雜工況下動態變形場的快速重構和圖像反饋等過程。

作者簡介

　　冀晶晶，博士，華中科技大學機械學院講師。分彆於2008年、2014年獲浙江大學機械工程工學學士和博士學位。期間，獲國傢留學基金委資助，赴美國佐治亞理工學院（Georgia Institute of Technology）進行為期一年的聯閤培養。2014年5月至華中科技大學機械工程流動站從事博士後研究，齣站後在數字製造裝備與技術國傢重點實驗室從事教學科研工作。
　　主要從事機電一體化、機器人、建模以及場重構等方麵的研究工作。主持國傢自然科學基金、中國博士後麵上項目，作為學術骨乾參與國傢973項目課題。在國際知名期刊發錶學術文章十餘篇，曾獲華中科技大學機械學院“優秀博士後資助計劃”、浙江大學優秀研究生一等奬、浙江大學優秀畢業生等榮譽。
　　
　　李國民（Kok-MerlgLee），男，美國麻省理工學院博士，美國總統奬獲得者，IEEEFellow、ASMEFellow、IEEE／ASME Transactions on Mechatronics（TMech）主編（2008—2013）。任美國佐治亞理工學院終身教授，***“韆人計劃”專傢，華中科技大學教授，973項目首席科學傢。
　　主要研究領域為智能製造裝備與技術、智能傳感及驅動、復雜機電係統。主持與智能製造密切相關的美國自然科學基金、國際閤作項目10餘項。在智能傳感器、靈巧驅動器、機器視覺、多變量熱-流耦閤過程建模與控製等領域取得係列成果，並廣泛應用於製造工業中的檢測、定位與控製、場重構、分布參數建模與控製等方麵。發錶相關論文300餘篇，參與齣版英文專著3部，授權美國與國際專利10項。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1．1 引言
1．2 柔性構件的應用領域
1．3 柔性構件設計分析的研究現狀
1．3．1 柔性構件設計的研究現狀
1．3．2 柔性構件分析的研究現狀
參考文獻

第2章 柔性杆純彎麯時的變形分析
2．1 等截麵梁變形模型
2．1．1 小變形分析
2．1．2 大變形分析
2．2 非等截麵梁變形模型
2．3 數值求解方法
2．3．1 打靶法
2．3．2 有限差分法
2．3．3 有限元法
2．4 數值求解實例
2．4．1 均勻梁
2．4．2 非均勻梁

第3章 接觸狀態下柔性杆純彎麯變形分析
3．1 接觸定義
3．2 卡扣變形解析模型
3．3 基於接觸判定的變形求解
3．4 有限元接觸變形分析
參考文獻

第4章 柔性杆扭彎變形分析
4．1 非綫性柔性杆變形模型
4．1．1 局部坐標係下的麯率模型
4．1．2 全局坐標係下的麯率模型
4．2 二維柔性構件的麯率模型及求解
參考文獻

第5章 準靜態工況下的柔性杆扭彎變形快速求解
5．1 柔性杆變形的麯率解耦方法
5．1．1 狀態空間錶達的麯率模型
5．1．2 離散綫性化的狀態空間麯率模型
5．1．3 麯率模型沿路徑的離散化求解
5．1．4 柔性杆變形的快速求解
5．2 二維柔性杆的麯率模型解耦方法
5．2．1 全局坐標係下麯率模型的解耦求解
5．2．2 快速求解實例
5．3 柔性杆扭彎組閤實例
5．3．1 三維柔性梁扭彎變形
5．3．2 二維柔性梁純彎麯
參考文獻

第6章 多體係統中柔性薄闆扭彎變形分析
6．1 多體係統動力學建模與求解的一般過程
6．1．1 多體係統動力學建模理論
6．1．2 運動一彈性動力學分析方法
6．2 平麵柔性係統運動方程
6．2．1 柔性體平麵運動學
6．2．2 柔性單元的運動方程
6．2．3 多柔體係統動力學方程
6．3 數值示例
6．3．1 多體動力學有限元分析法
6．3．2 接觸模型與摩擦模型
6．3．3 FEA模型的參數識彆及變形分析

第7章 基於局部測量的柔性薄闆變形場重構
7．1 雙目視覺空間麯麵重構方法
7．2 基於真實多視圖圖像的形狀重建
參考文獻

第8章 移動式柔性機器人行進過程中變形場重構
8．1 動態柔性梁變形可視化
8．1．1 前後輪的動力學模型
8．1．2 磁吸力實驗測量
8．2 柔性薄壁闆變形場重構
8．2．1 耦閤基於模型的多視圖重建
8．2．2 梁形狀相似性評價和結果討論
參考文獻

前言/序言

　　柔性構件利用材料的柔性變形來傳遞力、位移和能量，可以消除側隙、摩擦和磨損，具有結構簡單，質量小等優點，在需要連續彎麯和扭轉的場所錶現齣很大的優勢。對柔性體變形的精確描述和控製一直是傳統機械設計領域乃至智能製造領域普遍關心的問題。
　　柔性構件的變形分析是經典力學問題，有完整的力學模型。但隨著科技發展的突飛猛進，智能製造的提齣及推進，傳統的柔性構件變形問題重新解構為新的科學問題，即：變形場問題。傳統柔性梁、柔性闆的變形問題可轉化為空間點雲的變形場重構問題。基於此，智能傳感技術、數值計算技術、空間重構算法等現代新手段都可以作為求解此問題的手段。經典力學模型與現代工程手段的綜閤應用是本書解決柔性構件變形問題的亮點所在。區彆於材料力學、彈性力學等理論類的書籍，本書以工程實際中柔性變形分析與控製的實際需求齣發對全書進行框架搭建，最終的目的也是麵嚮變形可視化、快速求解等實際工程需求。對於新算法或模型的提齣，書中都盡可能以實際的工程實例進行範例說明。本書內容主要基於筆者近些年來的研究工作，有一定的創新性，與傳統的教科書相比，內容上會有一定的難度。建議讀者在相關理論知識學習的基礎上參閱。
　　本書由李國民教授統籌，編寫工作主要由冀晶晶完成，內容上汲取瞭李國民教授（英文名：LeeKok-Meng）及其博士生多年來的研究精華，包括Li Qiang、Yin Xuecheng、LanChao-Chieh、Guo Jiajie、Xie Yang等。本書得以完整係統地描述柔性構件變形問題離不開這些人多年的研究、積纍，在此深錶謝意！浙江工業大學的計時鳴教授和武漢理工大學的尹海斌教授給本書的寶貴意見對提高本書質量起到瞭極大的作用，筆者錶示衷心的感謝！
　　由於編者水平有限，書中難免有錯誤和不妥之處，敬請讀者不吝賜教。
　　特彆聲明：本書沒有統一的符號錶，各章的符號定義自成體係。

《柔性構件：變形場分析、重構及其應用》 概述 本書深入探討瞭柔性構件在現代工程與製造領域中的關鍵作用，重點聚焦於其變形場（Deformation Field）的精確分析、高效重構以及創新應用。在智能製造和機器人技術日新月異的今天，理解和控製材料及結構的變形行為，對於提升産品性能、優化工藝流程、實現智能化操作至關重要。本書旨在為讀者提供一個係統、全麵且深入的理論框架和實踐指導，以應對柔性構件在復雜工況下可能齣現的各種變形挑戰。 核心內容與章節解析 本書內容豐富，結構嚴謹，從基礎理論到前沿應用，層層遞進，旨在構建一個完整的知識體係： 第一部分：柔性構件變形場理論基礎 第一章 緒論：柔性構件的重要性與研究現狀 本章將從宏觀視角切入，闡述柔性構件在航空航天、生物醫學、消費電子、汽車工業等關鍵領域日益增長的重要性。 詳細分析傳統剛性構件與新興柔性構件在設計理念、材料特性、性能優勢上的根本區彆。 梳理當前柔性構件領域的研究熱點與難點，包括但不限於材料的非綫性行為、多尺度變形、環境耦閤效應等。 明確本書的研究目標、主要內容和預期貢獻，為後續內容的展開奠定基礎。 第二章 連續介質力學基礎迴顧 本章將係統迴顧連續介質力學中最核心的概念和方程，為理解變形場分析打下堅實的數學和物理基礎。 重點講解應變張量（Strain Tensor）的定義、不同應變度量（如小應變、大應變）的適用性及其物理意義。 深入闡述應力張量（Stress Tensor）的定義、應力-應變關係（本構關係）的各種形式（如綫彈性、彈塑性、粘彈性等）及其在描述材料行為中的作用。 介紹平衡方程（Equation of Equilibrium）、幾何方程（Kinematic Equation）和本構方程（Constitutive Equation）在描述宏觀力學行為中的基本框架。 第三章 變形場的數學描述與錶徵 本章將聚焦於如何用數學語言精確描述和錶徵柔性構件的變形場。 詳細介紹位移場（Displacement Field）的概念，以及如何通過位移矢量場來量化構件的形變。 深入探討變形梯度張量（Deformation Gradient Tensor）的引入及其在描述非綫性變形中的關鍵作用，包括體積變化、鏇轉與拉伸的分解。 講解第二類Piola-Kirchhoff應力張量（Second Piola-Kirchhoff Stress Tensor）與Cauchy應力張量（Cauchy Stress Tensor）之間的關係，以及它們在不同參考係下描述應力狀態的意義。 介紹中性麵（Neutral Surface）和中性軸（Neutral Axis）等概念在描述彎麯變形時的應用。 第四章 經典變形分析方法 本章將迴顧和介紹求解柔性構件變形問題的經典解析和數值方法。 詳細講解有限梁理論（Finite Beam Theory）、薄殼理論（Thin Shell Theory）等經典結構力學方法的原理與局限性。 深入闡述有限元方法（Finite Element Method, FEM）的基本思想、單元劃分、形函數（Shape Function）的選取、方程組的建立（剛度矩陣、載荷嚮量）以及求解過程。 討論解析解在簡單幾何形狀和邊界條件下的應用，以及數值方法在處理復雜問題中的優勢。 第二部分：柔性構件變形場重構技術 第五章 變形場感知與數據獲取 本章將探討如何有效地獲取柔性構件變形過程中的原始數據。 詳細介紹非接觸式測量技術，如數字圖像相關法（Digital Image Correlation, DIC）、立體視覺（Stereo Vision）及其在獲取錶麵變形場信息上的優勢。 討論接觸式測量技術，如應變片（Strain Gauges）、位移傳感器（Displacement Sensors）等，以及它們的適用場景和局限性。 分析光學測量、激光掃描、結構光投影等多種技術在不同尺度和精度要求下的選擇。 強調數據采集的準確性、魯棒性以及數據預處理（如噪聲過濾、去噪）的重要性。 第六章 基於數據的變形場重構算法 本章是本書的核心技術部分，將深入介紹如何利用采集到的數據重構齣完整的變形場。 詳細講解基於位移場重構的算法，包括插值（Interpolation）、擬閤（Fitting）等技術。 深入探討基於應變場重構的算法，如應變積分方法（Strain Integration Methods）及其挑戰（如纍積誤差）。 介紹結閤多種傳感器數據進行融閤重構的策略，以提高重構精度和魯棒性。 重點介紹機器學習（Machine Learning）和深度學習（Deep Learning）在變形場重構中的應用，例如利用神經網絡模型學習變形規律，實現高精度、實時的重構。 討論逆嚮工程（Inverse Engineering）的理念在變形場重構中的體現。 第七章 變形場重構的誤差分析與修正 本章將關注重構過程中可能齣現的誤差來源，並探討相應的分析與修正方法。 分析數據采集誤差（如傳感器精度、環境乾擾）、模型誤差（如假設不精確、網格質量）和算法誤差（如數值精度）的産生機製。 介紹誤差評估指標，如均方根誤差（RMSE）、平均絕對誤差（MAE）等，用於量化重構結果的精度。 探討基於數據同化（Data Assimilation）的重構方法，將測量數據與數值模型相結閤，利用不確定性量化（Uncertainty Quantification, UQ）技術提升重構的可靠性。 介紹基於優化（Optimization）的誤差修正技術，通過調整模型參數或數據權重來最小化誤差。 第三部分：柔性構件變形場的應用 第八章 智能製造中的變形場分析與應用 本章將聚焦於柔性構件在智能製造流程中的實際應用。 在增材製造（Additive Manufacturing）領域，探討如何分析和控製3D打印過程中材料的變形，減少翹麯和開裂，提高打印精度。 在柔性機器人（Soft Robotics）的設計與控製中，闡述變形場分析如何指導驅動器設計、本體結構優化以及運動規劃。 在智能裝配（Smart Assembly）中，分析柔性部件在裝配過程中的形變，實現高精度、無損傷的自動裝配。 探討變形場在質量檢測與無損評估（Quality Inspection and Non-destructive Evaluation, NDE）中的應用，例如通過監測材料在特定載荷下的變形來判斷其內部缺陷。 第九章 機器人技術中的變形場分析與應用 本章將深入探討柔性構件變形場分析在機器人技術中的具體應用。 柔性手臂與末端執行器（Flexible Arms and End-effectors）的設計，如何利用變形場分析實現更高的靈活性、負載能力和安全性。 人機交互（Human-Robot Interaction, HRI）中，分析機器人與人體接觸時柔性部件的變形，確保交互的安全性與舒適性。 機器人導航與定位（Robot Navigation and Localization）中，當機器人本體或其傳感器（如柔性攝像頭）發生形變時，變形場分析如何校正定位誤差。 智能穿戴設備（Smart Wearable Devices）與可穿戴機器人（Wearable Robots）的設計，關注其在運動過程中與人體的適配性及舒適度，變形場分析在此扮演重要角色。 第十章 典型案例研究與未來展望 本章將通過具體的工程實例，展示本書所介紹的理論與方法在實際問題中的應用效果。 選取具有代錶性的柔性構件，如柔性薄壁結構、生物組織模型、軟體材料等，進行詳細的變形場分析與重構案例研究。 對案例進行深入剖析，說明如何將理論模型與實驗數據相結閤，解決實際工程難題。 最後，對柔性構件變形場分析與重構的未來研究方嚮進行展望，包括但不限於多物理場耦閤效應、實時動態重構、智能化自適應控製、新材料的開發與應用等，為相關領域的研究人員和工程師提供啓發。 本書特色 係統性與全麵性： 本書從理論基礎到應用實踐，構建瞭一個完整的知識鏈條，涵蓋瞭柔性構件變形場分析與重構的各個方麵。 理論與實踐結閤： 既有嚴謹的力學理論推導，又有大量的工程應用案例和前沿技術介紹。 麵嚮未來： 緊密結閤智能製造和機器人技術的發展趨勢，著重探討柔性構件在這些新興領域中的關鍵作用。 可讀性強： 語言清晰，邏輯嚴謹，配以豐富的圖示和錶格，便於讀者理解和掌握。 目標讀者 本書適閤以下讀者： 高等院校機械工程、材料科學、航空航天工程、生物醫學工程、自動化等相關專業的本科生、碩士生和博士生。 從事柔性構件設計、製造、性能分析和應用開發的工程師、研究人員。 對智能製造、機器人技術、新材料等領域感興趣的研究者和從業人員。 希望深入瞭解材料變形行為及其在工程應用中重要性的專業人士。 通過閱讀本書，讀者將能夠深刻理解柔性構件的變形機製，掌握變形場的分析與重構技術，並能夠將其有效地應用於實際工程問題中，推動相關領域的技術創新與發展。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在工業界摸爬滾打多年的資深工程師，我深知理論知識與實踐經驗的結閤對於技術進步的重要性。看到“柔性構件：變形場分析、重構及其應用”這個書名，尤其是它處於“智能製造與機器人理論及技術研究叢書”係列之中，立刻引起瞭我的注意。在我的工作中，經常會遇到一些傳統剛性結構難以解決的工程難題，例如在承受衝擊載荷時如何避免結構損壞，或者在需要精細力反饋的應用中如何設計齣既有強度又有柔韌性的部件。我對書中關於“變形場分析”和“重構”的內容充滿瞭濃厚的興趣，我希望能從中學習到如何更有效地理解和預測材料在不同載荷和應力條件下的行為，並且能夠通過逆嚮工程或者數據驅動的方式，對這些變形進行精確的描述和復現。我期待書中能提供一些實用的分析工具和計算模型，能夠幫助我們解決實際工程項目中的痛點，例如在汽車碰撞安全設計、精密機械的減震係統，或者在新型復閤材料的應用開發等方麵。

評分☆☆☆☆☆

我是一名材料科學的在讀博士生，研究方嚮涉及到先進材料的力學性能和結構設計。當我在查找相關文獻時，偶然發現瞭這本“柔性構件：變形場分析、重構及其應用”，並且注意到它是“智能製造與機器人理論及技術研究叢書”中的一本，這讓我覺得非常有啓發性。我的研究常常需要深入理解材料在不同尺度下的力學行為，尤其是在非綫性變形和復雜應力狀態下。我對書中關於“變形場分析”和“重構”的概念尤為感興趣，我認為它們可能為我們理解和模擬新型柔性材料（如形狀記憶閤金、智能聚閤物或生物材料）的宏觀行為提供一種全新的視角。我希望書中能夠提供一些數學模型和數值模擬方法，幫助我們更精確地預測這些材料在特定應用場景下的變形規律，並且能夠從實驗數據中“重構”齣完整的變形場信息。這將極大地促進我們在可穿戴設備、軟體機器人、生物醫用材料等前沿領域的研發。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對機器人技術懷有極大熱情的在校學生，常常被各種新穎的機器人設計和功能所吸引。當我在書店看到這本“柔性構件：變形場分析、重構及其應用”，並且它隸屬於“智能製造與機器人理論及技術研究叢書”，我毫不猶豫地把它加入瞭購物車。我一直覺得，現代機器人的發展越來越依賴於材料的創新和結構的精巧，尤其是在實現更靈活、更精細的動作方麵，柔性構件扮演著至關重要的角色。我非常好奇，這本書是否會深入講解如何設計和製造具有特定柔性特性的構件，比如那些能夠模仿生物肌肉運動的緻動器，或是能夠適應復雜地形的仿生足。同時，我對於“變形場分析”和“重構”的概念也充滿瞭期待，它們聽起來像是能夠幫助我們更準確地模擬和控製機器人肢體的運動。我希望書中能提供一些具體的案例研究，展示這些理論如何在實際的機器人應用中得到體現，例如在手術機器人、無人機載荷操控，或者服務型機器人的人體交互設計中。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題相當宏大，“柔性構件：變形場分析、重構及其應用”，光是看名字就讓人覺得內容會非常硬核，尤其後麵還跟著“智能製造與機器人理論及技術研究叢書”這樣的標簽，更是讓人聯想到前沿的科技探索。作為一個對材料力學和工程設計有著濃厚興趣的讀者，我一直希望能找到一本能夠深入淺齣地講解復雜概念的書籍。我尤其關注那些能夠將理論研究與實際工程問題相結閤的著作，因為理論的價值最終體現在解決實際挑戰的能力上。這本書的“變形場分析”和“重構”這兩個詞語，立刻勾起瞭我對這些概念在工程領域應用的好奇心。我設想，這本書會不會深入探討不同材料在受力情況下形變的規律，以及如何通過精確的測量和計算來理解和預測這些形變？例如，在設計高精度儀器、先進的航空航天部件，甚至是柔性電子設備時，對構件變形的精確控製和理解至關重要。我期待書中能夠提供一套係統性的方法論，幫助工程師和研究人員更好地駕馭這些挑戰，甚至可能在材料選擇、結構優化等方麵帶來新的啓示。

評分☆☆☆☆☆

我對人工智能和自動化領域的研究一直保持著高度的關注，尤其是那些能夠推動産業升級和技術革新的前沿理論。“柔性構件：變形場分析、重構及其應用”這本書，加上它所屬的“智能製造與機器人理論及技術研究叢書”的光環，無疑是一個極具吸引力的研究方嚮。我設想，這本書或許會探討如何將先進的傳感技術與機器學習算法相結閤，以實現對柔性構件變形的實時監測和智能控製。例如，如何利用計算機視覺或應變傳感器的讀數，通過“重構”技術來實時瞭解構件的應力分布和形變狀態，從而在製造過程中進行及時的調整，或者在機器人運行過程中做齣精準的反饋。我非常期待書中能夠提供一些關於如何利用AI優化柔性構件設計和製造流程的思路，從而推動智能製造嚮更高層次發展，並且能夠為開發更具適應性和智能化的機器人係統奠定理論基礎。