機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)

概述

第一部分 結(jié)構(gòu)分析

第1章 結(jié)構(gòu)力學(xué)

1-1 自由度和幾何不變體系

1-2 靜定結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算及虛功原理

1-3 超靜定結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算：力法和位移法

思考與練習(xí)

第2章 彈性力學(xué)基礎(chǔ)

2-1 彈性力學(xué)中的基本量

2-2 平面應(yīng)力問題與平面應(yīng)變問題

2-3 彈性力學(xué)平面問題的基本方程與邊界條件（set 1）

2-4 彈性力學(xué)平面問題的解析解法

2-5 虛功原理

思考與練習(xí)

第3章 有限單元法

3-1 有限單元法的基本思想

3-2 結(jié)構(gòu)離散化——單元?jiǎng)澐?

3-3 位移模式

3-4 有限元法基本計(jì)算公式

3-5 各種平面單元分析

3-6 應(yīng)用實(shí)例——基于LS-DYNA的電動(dòng)汽車正面碰撞仿真研究

思考與練習(xí)

第4章 多物理場耦合仿真

4-1 偏微分方程組的有限元數(shù)值解法

4-2 多物理場耦合問題的定義

4-3 多物理場耦合問題的分類

4-4 常見物理場的控制微分方程（組）

4-5 常見物理場的耦合方程

4-6 耦合場的協(xié)同仿真

第二部分 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

第5章 力學(xué)準(zhǔn)則法

5-1 滿應(yīng)力準(zhǔn)則和應(yīng)力比法

5-2 滿位移設(shè)計(jì)

5-3 能量準(zhǔn)則

思考與練習(xí)

第6章 數(shù)學(xué)規(guī)劃法

6-1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的簡化處理

6-2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的梯度計(jì)算——靈敏度（感度）分析

6-3 二次正交回歸優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

思考與練習(xí)

第7章 布局優(yōu)化

7-1 布局優(yōu)化發(fā)展歷史概況

7-2 Maxwell定理

7-3 逆靜力學(xué)法（理想狀態(tài)空間法）

7-4 其他布局優(yōu)化方法

7-5 應(yīng)用實(shí)例——重型卡車平衡軸支架的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)

思考與練習(xí)

參考文獻(xiàn) 2100433B

本書在結(jié)合合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)科學(xué)研究成果（如大型有限元分析程序DYFIN的調(diào)試和開發(fā)、結(jié)構(gòu)多級(jí)優(yōu)化、布局優(yōu)化、機(jī)械結(jié)構(gòu)理想設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化等）的基礎(chǔ)上，盡可能地將有關(guān)研究成果以工程應(yīng)用實(shí)例的形式融入教材，傳遞最新科研信息。全書主要分為結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)兩部分。結(jié)構(gòu)分析部分系統(tǒng)介紹彈性力學(xué)基礎(chǔ)（基本量、平面問題的基本方程與解析解法、虛功原理等）、有限元分析原理及應(yīng)用、多物理場耦合問題及協(xié)同仿真等內(nèi)容。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)部分簡單介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般過程、層次，重點(diǎn)介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，如力學(xué)準(zhǔn)則法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法、布局優(yōu)化等。書后附參考文獻(xiàn)以及二次正交回歸優(yōu)化方法程序使用說明。

《機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)》無意系統(tǒng)全面地講授結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)知識(shí)，而是將結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、有限元方法中的相關(guān)知識(shí)串在一起：從結(jié)構(gòu)力學(xué)中的力法、位移法，到彈性力學(xué)中的按應(yīng)力求解、按位移求解，再到有限元方法，虛功原理始終貫穿其中，展現(xiàn)了結(jié)構(gòu)分析過程中科學(xué)思路的繼承和發(fā)展歷程。同時(shí)，《機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)》介紹了多物理場耦合仿真以及布局優(yōu)化的基本理論和方法，希望對從事結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)的機(jī)械工程專業(yè)研究生和工程技術(shù)人員有所裨益。

內(nèi)容簡介

朱愛斌和朱永生編著的《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)與實(shí)例》分為三大部分，共40章，主要介紹機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)，包括基于數(shù)學(xué)軟件MATLAB的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、基于三維建模軟件SolidWorks的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)和基于多體動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，并以應(yīng)用實(shí)例為主介紹了如何應(yīng)用這些軟件對機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行分析、建模、求解以及對優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估?！稒C(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)與實(shí)例》既可作為高等學(xué)校機(jī)電工程類專業(yè)本科生、研究生的教材，也可供從事機(jī)械設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員閱讀和參考。

《普通高等教育"十一五"國家級(jí)規(guī)劃教材·機(jī)械與工程優(yōu)化設(shè)計(jì)》介紹了優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論、基本方法、工程設(shè)計(jì)應(yīng)用和優(yōu)化程序庫的使用方法。全書共分10章，分別介紹了優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念和數(shù)學(xué)模型建立、優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、一維優(yōu)化方法、多維無約束優(yōu)化方法、線性規(guī)劃、約束優(yōu)化方法、多目標(biāo)優(yōu)化方法、優(yōu)化設(shè)計(jì)的新方法、優(yōu)化算法軟件包的應(yīng)用和機(jī)械與工程優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例。書后還附有常用優(yōu)化方法的C語言程序?！镀胀ǜ叩冉逃?十一五"國家級(jí)規(guī)劃教材·機(jī)械與工程優(yōu)化設(shè)計(jì)》內(nèi)容的選擇貫徹“少而精”和“理論聯(lián)系實(shí)際”的原則。內(nèi)容的編排由找人深，注意邏輯性與系統(tǒng)性，重視工程應(yīng)用性?！镀胀ǜ叩冉逃?十一五"國家級(jí)規(guī)劃教材·機(jī)械與工程優(yōu)化設(shè)計(jì)》具有良好的通用性和先進(jìn)性。

前言

第1章 緒論

1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)概述

1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型

1.2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

1.2.2 設(shè)計(jì)變量

1.2.3 目標(biāo)函數(shù)

1.2.4 約束條件

1.2.5 優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的表達(dá)式

1.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)的迭代算法

1.3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的主要類型

1.3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的迭代算法

1.4 工程優(yōu)化問題的幾何描述

習(xí)題

第2章 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

2.1 二次型與正定矩陣

2.2 函數(shù)的方向?qū)?shù)與梯度

2.3 函數(shù)的泰勒近似展開式和黑塞矩陣

2.4 無約束優(yōu)化問題的極值條件

2.5 凸函數(shù)與凸規(guī)劃

2.6 約束優(yōu)化問題的極值條件

習(xí)題

第3章 一維優(yōu)化方法

3.1 搜索區(qū)間的確定

3.2 黃金分割法

3.2.1 黃金分割法的基本原理

3.2.2 黃金分割法的計(jì)算步驟

3.3 二次插值法

3.3.1 二次插值法的基本原理

3.3.2 二次插值法的計(jì)算步驟

習(xí)題

第4章 多維無約束優(yōu)化方法

4.1 坐標(biāo)輪換法

4.2 鮑威爾法（共軛方向法）

4.2.1 共軛方向及其構(gòu)成

4.2.2 基本鮑威爾法

4.2.3 修正鮑威爾法

4.3 梯度法

4.4 共軛梯度法

4.4.1 共軛梯度法的基本原理

4.4.2 共軛梯度法的迭代步驟

4.5 牛頓法

4.6 變尺度法

4.6.1 DFP變尺度法

4.6.2 BFGS變尺度法

習(xí)題

第5章 線性規(guī)劃

5.1 線性規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型

5.2 線性規(guī)劃的基本性質(zhì)

5.2.1 線性規(guī)劃的幾何意義

5.2.2 線性規(guī)劃的基本性質(zhì)

5.3 單純形法

5.3.1 單純形法的基本思想

5.3.2 單純形法的算法及其迭代過程

5.3.3 單純形表

習(xí)題

第6章 約束優(yōu)化方法

6.1 可行方向法

6.1.1 可行方向法的基本思想

6.1.2 最佳下降可行方向及約束一維搜索

6.1.3 可行方向法的迭代步驟

6.2 復(fù)合形法

6.2.1 復(fù)合形法的基本思想

6.2.2 初始復(fù)合形的生成

6.2.3 復(fù)合形法的迭代計(jì)算步驟

6.3 懲罰函數(shù)法

6.3.1 內(nèi)點(diǎn)法

6.3.2 外點(diǎn)法

6.3.3 混合法

習(xí)題

第7章 多目標(biāo)優(yōu)化方法

7.1 統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù)法

7.2 主要目標(biāo)法

7.3 理想點(diǎn)法

7.4 功效系數(shù)法

習(xí)題

第8章 優(yōu)化設(shè)計(jì)的新方法

8.1 工程遺傳算法

8.1.1 工程遺傳算法的基本原理及特點(diǎn)

8.1.2 遺傳算法的主要步驟與基本流程

8.1.3 遺傳算法的應(yīng)用舉例

8.2 模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

8.2.1 模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念

8.2.2 模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的求解方法

8.2.3 模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用

8.3 可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

8.3.1 可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的基本類型

8.3.2 可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的求解方法

8.3.3 可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用

習(xí)題

第9章 優(yōu)化算法軟件包的應(yīng)用

9.1 優(yōu)化算法程序庫PC-OPB的應(yīng)用

9.1.1 PC-OPB程序庫的總體結(jié)構(gòu)及概況

9.1.2 PC-OPB程序庫的使用

9.2 MATLAB優(yōu)化工具箱的應(yīng)用

9.2.1 MATLAB簡介

9.2.2 MATLAB優(yōu)化工具箱簡介

9.2.3 運(yùn)用MATLAB優(yōu)化工具箱求解工程優(yōu)化問題的步驟

9.3 優(yōu)化算法C語言程序的應(yīng)用

習(xí)題

第10章 機(jī)械與工程優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

10.1 機(jī)械與工程優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用策略

10.1.1 機(jī)械與工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般步驟

10.1.2 機(jī)械與工程優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立

10.1.3 數(shù)學(xué)模型的尺度變換

10.1.4 優(yōu)化方法的選擇和收斂精度的確定

10.1.5 優(yōu)化結(jié)果的分析

10.2 機(jī)械與工程優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

附錄 常用優(yōu)化方法的C語言程序