現(xiàn)代設計方法基礎內(nèi)容簡介

本書主要介紹常用的現(xiàn)代設計方法的基本原理，特別是有限元法、優(yōu)化設計和可靠性的基礎知識和求解機械工程問題的步驟。

第1章簡要介紹了現(xiàn)代設計方法產(chǎn)生和發(fā)展的背景及其特點；第2章介紹了有限元方法的基本原理，特別是結合工程機械，著重介紹了平面問題、桿件結構、板殼問題、空間問題以及動態(tài)問題的求解原理，并分別結合目前流行的結構分析軟件ANSYS給出一些求解實例，第3章介紹了優(yōu)化設計的基本概念和原理，以及幾種常用的優(yōu)化設計方法的原理和求解步驟，對機械優(yōu)化設計中的一些常見問題的處理也作了簡要介紹，舉例說明了機械結構和機構兩大類型的優(yōu)化設計數(shù)學模型的建立過程；第4章介紹了可靠性工程的基礎知識、機械零件的可靠性設計、系統(tǒng)可靠性設計、疲勞強度的可靠性分析及可靠性試驗的原理和方法，第5章簡要介紹了其他一些常用的現(xiàn)代設計方法。

本書可作為高等學校機械類專業(yè)本科生及研究生的教材，也8可供有關工程技術人員閱讀與參考。

前言

第1章 緒論

1.1 概述

1.2 現(xiàn)代設計方法的特點

1.3 本書內(nèi)容

第2章 有限元法基礎

2.1 有限元法簡介

2.1.1 有限元法的產(chǎn)生及基本思想

2.1.2 有限元法的分析過程

2.1.3 有限元法在工程中的應用

2.2 彈性力學基礎知識

2.2.1 彈性力學平面問題

2.2.2 彈性力學基本方程

2.3 彈性平面問題的有限元法

2.3.1 結構離散及單元劃分

2.3.2 三角形單元分析

2.3.3 整體分析

2.3.4 有限元分析應注意的幾個問題

2.3.5 平面問題應用實例

2.4 二維梁單元

2.4.1 平面梁單元的剛度矩陣

2.4.2 整體坐標的單元剛度矩陣

2.4.3 非節(jié)點載荷的移置

2.4.4 框架問題應用實例

2.5 空間問題

2.5.1 4節(jié)點四面體單元的剛度矩陣

2.5.2 單元的等效節(jié)點載荷

2.5.3 空間問題應用實例

2.6 薄板、殼問題

2.6.1 薄板彎曲的基本概念和基本方程

2.6.2 薄板問題的有限元法

2.6.3 薄殼問題的有限元法

2.6.4 薄板、殼問題應用舉例

2.7 動力問題

2.7.1 結構的動力方程

2.7.2 質量矩陣和阻尼矩陣

2.7.3 結構的自振頻率和振型

2.7.4 結構的動力問題分析實例

思考題

習題

第3章 優(yōu)化設計

3.1 概述

3.2 優(yōu)化設計的數(shù)學模型

3.2.1 設計變量與設計空間

3.2.2 約束

3.2.3 目標函數(shù)

3.2.4 數(shù)學模型

3.3 優(yōu)化設計基本方法

3.4 一維搜索方法

3.4.1 確定初始區(qū)間的方法

3.4.2 0.6 18法(黃金分割法)

3.5 無約束優(yōu)化設計方法

3.5.1 Powell法

3.5.2 變尺度法

3.6 約束優(yōu)化設計方法

3.6.1 復合形法

3.6.2 懲罰函數(shù)法

3.7 機械優(yōu)化設計的幾個問題

3.7.1 尺度變換

3.7.2 多目標問題

3.7.3 離散優(yōu)化設計問題

3.7.4 機械優(yōu)化設計的一般步驟

3.8 應用舉例

3.8.1 連桿機構的優(yōu)化設計

3.8.2 機械結構優(yōu)化設計

3.9 ANSYS優(yōu)化設計介紹

思考題

習題

第4章 可靠性工程

4.1 概述

4.2 可靠性工程的基礎理論

4.2.1 可靠度和故障率

4.2.2 產(chǎn)品失效模型

4.2.3 產(chǎn)品的平均壽命

4.3 零件機械強度的可靠性設計

4.3.1 應力和強度的干涉模型

4.3.2 用分析法進行可靠性預計

4.3.3 可靠性工程中搜集數(shù)據(jù)的方法

4.3.4 受拉零件的靜強度可靠性設計

4.3.5 梁的靜強度可靠性設計

4.4 機械系統(tǒng)的可靠性工程

4.4.1 機械和電子系統(tǒng)的可靠性模型

4.4.2 機械和電子系統(tǒng)的可靠性預計

4.4.3 系統(tǒng)的可靠性分配

4.5 機械系統(tǒng)故障分析法

4.5.1 FTA的基本概念

4.5.2 故障樹定性分析

4.5.3 故障樹的定量分析

4.6 疲勞強度可靠性分析

4.6.1 疲勞曲線(S-N曲線與P-S-N曲線)

4.6.2 P-S-N曲線的制作原理和方法

4.6.3 給定壽命條件下的疲勞強度及其可靠度

4.6.4 有限壽命脈動條件下零件的疲勞壽命及其可靠度

4.7 可靠性試驗

4.7.1 概述

4.7.2 指數(shù)分布壽命試驗的分類和試驗設計

4.7.3 一般分布、完全子樣的數(shù)據(jù)處理

4.7.4 截尾壽命試驗結果的統(tǒng)計分析——點估計

4.7.5 截尾壽命試驗結果的統(tǒng)計分析——區(qū)間估計

思考題

習題

第5章 其他現(xiàn)代設計方法簡介

5.1 計算機輔助設計

5.2 模塊化設計

5.3 并行設計

5.4 模糊設計

5.5 創(chuàng)新設計

5.6 面向制造的設計

5.7 綠色設計“’

5.8 虛擬設計技術

附錄

參考文獻2100433B

它們是最優(yōu)化設計、可靠性設計、有限元法和動態(tài)設計。該書從實用角度闡述了這些方法的基本概念、基本理論和基本方法。

學習《現(xiàn)代設計方法實用教程》旨在培養(yǎng)讀者了解、熟悉、掌握現(xiàn)代設計方法的基本知識，為應用現(xiàn)代設計方法解決工程設計問題奠定基礎。

陶棟材主編的《現(xiàn)代設計方法學》在討論傳統(tǒng)設計和現(xiàn)代設計的關系、特點，以及對多種常用現(xiàn)代設計方法進行概括介紹的基礎上，重點介紹了優(yōu)化設計、計算機輔助設計、有限元法、可靠性設計和創(chuàng)新設計，同時本書融入了編者多年來在現(xiàn)代設計方法學方面的一部分研究成果。通過對本書的學習；讀者可以掌握現(xiàn)代設計方法學的基本思想原理、設計過程和應用。

《現(xiàn)代設計方法學》可作為機械類碩士生研究生和高年級本科生教材，也可供其他專業(yè)師生和從事機電產(chǎn)品設計的工程技術人員參考。

前言

第1章 緒論

1.1 現(xiàn)代設計的概念

1.1.1 設計的概念及特征

1.1.2 設計發(fā)展的基本階段

1.1.3 現(xiàn)代設計與傳統(tǒng)設計

1.2 現(xiàn)代設計方法的主要內(nèi)容及特點

1.2.1 現(xiàn)代設計方法的主要內(nèi)容

1.2.2 現(xiàn)代設計方法的特點

1.3 現(xiàn)代產(chǎn)品的特點及其開發(fā)

1.3.1 現(xiàn)代產(chǎn)品的特點

1.3.2 現(xiàn)代產(chǎn)品的開發(fā)

1.4 學習現(xiàn)代設計方法的意義與任務

習題

第2章 計算機輔助設計

2.1 概述

2.1.1 CAD技術的起源、發(fā)展和應用概況

2.1.2 應用CAD技術的優(yōu)越性

2.1.3 CAD技術發(fā)展展望

2.2 CAD系統(tǒng)

2.2.1 CAD系統(tǒng)的硬件

2.2.2 CAD系統(tǒng)的軟件

2.2.3 CAD系統(tǒng)的形式

2.2.4 CAD系統(tǒng)的功能

2.3 工程數(shù)據(jù)的處理方法及CAD程序編制

2.3.1 數(shù)表的分類及存取

2.3.2 線圖的分類及處理

2.3.3 列表函數(shù)表的插值算法

2.3.4 數(shù)據(jù)的公式擬合方法

2.4 數(shù)據(jù)文件及其應用

2.5 數(shù)據(jù)庫及其應用

2.5.1 數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

2.5.2 漢字FOXBASE 2.1數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在CAD中的應用

2.5.3 工程數(shù)據(jù)庫

習題

第3章 計算機繪圖

3.1 概述

3.2 計算機繪圖基礎

3.2.1 坐標系

3.2.2 窗口、視區(qū)及開窗變換

3.2.3 二維圖形的剪裁

3.3 二維圖形的幾何變換

3.3.1 齊次坐標與變換矩陣

3.3.2 基本幾何變換及矩陣表示

3.3.3 組合變換

3.4 機械工程圖的繪制方法

3.4.1 基本圖形的繪制

3.4.2 零件圖的繪制

3.4.3 裝配圖的繪制

習題

第4章 優(yōu)化設計

4.1 概述

4.1.1 優(yōu)化設計基本概念

4.1.2 優(yōu)化設計的數(shù)學模型

4.1.3 工程優(yōu)化設計問題的主要類型

4.1.4 優(yōu)化設計的迭代算法

4.2 工程優(yōu)化設計的數(shù)學基礎

4.2.1 二次型與正定矩陣

4.2.2 函數(shù)的方向導數(shù)與梯度

4.2.3 函數(shù)的泰勒近似展開式和海森矩陣

4.2.4 無約束優(yōu)化問題的極值條件

4.2.5 凸函數(shù)與凸規(guī)劃

4.2.6 約束優(yōu)化問題的極值條件

4.3 一維優(yōu)化方法

4.3.1 搜索區(qū)間的確定

4.3.2 0.618法（黃金分割法）

4.3.3 二次插值法

4.4 多維無約束優(yōu)化方法

4.4.1 坐標輪換法

4.4.2 共軛方向法

4.4.3 梯度法

4.4.4 牛頓法

4.4.5 變尺度法

4.5 約束優(yōu)化方法

4.5.1 復合形法

4.5.2 懲罰函數(shù)法

4.5.3 簡約梯度法及廣義簡約梯度法

4.6 多目標問題的優(yōu)化方法

4.6.1 加權組合法

4.6.2 功效系數(shù)法

4.6.3 主要目標法

4.7工程優(yōu)化設計應用

4.7.1 工程優(yōu)化設計的一般步驟

4.7.2 微機優(yōu)化方法程序庫PC－

OPB簡介

4.7.3 工程優(yōu)化設計實例

習題

第5章 機械可靠性設計

5.1 概述

5.1.1 研究可靠性的意義

5.1.2 可靠性的定義

5.1.3 可靠性技術的發(fā)展

5.1.4 可靠性設計的基本內(nèi)容

5.2 可靠性特征量

5.2.1 可靠度特征量

5.2.2 失效特征量

5.3 可靠性常用概率分布

5.4 機械強度可靠性設計

5.4.1 強度概率計算法的基本理論

5.4.2 零件強度可靠度的計算

5.4.3 零件承載能力分布規(guī)律及分布參數(shù)的確定

5.4.4 零件工作應力分布規(guī)律及分布參數(shù)的確定

5.4.5 強度可靠性計算條件式與許用可靠度

5.5 強度可靠性設計方法及步驟

5.6 疲勞強度可靠性設計

5.6.1 等幅變應力作用下零件的疲勞壽命及可靠度

5.6.2 不穩(wěn)定應力作用下零件的疲勞壽命

5.6.3 承受多級變應力作用的零件在給定壽命時的可靠度

5.7 機械系統(tǒng)可靠性設計

5.7.1 可靠性預測

5.7.2 可靠性分配

習題

第6章 有限元法

6.1 概述

6.2 單元分析

6.2.1 單元分析的任務和方法

6.2.2 直接剛度法

6.2.3 虛功原理法

6.2.4 能量變分法

6.3 有限元法的應用

6.3.1 有限元法的計算步驟

6.3.2 計算實例

6.3.3 其它問題

習題

第7章 機電產(chǎn)品造型設計

7.1 概述

7.1.1 工業(yè)造型設計的基本內(nèi)容與基本要素

7.1.2 產(chǎn)品造型設計的原則

7.1.3 產(chǎn)品造型的美學內(nèi)容

7.1.4 產(chǎn)品造型設計的程序

7.2 造型與形式法則

7.2.1 形態(tài)要素及其視覺效果

7.2.2 造型美的形式法則

7.3 人機工程學簡介

7.3.1 人體結構尺寸與造型尺度

7.3.2 視覺特征與顯示器設計

7.3.3 控制器的選擇與設計

7.3.4 控制臺板設計

7.4 產(chǎn)品色彩設計

7.4.1 色彩的基本知識

7.4.2 色彩的對比與調合

7.4.3 產(chǎn)品色彩設計

習題

第8章 設計方法學

8.1 概述

8.1.1 設計方法學及其研究內(nèi)容

8.1.2 設計系統(tǒng)

8.2 系統(tǒng)化設計法

8.2.1 技術過程及技術系統(tǒng)

8.2.2 功能分析法

8.2.3 系統(tǒng)設計舉例

8.3 創(chuàng)造性設計法

8.3.1 創(chuàng)造力和創(chuàng)造過程

8.3.2 創(chuàng)造性思維及其特點和類型

8.3.3 創(chuàng)造技法

8.4 設計中的評價與決策

8.4.1 設計中的評價

8.4.2 設計中的決策

習題

第9章 工程遺傳算法

9.1 概述

9.1.1 工程遺傳算法的概念

9.1.2 遺傳算法的特點及應用

9.2 遺傳算法的基本原理及其計算步驟

9.2.1 遺傳算法的基本原理

9.2.2 遺傳算法的基本操作

9.2.3 遺傳算法的迭代計算步驟

9.2.4 遺傳算法的實現(xiàn)

9.2.5 遺傳算法的數(shù)學描述

9.3 遺傳算法在機械工程設計中的應用實例

習題

第10章 現(xiàn)代設計方法的綜合應用

10.1 機械可靠性優(yōu)化設計在機械設計中的應用

10.1.1 可靠性優(yōu)化設計模型的創(chuàng)建方法

10.1.2 機械可靠性優(yōu)化設計舉例

10.2 面向對象軟件設計方法及其在機械CAD系統(tǒng)開發(fā)中的應用

10.2.1 面向對象軟件設計方法的基本原理與特點

10.2.2 面向對象軟件設計方法在機械CAD系統(tǒng)開發(fā)中的應用

10.3 參數(shù)化繪圖方法及其在機械CAD中的應用

10.4 三次設計法及其在工程設計中的應用

10.4.1 三次設計法原理

10.4.2 三次設計法在工程設計中的應用

習題

參考文獻

附錄1

附錄2

附錄3 2100433B