它們是最優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、有限元法和動態(tài)設(shè)計。該書從實(shí)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(xué)習(xí)《現(xiàn)代設(shè)計方法實(shí)用教程》旨在培養(yǎng)讀者了解、熟悉、掌握現(xiàn)代設(shè)計方法的基本知識，為應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法解決工程設(shè)計問題奠定基礎(chǔ)。

第1章 緒論1

1.1 現(xiàn)代設(shè)計方法概述1

1.2 本教材研究的主要內(nèi)容2

1.3 本教程的目的及先修課程3

第2章 最優(yōu)化設(shè)計4

2.1 概述4

2.2 最優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型5

2.2.1 最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的一般形式6

2.2.2 最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的3個基本要素6

2.2.3 求解最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的下降數(shù)值迭代法8

2.3 最優(yōu)化方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)10

2.3.1 多維函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)與梯度10

2.3.2 多維函數(shù)的泰勒展開式11

2.3.3 多維函數(shù)的極小點(diǎn)存在條件12

2.3.4 局部極小點(diǎn)與全域極小點(diǎn)14

2.4 一維搜索方法15

2.4.1 概述15

2.4.2 確定初始區(qū)間的進(jìn)退法15

2.4.3 黃金分割法17

2.4.4 二次插值法21

2.5 無約束最優(yōu)化方法25

2.5.1 概述25

2.5.2 坐標(biāo)輪換法25

2.5.3 鮑威爾的共軛方向法27

2.5.4 梯度法31

2.5.5 牛頓法35

2.5.6 變尺度法38

2.6 約束最優(yōu)化方法40

2.6.1 概述40

2.6.2 直接法40

2.6.3 間接法47

2.7 最優(yōu)化設(shè)計應(yīng)注意的若干問題53

2.7.1 優(yōu)化設(shè)計問題的建模53

2.7.2 優(yōu)化計算結(jié)果的分析及處理55

2.7.3 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的計算機(jī)求解56

2.8 小結(jié)56

習(xí)題58

第3章 可靠性設(shè)計60

3.1 概述60

3.1.1 可靠性的基本概念及特點(diǎn)60

3.1.2 可靠性設(shè)計的常用指標(biāo)61

3.1.3 可靠性設(shè)計常用的分布函數(shù)64

3.2 可靠性設(shè)計原理70

3.2.1 應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型70

3.2.2 應(yīng)力和強(qiáng)度均服從正態(tài)分布時的可靠度計算71

3.2.3 應(yīng)力和強(qiáng)度均服從對數(shù)正態(tài)分布時的可靠度計算72

3.2.4 應(yīng)力和強(qiáng)度均服從指數(shù)分布時的可靠度計算73

3.2.5 蒙特卡羅法簡介73

3.2.6 零部件參數(shù)漂移的可靠性分析74

3.3 零部件的可靠性設(shè)計76

3.3.1 零部件靜強(qiáng)度的可靠性設(shè)計76

3.3.2 零部件疲勞強(qiáng)度的可靠性設(shè)計77

3.4 系統(tǒng)的可靠性設(shè)計86

3.4.1 系統(tǒng)的可靠性預(yù)測86

3.4.2 系統(tǒng)的可靠性分配90

3.4.3 故障樹分析法在系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用95

3.5 小結(jié)98

習(xí)題99

第4章 有限元法101

4.1 概述101

4.1.1 有限元的基本思想101

4.1.2 有限元法在工程中的應(yīng)用101

4.1.3 有限元法求解問題的基本步驟102

4.2 平面剛架的有限元法107

4.2.1 結(jié)構(gòu)的離散化107

4.2.2 單元剛度矩陣的建立107

4.2.3 求總體剛度矩陣113

4.2.4 位移的求解115

4.3 彈性力學(xué)平面問題的有限元法118

4.3.1 彈性力學(xué)的基本方程119

4.3.2 單元剛度矩陣的建立122

4.3.3 總體剛度矩陣的集成126

4.3.4 總體剛度方程的求解128

4.3.5 彈性力學(xué)平面問題有限元分析需要注意的問題129

4.4 其他常用單元的剛度矩陣133

4.4.1 三棱圓環(huán)單元的剛度矩陣133

4.4.2 等參數(shù)單元的剛度矩陣135

4.5 小結(jié)141

習(xí)題142

第5章 動態(tài)設(shè)計144

5.1 概述144

5.2 有限元建模法144

5.2.1 平面連桿機(jī)構(gòu)的彈性動力分析145

5.2.2 彈性力學(xué)平面問題的動力分析158

5.3 傳遞矩陣建模法167

5.3.1 軸系扭轉(zhuǎn)振動分析168

5.3.2 軸系橫向振動分析177

5.4 試驗(yàn)建模法181

5.4.1 機(jī)械阻抗與頻率響應(yīng)函數(shù)181

5.4.2 振動系統(tǒng)頻率響應(yīng)的圖示法183

5.4.3 傳遞函數(shù)測量的模態(tài)分析185

5.4.4 不同激勵方式的選擇186

5.4.5 實(shí)模態(tài)和復(fù)模態(tài)的參數(shù)識別186

5.5 小結(jié)187

習(xí)題187

附錄A190參考文獻(xiàn)192

…… 2100433B

科學(xué)技術(shù)的日新月異，特別是計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，為工程設(shè)計提供了日臻完善的手段，由此應(yīng)運(yùn)而發(fā)展的現(xiàn)代設(shè)計方法在工程設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用和推廣，而傳統(tǒng)設(shè)計方法正在被淡化、更新或替代。因此，為使高等工科院校的學(xué)生和其他有關(guān)技術(shù)人員熟悉和掌握現(xiàn)代設(shè)計方法中的若干基本方法，本書介紹了目前應(yīng)用成熟的4種常用方法。它們是最優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、有限元法和動態(tài)設(shè)計。

前言

第1章 緒論

1.1 現(xiàn)代設(shè)計的概念

1.1.1 設(shè)計的概念及特征

1.1.2 設(shè)計發(fā)展的基本階段

1.1.3 現(xiàn)代設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計

1.2 現(xiàn)代設(shè)計方法的主要內(nèi)容及特點(diǎn)

1.2.1 現(xiàn)代設(shè)計方法的主要內(nèi)容

1.2.2 現(xiàn)代設(shè)計方法的特點(diǎn)

1.3 現(xiàn)代產(chǎn)品的特點(diǎn)及其開發(fā)

1.3.1 現(xiàn)代產(chǎn)品的特點(diǎn)

1.3.2 現(xiàn)代產(chǎn)品的開發(fā)

1.4 學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計方法的意義與任務(wù)

習(xí)題

第2章 計算機(jī)輔助設(shè)計

2.1 概述

2.1.1 CAD技術(shù)的起源、發(fā)展和應(yīng)用概況

2.1.2 應(yīng)用CAD技術(shù)的優(yōu)越性

2.1.3 CAD技術(shù)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(yīng)用

2.5 數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)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(yīng)用

2.5.3 工程數(shù)據(jù)庫

習(xí)題

第3章 計算機(jī)繪圖

3.1 概述

3.2 計算機(jī)繪圖基礎(chǔ)

3.2.1 坐標(biāo)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(biāo)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(jī)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(xí)題

第4章 優(yōu)化設(shè)計

4.1 概述

4.1.1 優(yōu)化設(shè)計基本概念

4.1.2 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型

4.1.3 工程優(yōu)化設(shè)計問題的主要類型

4.1.4 優(yōu)化設(shè)計的迭代算法

4.2 工程優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

4.2.1 二次型與正定矩陣

4.2.2 函數(shù)的方向?qū)?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(biāo)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(fù)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(biāo)問題的優(yōu)化方法

4.6.1 加權(quán)組合法

4.6.2 功效系數(shù)法

4.6.3 主要目標(biāo)法

4.7工程優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用

4.7.1 工程優(yōu)化設(shè)計的一般步驟

4.7.2 微機(jī)優(yōu)化方法程序庫PC－

OPB簡介

4.7.3 工程優(yōu)化設(shè)計實(shí)例

習(xí)題

第5章 機(jī)械可靠性設(shè)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(shù)的發(fā)展

5.1.4 可靠性設(shè)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(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計

5.4.1 強(qiáng)度概率計算法的基本理論

5.4.2 零件強(qiáng)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(yīng)力分布規(guī)律及分布參數(shù)的確定

5.4.5 強(qiáng)度可靠性計算條件式與許用可靠度

5.5 強(qiáng)度可靠性設(shè)計方法及步驟

5.6 疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計

5.6.1 等幅變應(yīng)力作用下零件的疲勞壽命及可靠度

5.6.2 不穩(wěn)定應(yīng)力作用下零件的疲勞壽命

5.6.3 承受多級變應(yīng)力作用的零件在給定壽命時的可靠度

5.7 機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計

5.7.1 可靠性預(yù)測

5.7.2 可靠性分配

習(xí)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(wù)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(yīng)用

6.3.1 有限元法的計算步驟

6.3.2 計算實(shí)例

6.3.3 其它問題

習(xí)題

第7章 機(jī)電產(chǎn)品造型設(shè)計

7.1 概述

7.1.1 工業(yè)造型設(shè)計的基本內(nèi)容與基本要素

7.1.2 產(chǎn)品造型設(shè)計的原則

7.1.3 產(chǎn)品造型的美學(xué)內(nèi)容

7.1.4 產(chǎn)品造型設(shè)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(jī)工程學(xué)簡介

7.3.1 人體結(jié)構(gòu)尺寸與造型尺度

7.3.2 視覺特征與顯示器設(shè)計

7.3.3 控制器的選擇與設(shè)計

7.3.4 控制臺板設(shè)計

7.4 產(chǎn)品色彩設(shè)計

7.4.1 色彩的基本知識

7.4.2 色彩的對比與調(diào)合

7.4.3 產(chǎn)品色彩設(shè)計

習(xí)題

第8章 設(shè)計方法學(xué)

8.1 概述

8.1.1 設(shè)計方法學(xué)及其研究內(nèi)容

8.1.2 設(shè)計系統(tǒng)

8.2 系統(tǒng)化設(shè)計法

8.2.1 技術(shù)過程及技術(shù)系統(tǒng)

8.2.2 功能分析法

8.2.3 系統(tǒng)設(shè)計舉例

8.3 創(chuàng)造性設(shè)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(diǎn)和類型

8.3.3 創(chuàng)造技法

8.4 設(shè)計中的評價與決策

8.4.1 設(shè)計中的評價

8.4.2 設(shè)計中的決策

習(xí)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(diǎn)及應(yīng)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(shí)現(xiàn)

9.2.5 遺傳算法的數(shù)學(xué)描述

9.3 遺傳算法在機(jī)械工程設(shè)計中的應(yīng)用實(shí)例

習(xí)題

第10章 現(xiàn)代設(shè)計方法的綜合應(yīng)用

10.1 機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用

10.1.1 可靠性優(yōu)化設(shè)計模型的創(chuàng)建方法

10.1.2 機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計舉例

10.2 面向?qū)ο筌浖O(shè)計方法及其在機(jī)械CAD系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用

10.2.1 面向?qū)ο筌浖O(shè)計方法的基本原理與特點(diǎn)

10.2.2 面向?qū)ο筌浖O(shè)計方法在機(jī)械CAD系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用

10.3 參數(shù)化繪圖方法及其在機(jī)械CAD中的應(yīng)用

10.4 三次設(shè)計法及其在工程設(shè)計中的應(yīng)用

10.4.1 三次設(shè)計法原理

10.4.2 三次設(shè)計法在工程設(shè)計中的應(yīng)用

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

附錄1

附錄2

附錄3 2100433B

緒論

01.1 設(shè)計的基本概念

01.2 現(xiàn)代設(shè)計方法的分類及主要現(xiàn)代設(shè)計方法簡介

01.3 學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計方法的意義與任務(wù)

思考與練習(xí)

第1章 現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)

1.1 設(shè)計方法學(xué)概述

1.2 產(chǎn)品設(shè)計過程與設(shè)計原則

1.3 技術(shù)系統(tǒng)及其確定

1.4 方案的系統(tǒng)化設(shè)計

1.5 設(shè)計中的評價決策

思考與練習(xí)

第2章 計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）

2.1 CAD概述

2.2 CAD系統(tǒng)

2.3 CAD系統(tǒng)的圖形處理

2.4 工程數(shù)據(jù)的處理

2.5 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應(yīng)用

思考與練習(xí)

第3章 優(yōu)化設(shè)計

3.1 優(yōu)化設(shè)計概述

3.2 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)分析基礎(chǔ)

3.3 一維探索優(yōu)化方法

3.4 無約束多維問題的優(yōu)化方法

3.5 約束問題的優(yōu)化方法

3.6 多目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化方法

3.7 LINGO在優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用

思考與練習(xí)

第4章 有限元法

4.1 有限元法概述

4.2 有限元法的基本步驟

4.3 二維線彈性問題

4.4 有限元程序的應(yīng)用

4.5 ANSYS有限元軟件的應(yīng)用

思考與練習(xí)

第5章 機(jī)械可靠性設(shè)計

5.1 可靠性設(shè)計的基本理論和概念

5.2 可靠性工程中常用概率分布

5.3 可靠性設(shè)計原理

5.4 機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計

5.5 系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

思考與練習(xí)

第6章 現(xiàn)代設(shè)計方法前沿

6.1 創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)

6.2 快速響應(yīng)設(shè)計技術(shù)

6.3 綠色產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)

6.4 并行設(shè)計技術(shù)

6.5 虛擬設(shè)計

6.6 協(xié)同沒計

思考與練習(xí)

附錄A 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表

參考文獻(xiàn) 2100433B

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

《現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)》可作為機(jī)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(jī)電產(chǎn)品設(shè)計的工程技術(shù)人員參考。