顶部
收藏

现代机械设计方法


作者:
周金宇等
定价:
37.50 元
版面字数:
460千字
开本:
16开
装帧形式:
平装
版次:
1
最新版次
印刷时间:
2026年
ISBN:
978-7-04-049875-2
物料号:
49875-00
出版时间:
2018-07-26
读者对象:
高等教育
一级分类:
机械/能源类
二级分类:
机械设计制造及其自动化/机械工程/机械电子工程专业课
三级分类:
机械创新设计

现代设计方法已经广泛应用于机械类产品设计与开发。本书面向产品性能与质量的提升,介绍了机械产品设计中已较为成熟的三种现代设计理论与方法,内容包括优化设计、有限元法、可靠性设计、综合应用四部分。前三部分阐述相关理论方法的基本概念、简明原理、常用步骤和算法流程,第四部分重点分析了综合应用相关理论方法解决实际工程问题的典型案例。本书注重基础、面向应用、深入浅出、理例(理论与实例)结合、图文并茂,易于自学和拓展。

本书可作为高等院校机械工程类专业高年级本科生及研究生的教材或参考书,也可供其他相关专业师生及工程技术人员自学参考。

  • 目录
    • 前辅文
      • 绪论
        • 第一篇 优化设计
          • 第1章 优化问题及其数学表达
            • 1.1 优化设计的数学模型
              • 1.1.1 一个简单的优化设计案例
                • 1.1.2 设计变量
                  • 1.1.3 目标函数
                    • 1.1.4 约束条件
                      • 1.1.5 优化设计数学模型的标准式
                      • 1.2 优化设计的数学基础
                        • 1.2.1 目标函数的梯度与最速下降方向
                          • 1.2.2 多元函数的泰勒展开
                            • 1.2.3 二次型函数
                            • 1.3 优化问题的极值条件
                              • 1.3.1 无约束优化问题的极值条件
                                • 1.3.2 约束优化问题的极值条件
                                • 1.4 优化设计的数值解法
                                  • 1.4.1 迭代法的基本思想
                                    • 1.4.2 迭代过程的终止准则
                                  • 第2章 一维优化方法
                                    • 2.1 搜索区间的几何特征
                                      • 2.2 搜索区间的确定
                                        • 2.3 搜索区间的缩短
                                          • 2.4 一维搜索的试探法
                                            • 2.5 一维搜索的插值法
                                              • 2.5.1 切线法
                                                • 2.5.2 抛物线法
                                              • 第3章 多维无约束优化
                                                • 3.1 坐标轮换法
                                                  • 3.2 共轭方向法
                                                    • 3.2.1 概述
                                                      • 3.2.2 共轭向量的基本概念
                                                        • 3.2.3 共轭方向的构造原理
                                                          • 3.2.4 共轭方向法的搜索过程
                                                          • 3.3 鲍威尔(Powell)法
                                                            • 3.3.1 共轭方向法存在的问题
                                                              • 3.3.2 鲍威尔修正算法
                                                                • 3.3.3 鲍威尔法的迭代步骤
                                                                  • 3.3.4 鲍威尔法的MATLAB实现
                                                                  • 3.4 最速下降法
                                                                    • 3.5 牛顿法
                                                                      • 3.5.1 牛顿法的基本原理
                                                                        • 3.5.2 广义牛顿法
                                                                        • 3.6 变尺度法
                                                                          • 3.6.1 变尺度法的基本原理
                                                                            • 3.6.2 变尺度矩阵的构建
                                                                              • 3.6.3 变尺度法的迭代步骤
                                                                                • 3.6.4 变尺度法的MATLAB实现
                                                                              • 第4章 多维约束优化
                                                                                • 4.1 随机方向法
                                                                                  • 4.1.1 随机方向法的基本原理
                                                                                    • 4.1.2 初始点的选择
                                                                                      • 4.1.3 可行搜索方向的产生
                                                                                        • 4.1.4 随机方向法的迭代步骤
                                                                                        • 4.2 惩罚函数法
                                                                                          • 4.2.1 内点惩罚函数法
                                                                                            • 4.2.2 外点惩罚函数法
                                                                                            • 4.3 MATLAB工具箱fmincon函数
                                                                                            • 第5章 机械优化设计要点
                                                                                              • 5.1 机械优化设计的一般步骤
                                                                                                • 5.2 数学建模的基本原则
                                                                                                  • 5.2.1 设计变量的选择
                                                                                                    • 5.2.2 目标函数的确定
                                                                                                      • 5.2.3 约束条件的确定
                                                                                                      • 5.3 数学模型的尺度变换
                                                                                                        • 5.3.1 设计变量的无量纲化
                                                                                                          • 5.3.2 目标函数的性态优化
                                                                                                            • 5.3.3 约束条件的规格化
                                                                                                            • 5.4 多目标优化
                                                                                                              • 5.4.1 主要目标法
                                                                                                                • 5.4.2 线性加权法
                                                                                                                  • 5.4.3 极大极小法
                                                                                                                    • 5.4.4 理想点法
                                                                                                                    • 5.5 离散变量的优化设计
                                                                                                                      • 5.5.1 离散变量优化问题概述
                                                                                                                        • 5.5.2 拟离散法
                                                                                                                          • 5.5.3 离散惩罚函数法
                                                                                                                        • 第6章 智能优化算法
                                                                                                                          • 6.1 遗传算法
                                                                                                                            • 6.1.1 遗传算法的概念
                                                                                                                              • 6.1.2 遗传算法的计算流程
                                                                                                                                • 6.1.3 遗传算法的基本操作
                                                                                                                                  • 6.1.4 遗传算法的特点
                                                                                                                                    • 6.1.5 改进的遗传算法
                                                                                                                                      • 6.1.6 MATLAB遗传算法工具箱简介
                                                                                                                                      • 6.2 粒子群优化算法
                                                                                                                                        • 6.2.1 粒子群优化算法的概念
                                                                                                                                          • 6.2.2 原始粒子群算法
                                                                                                                                            • 6.2.3 标准粒子群算法
                                                                                                                                              • 6.2.4 标准粒子群算法的计算流程
                                                                                                                                              • 习题一
                                                                                                                                            • 第二篇 有限元法
                                                                                                                                              • 第7章 弹性力学基本理论
                                                                                                                                                • 7.1 弹性力学基本假设
                                                                                                                                                  • 7.2 弹性力学基本概念
                                                                                                                                                    • 7.2.1 体力
                                                                                                                                                      • 7.2.2 面力
                                                                                                                                                        • 7.2.3 应力
                                                                                                                                                          • 7.2.4 应变
                                                                                                                                                            • 7.2.5 位移
                                                                                                                                                              • 7.2.6 主应力
                                                                                                                                                                • 7.2.7 主应变
                                                                                                                                                                • 7.3 弹性力学基本方程
                                                                                                                                                                  • 7.3.1 平衡方程
                                                                                                                                                                    • 7.3.2 几何方程
                                                                                                                                                                      • 7.3.3 物理方程
                                                                                                                                                                        • 7.3.4 边界条件
                                                                                                                                                                        • 7.4 平面问题的基本理论
                                                                                                                                                                          • 7.4.1 平面应力问题
                                                                                                                                                                            • 7.4.2 平面应变问题
                                                                                                                                                                              • 7.4.3 平面问题的基本方程
                                                                                                                                                                              • 7.5 弹性力学的能量原理
                                                                                                                                                                                • 7.5.1 虚位移原理
                                                                                                                                                                                  • 7.5.2 最小势能原理
                                                                                                                                                                                • 第8章 有限元基本理论
                                                                                                                                                                                  • 8.1 有限元法求解问题的基本步骤
                                                                                                                                                                                    • 8.2 基本单元
                                                                                                                                                                                      • 8.2.1 杆状单元
                                                                                                                                                                                        • 8.2.2 平面单元
                                                                                                                                                                                          • 8.2.3 薄板弯曲单元和薄壳单元
                                                                                                                                                                                            • 8.2.4 多面体单元
                                                                                                                                                                                              • 8.2.5 等参单元
                                                                                                                                                                                                • 8.2.6 轴对称单元
                                                                                                                                                                                                • 8.3 单元数值分析
                                                                                                                                                                                                  • 8.3.1 单元的插值函数
                                                                                                                                                                                                    • 8.3.2 单元应力应变分析
                                                                                                                                                                                                      • 8.3.3 载荷移置
                                                                                                                                                                                                      • 8.4 整体集成
                                                                                                                                                                                                        • 8.5 求解与后处理
                                                                                                                                                                                                          • 8.5.1 边界约束条件处理
                                                                                                                                                                                                            • 8.5.2 求解
                                                                                                                                                                                                              • 8.5.3 计算结果的整理与后处理
                                                                                                                                                                                                            • 第9章 有限元建模
                                                                                                                                                                                                              • 9.1 有限元建模的准则
                                                                                                                                                                                                                • 9.2 常用有限元建模技巧
                                                                                                                                                                                                                  • 9.2.1 对称性和反对称性
                                                                                                                                                                                                                    • 9.2.2 周期对称结构
                                                                                                                                                                                                                      • 9.2.3 降维处理和几何简化
                                                                                                                                                                                                                        • 9.2.4 边界条件的处理
                                                                                                                                                                                                                          • 9.2.5 连接条件的处理
                                                                                                                                                                                                                          • 9.3 参数化有限元建模
                                                                                                                                                                                                                            • 9.3.1 建立实体模型
                                                                                                                                                                                                                              • 9.3.2 实体模型操作
                                                                                                                                                                                                                                • 9.3.3 定义单元属性和划分网格
                                                                                                                                                                                                                                  • 9.3.4 直接生成有限元模型
                                                                                                                                                                                                                                    • 9.3.5 参数化有限元建模示例
                                                                                                                                                                                                                                  • 第10章 接触问题的有限元分析
                                                                                                                                                                                                                                    • 10.1 接触问题的边界条件
                                                                                                                                                                                                                                      • 10.2 接触问题的有限元法
                                                                                                                                                                                                                                        • 10.2.1 接触界面的离散处理
                                                                                                                                                                                                                                          • 10.2.2 拉格朗日乘子法的有限元方程
                                                                                                                                                                                                                                            • 10.2.3 罚函数法的有限元方程
                                                                                                                                                                                                                                            • 10.3 ANSYS接触有限元建模与分析
                                                                                                                                                                                                                                              • 10.3.1 ANSYS接触分析的特点
                                                                                                                                                                                                                                                • 10.3.2 ANSYS接触分析的参数
                                                                                                                                                                                                                                                  • 10.3.3 ANSYS接触对的生成
                                                                                                                                                                                                                                                  • 10.4 ANSYS接触分析算例
                                                                                                                                                                                                                                                  • 第11章 疲劳与断裂分析
                                                                                                                                                                                                                                                    • 11.1 结构疲劳分析
                                                                                                                                                                                                                                                      • 11.1.1 结构疲劳分析原理
                                                                                                                                                                                                                                                        • 11.1.2 ANSYS结构疲劳分析流程
                                                                                                                                                                                                                                                          • 11.1.3 ANSYS结构疲劳分析算例
                                                                                                                                                                                                                                                          • 11.2 结构断裂有限元分析
                                                                                                                                                                                                                                                            • 11.2.1 结构断裂分析原理
                                                                                                                                                                                                                                                              • 11.2.2 用于强度因子计算的奇异单元
                                                                                                                                                                                                                                                                • 11.2.3 ANSYS结构断裂分析流程
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 11.2.4 ANSYS结构断裂分析算例
                                                                                                                                                                                                                                                                • 第12章 有限元优化设计
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 12.1 结构参数优化
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 12.1.1 结构参数优化有限元分析原理
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 12.1.2 结构参数优化ANSYS分析流程
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 12.2 拓扑优化
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 12.2.1 拓扑优化ANSYS分析原理
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 12.2.2 拓扑优化ANSYS分析流程
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 12.2.3 拓扑优化ANSYS分析算例
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 习题二
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 第三篇 可靠性设计
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 第13章 产品可靠性及其度量指标
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 13.1 产品设计中的可靠性问题
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 13.2 可靠性度量指标
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 13.2.1 概率指标
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 13.2.2 寿命指标
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 13.3 可靠性设计的基本流程
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 第14章 可靠性设计常用分布函数
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 14.1 二项分布
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 14.2 泊松分布
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 14.3 指数分布
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 14.4 正态分布
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 14.5 对数正态分布
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 14.6 威布尔分布
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 14.7 次序统计量分布
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 14.8 Copula分布
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 第15章 可靠性设计原理
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 15.1 概率设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 15.2 应力-强度干涉模型
                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 15.3 联结方程法
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 15.4 蒙特卡罗法
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 第16章 零件静态可靠性设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 16.1 载荷统计分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 16.2 几何尺寸统计分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 16.3 强度统计分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 16.4 随机变量函数的统计分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 16.4.1 泰勒展开法
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 16.4.2 代数法
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 16.5 典型零件静态可靠性设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 第17章 零件疲劳强度可靠性设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 17.1 疲劳曲线
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 17.1.1 P-S-N曲线
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 17.1.2 概率等寿命曲线
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 17.2 疲劳曲线的修正
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 17.2.1 由试样疲劳曲线获得零件疲劳曲线
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 17.2.2 强度修正系数的统计分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 17.3 无限寿命可靠性设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 17.3.1 按零件的P-S-N曲线设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 17.3.2 按零件的概率等寿命曲线设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 17.4 有限寿命可靠性设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 17.4.1 等幅变应力作用下的有限寿命设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 17.4.2 随机变应力作用下的有限寿命设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 17.4.3 顺序变应力作用下的有限寿命设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 第18章 系统可靠性设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 18.1 典型系统可靠性模型
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 18.1.1 串联系统
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 18.1.2 并联系统
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 18.1.3 表决系统
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 18.1.4 旁联系统
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 18.2 可靠性分配
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 18.2.1 等同分配法
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 18.2.2 比例分配法
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 18.2.3 AGREE分配法
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 18.2.4 成本最小分配法
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 18.3 故障树分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 18.3.1 故障树常用符号
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 18.3.2 故障树定性分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 18.3.3 故障树定量分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 18.4 失效相关系统可靠性
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 18.4.1 上下界限模型
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 18.4.2 变量干涉模型
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 18.4.3 单元连接模型
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 第19章 机械产品可靠性试验
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 19.1 普通寿命试验
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 19.1.1 普通寿命试验的分类
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 19.1.2 普通寿命试验的设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 19.1.3 普通寿命试验结果的统计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 19.2 加速寿命试验
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 19.2.1 加速寿命试验的原理和分类
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 19.2.2 加速寿命模型
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 19.3 可靠性增长试验
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 19.3.1 可靠性增长的基本过程
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 19.3.2 可靠性增长试验的相关问题
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 19.3.3 可靠性增长模型
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 习题三
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 第四篇 综合应用
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 案例1 非对称圆柱直齿轮动态啮合有限元分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 案例2 水轮机叶片模态分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 案例3 平面连杆机构优化设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 案例4 基于多目标优化的带传动设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 案例5 齿啮式快开装置结构轻量化设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 案例6 碳纤维复合材料汽车蓄电池箱体优化设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 案例7 基于遗传算法的复合材料层合板铺层优化
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 案例8 HSK-A63刀柄/主轴连接可靠性分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 案例9 经编机成圈机构运动可靠性分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 案例10 隐式功能函数结构体可靠性拓扑优化
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 参考文献

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          相关图书