现代设计方法基础

前言

第1章绪论

1.1概述

1.2现代设计方法的特点

1.3本书内容

第2章有限元法基础

2.1有限元法简介

2.1.1有限元法的产生及基本思想

2.1.2有限元法的分析过程

2.1.3有限元法在工程中的应用

2.2弹性力学基础知识

2.2.1弹性力学平面问题

2.2.2弹性力学基本方程

2.3弹性平面问题的有限元法

2.3.1结构离散及单元划分

2.3.2三角形单元分析

2.3.3整体分析

2.3.4有限元分析应注意的几个问题

2.3.5平面问题应用实例

2.4二维梁单元

2.4.1平面梁单元的刚度矩阵

2.4.2整体坐标的单元刚度矩阵

2.4.3非节点载荷的移置

2.4.4框架问题应用实例

2.5空间问题

2.5.14节点四面体单元的刚度矩阵

2.5.2单元的等效节点载荷

2.5.3空间问题应用实例

2.6薄板、壳问题

2.6.1薄板弯曲的基本概念和基本方程

2.6.2薄板问题的有限元法

2.6.3薄壳问题的有限元法

2.6.4薄板、壳问题应用举例

2.7动力问题

2.7.1结构的动力方程

2.7.2质量矩阵和阻尼矩阵

2.7.3结构的自振频率和振型

2.7.4结构的动力问题分析实例

思考题

习题

第3章优化设计

3.1概述

3.2优化设计的数学模型

3.2.1设计变量与设计空间

3.2.2约束

3.2.3目标函数

3.2.4数学模型

3.3优化设计基本方法

3.4一维搜索方法

3.4.1确定初始区间的方法

3.4.20.618法(黄金分割法)

3.5无约束优化设计方法

3.5.1Powell法

3.5.2变尺度法

3.6约束优化设计方法

3.6.1复合形法

3.6.2惩罚函数法

3.7机械优化设计的几个问题

3.7.1尺度变换

3.7.2多目标问题

3.7.3离散优化设计问题

3.7.4机械优化设计的一般步骤

3.8应用举例

3.8.1连杆机构的优化设计

3.8.2机械结构优化设计

3.9ANSYS优化设计介绍

思考题

习题

第4章可靠性工程

4.1概述

4.2可靠性工程的基础理论

4.2.1可靠度和故障率

4.2.2产品失效模型

4.2.3产品的平均寿命

4.3零件机械强度的可靠性设计

4.3.1应力和强度的干涉模型

4.3.2用分析法进行可靠性预计

4.3.3可靠性工程中搜集数据的方法

4.3.4受拉零件的静强度可靠性设计

4.3.5梁的静强度可靠性设计

4.4机械系统的可靠性工程

4.4.1机械和电子系统的可靠性模型

4.4.2机械和电子系统的可靠性预计

4.4.3系统的可靠性分配

4.5机械系统故障分析法

4.5.1FTA的基本概念

4.5.2故障树定性分析

4.5.3故障树的定量分析

4.6疲劳强度可靠性分析

4.6.1疲劳曲线(s-N曲线与P-s-N曲线)

4.6.2P-s-N曲线的制作原理和方法

4.6.3给定寿命条件下的疲劳强度及其可靠度

4.6.4有限寿命脉动条件下零件的疲劳寿命及其可靠度

4.7可靠性试验

4.7.1概述

4.7.2指数分布寿命试验的分类和试验设计

4.7.3一般分布、完全子样的数据处理

4.7.4截尾寿命试验结果的统计分析点估计

4.7.5截尾寿命试验结果的统计分析区间估计

思考题

习题

第5章其他现代设计方法简介

5.1计算机辅助设计

5.2模块化设计

5.3并行设计

5.4模糊设计

5.5创新设计

5.6面向制造的设计

5.7绿色设计

5.8虚拟设计技术

附录

参考文献

　　本书主要介绍常用的现代设计方法的基本原理，特别是有限元法、优化设计和可靠性的基础知识和求解机械工程问题的步骤。本书的主要特色是紧密结合机械工程实际，结合应用型大学人才的培养定位，使学生或不熟悉现代设计方法的读者，以最短的时间掌握现代设计方法的基本原理、实际运用步骤和方法。书中还结合现代设计方法应用，介绍了目前最为流行的结构分析软件的使用。书中除了介绍现代设计方法的基础知识外，还选编了一部分提高内容，因此在教学使用中，可根据本科生、研究生以及专业的不同要求对书中内容进行取舍。　　本书主要介绍常用的现代设计方法的基本原理，特别是有限元法、优化设计和可靠性的基础知识和求解机械工程问题的步骤。　　第1章简要介绍了现代设计方法产生和发展的背景及其特点；第2章介绍了有限元方法的基本原理，特别是结合工程机械，着重介绍了平面问题、杆件结构、板壳问题、空间问题以及动态问题的求解原理，并分别结合目前流行的结构分析软件ANSYS给出一些求解实例；第3章介绍了优化设计的基本概念和原理，以及几种常用的优化设计方法的原理和求解步骤，对机械优化设计中的一些常见问题的处理也作了简要介绍，举例说明了机械结构和机构两大类型的优化设计数学模型的建立过程；第4章介绍了可靠性工程的基础知识、机械零件的可靠性设计、系统可靠性设计、疲劳强度的可靠性分析及可靠性试验的原理和方法；第5章简要介绍了其他一些常用的现代设计方法。　　本书可作为高等学校机械类专业本科生及研究生的教材，也可供有关工程技术人员阅读与参考。