现代设计方法实用教程

第1章 绪论

1.1 现代设计方法概述

1.2 本教材研究的主要内容

1.3 本教程的目的及先修课程

第2章 最优化设计

2.1 概述

2.2 最优化设计的数学模型

2.2.1 最优化数学模型的一般形式

2.2.2 最优化数学模型的3个基本要素

2.2.3 求解最优化数学模型的下降数值迭代法

2.3 最优化方法的数学基础

2.3.1 多维函数的偏导数与梯度

2.3.2 多维函数的泰勒展开式

2.3.3 多维函数的极小点存在条件

2.3.4 局部极小点与全域极小点

2.4 一维搜索方法

2.4.1 概述

2.4.2 确定初始区间的进退法

2.4.3 黄金分割法

2.4.4 二次插值法

2.5 无约束最优化方法

2.5.1 概述

2.5.2 坐标轮换法

2.5.3 鲍威尔的共轭方向法

2.5.4 梯度法

2.5.5 牛顿法

2.5.6 变尺度法

2.6 约束最优化方法

2.6.1 概述

2.6.2 直接法

2.6.3 间接法

2.7 最优化设计应注意的若干问题

2.7.1 优化设计问题的建模

2.7.2 优化计算结果的分析及处理

2.7.3 优化数学模型的计算机求解

2.8 小结

习题

第3章 可靠性设计

3.1 概述

3.1.1 可靠性的基本概念及特点

3.1.2 可靠性设计的常用指标

3.1.3 可靠性设计常用的分布函数

3.2 可靠性设计原理

3.2.1 应力-强度干涉模型

3.2.2 应力和强度均服从正态分布时的可靠度计算

3.2.3 应力和强度均服从对数正态分布时的可靠度计算

3.2.4 应力和强度均服从指数分布时的可靠度计算

3.2.5 蒙特卡罗法简介

3.2.6 零部件参数漂移的可靠性分析

3.3 零部件的可靠性设计

3.3.1 零部件静强度的可靠性设计

3.3.2 零部件疲劳强度的可靠性设计

3.4 系统的可靠性设计

3.4.1 系统的可靠性预测

3.4.2 系统的可靠性分配

3.4.3 故障树分析法在系统设计中的应用

3.5 小结

习题

第4章 有限元法

4.1 概述

4.1.1 有限元的基本思想

4.1.2 有限元法在工程中的应用

4.1.3 有限元法求解问题的基本步骤

4.2 平面刚架的有限元法

4.2.1 结构的离散化

4.2.2 单元刚度矩阵的建立

4.2.3 求总体刚度矩阵

4.2.4 位移的求解

4.3 弹性力学平面问题的有限元法

4.3.1 弹性力学的基本方程

4.3.2 单元刚度矩阵的建立

4.3.3 总体刚度矩阵的集成

4.3.4 总体刚度方程的求解

4.3.5 弹性力学平面问题有限元分析需要注意的问题

4.4 其他常用单元的刚度矩阵

4.4.1 三棱圆环单元的刚度矩阵

4.4.2 等参数单元的刚度矩阵

4.5 小结

习题

第5章 动态设计

5.1 概述

5.2 有限元建模法

5.2.1 平面连杆机构的弹性动力分析

5.2.2 弹性力学平面问题的动力分析

5.3 传递矩阵建模法

5.3.1 轴系扭转振动分析

5.3.2 轴系横向振动分析

5.4 试验建模法

5.4.1 机械阻抗与频率响应函数

5.4.2 振动系统频率响应的图示法

5.4.3 传递函数测量的模态分析

5.4.4 不同激励方式的选择

5.4.5 实模态和复模态的参数识别

5.5 小结

习题

附录A

参考文献

书介绍了工程设计中已获得广泛应用且较为成熟的4种常用现代设计方法。它们是最优化设计、可靠性设计、有限元法和动态设计。该书从实用角度阐述了这些方法的基本概念、基本理论和基本方法。 学习本书旨在培养读者了解、熟悉、掌握现代设计方法的基本知识，为应用现代设计方法解决工程设计问题奠定基础。本书可作为高等工科院校本科生的教材，也可作为工程设计人员的学习参考书。