现代机械设计方法

1绪论

1.1概述

1.1.1现代设计方法的概念

1.1.2设计方法的发展过程

1.1.3现代设计与传统设计

1.2现代设计方法的主要内容和特点

1.2.1现代设计方法的主要内容

1.2.2现代设计方法的特点

1.3学习现代设计方法的意义

2设计方法学

2.1概述

2.1.1设计系统

2.1.2技术系统

2.1.3产品设计的类型与设计原则

2.2创造性设计方法

2.2.1创造力和创造过程

2.2.2创造性思维

2.2.3创造技法

2.3系统化设计方法

2.3.1功能分析法

2.3.2系统化设计实例汽车举升机设计

2.3.3系统化设计中的评价与决策

习题

3计算机辅助设计(CAD)

3.1CAD的概述

3.1.1CAD的概念

3.1.2应用CAD技术的优越性

3.1.3CAD技术的应用领域

3.1.4CAD的发展历程及其发展趋势

3.2CAD系统的构成

3.2.1CAD系统的硬件平台

3.2.2CAD系统的软件平台

3.2.3CAD系统的类型及系统选择

3.3工程数据的处理方法

3.3.1数据组成

3.3.2数表的程序化处理

3.3.3实测数据的曲线拟合

3.3.4数据结构

3.3.5图形标准

3.3.6产品数据管理技术

3.4数据库及其应用

3.4.1数据模型

3.4.2数据库的特点

3.4.3数据库管理系统

3.4.4工程数据库系统

3.4.5数据库系统的应用

3.5图形处理技术

3.5.1计算机图形技术的基本概念

3.5.2图形处理的数学基础

3.5.3坐标系

3.5.4窗口与视区变换

3.5.5图形裁剪

3.5.6二维与三维图形变换

3.6常用的CAD软件

3.6.1I-deas系统

3.6.2Unigraphics系统

3.6.3Pro／Engneer系统

3.6.4CATIA系统

3.6.5AutoCAD系统

习题

4有限元法

4.1概述

4.2弹性力学基础

4.2.1弹性力学假设

4.2.2基本概念

4.2.3弹性力学中的典型问题

4.2.4弹性力学平面问题基本方程

4.2.5圣维南原理

4.2.6虚位移原理

4.3平面问题的有限元法

4.3.1三角形常应变单元

4.3.2面积坐标与形函数性质

4.3.3单元刚度矩阵及性质

4.3.4整体分析

4.3.5单元等效节点力与整体载荷阵列

4.3.6收敛准则

4.3.7有限元分析步骤

4.4轴对称问题有限元法

4.4.1轴对称问题基本方程

4.4.2单元分析

4.4.3等效节点载荷计算

4.5等参数单元

4.5.1四节点平面矩形单元

4.5.2等参元的概念

4.5.3平面等参元

4.5.4高斯积分法简介

4.6有限元软件简介

4.6.1概述

4.6.2ANSYS的相关介绍及其分析流程

习题

5机械优化设计

5.1优化设计总论

5.1.1优化设计数学模型

5.1.2优化问题的几何描述

5.1.3优化问题的数值迭代法

5.2一维优化方法

5.2.1确定初始区间的进退法

5.2.2黄金分割法

5.2.3二次插值法

5.3无约束优化方法

5.3.1数学基础

5.3.2梯度法

5.3.3牛顿法(Newton法)

5.3.4共轭梯度法

5.3.5变尺度法

5.3.6鲍威尔(Powell)法

5.4约束优化方法

5.4.1约束优化问题的极值条件

5.4.2随机方向法

5.4.3复合形法

5.4.4可行方向法

5.4.5惩罚函数法

5.5最优化方法在机械设计中的应用

5.5.1机械优化设计的一般步骤

5.5.2阶梯轴的优化设计

5.5.3平面铰链四杆机构再现运动规律的最优化设计

5.5.4最小体积二级圆柱齿轮减速器的优化设计

习题

6机械可靠性设计

6.1概述

6.1.1可靠性研究历史发展

6.1.2中国机械可靠性研究现状

6.1.3机械可靠性研究的必要性

6.1.4机械系统可靠性设计的特点和难点

6.2可靠性基本概念和理论

6.2.1可靠性的基本概念

6.2.2可靠性特征量

6.2.3典型失效曲线

6.2.4可靠性的概率分布

6.3机械零件可靠性设计

6.3.1概率法机械设计

6.3.2应力-强度干涉模型

6.3.3零部件静强度可靠性设计

6.3.4零部件疲劳强度可靠性设计

6.4机械系统可靠性设计

6.4.1系统模型

6.4.2系统可靠性预测

6.4.3系统可靠性分配

6.4.4机械系统可靠性预计

6.5可靠性设计应用实例

6.6其他机械产品可靠性设计方法简介

6.6.1TTCP法

6.6.2平均累计故障率方法

6.6.3稳健性设计

6.6.4故障模式、影响及危害性分析(FMECA)

6.6.5故障树分析法(FTA)

习题

参考文献

　　本书着重讲解了设计方法学、计算机辅助设计、有限元法、机械最优化设计和机械可靠性设计五种现代设计方法的基本概念、基本理论和基本计算步骤，内容由浅入深，通俗易懂。本书在介绍设计方法的基本概念、基本理论、基本计算步骤的同时，也列举了大量的这些设计方法的应用实例，便于学生对这些方法的理解和掌握。　　现代设计方法在国内外已经广泛应用于机械、电子等类产品设计。本书介绍了产品设计中已获得广泛应用且较为成熟的五种现代设计方法，具体内容包括：设计方法学、计算机辅助设计、有限元法、机械最优化设计和机械可靠性设计五方面。本书从实际应用角度阐述了这些方法的基本概念、基本理论、基本计算步骤和应用实例。本书内容深人浅出，易于阅读和自学，通过本书学习，意在培养高等工科院校学生和有关人员了解、掌握和应用现代设计方法解决生产实际问题的基本技能。　　本书可作为高等学校机械类专业及相关专业本科生的教材，也可供工程技术人员参考使用。