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第1章 绪论 1

1.1设计的基本概念 1

1.1.1设计的概念与内涵 1

1.1.2产品设计的重要性及产品开发面临的挑战 2

1.2传统设计与现代设计 4

1.2.1设计发展的基本阶段 4

1.2.2现代设计的目标和特点 5

1.2.3现代设计技术体系 8

1.3设计过程与设计方法 9

1.3.1机电产品设计的一般过程 9

1.3.2设计方法 11

1.4设计类型与设计原则 12

1.4.1设计类型 12

1.4.2设计原则 12

1.5部分现代设计方法简介 13

1.5.1优化设计 13

1.5.2计算机辅助设计 13

1.5.3有限元法 15

1.5.4可靠性设计 16

1.5.5创新设计 16

1.5.6工业产品艺术造型设计 16

1.5.7虚拟设计 17

1.5.8价值工程 18

1.5.9并行工程 19

1.5.10模块化设计 20

1.5.11反求工程 21

1.5.12相似性设计 22

1.5.13健壮性设计 22

1.5.14智能设计 23

1.5.15绿色设计 24

1.5.16动态设计 25

1.6学习现代设计方法学的意义 25

思考题 26

第2章 优化设计方法 27

2.1概述 27

2.2优化设计的数学模型 29

2.3优化设计的数学基础 31

2.3.1多元函数的方向导数与梯度 31

2.3.2多元函数的泰勒（Taylor）展开式与海赛（Hessian）矩阵 32

2.3.3无约束目标函数极值点存在的充分条件和必要条件 33

2.3.4凸集、凸函数与凸规划 33

2.3.5约束优化设计问题的极值条件 34

2.4一维搜索方法 36

2.4.1优化问题的数值迭代法 36

2.4.2一维搜索的最优化方法 37

2.5无约束优化方法 41

2.5.1无约束优化问题的求解方法及其分类 41

2.5.2最速下降法 42

2.5.3牛顿型方法 44

2.5.4共轭梯度法 45

2.6有约束优化方法 47

2.6.1复合形法 48

2.6.2随机方向法 51

2.6.3惩罚函数法 53

2.7 Matlab简介及其在优化方法中的应用 56

2.7.1 Matlab简介 56

2.7.2 Matlab软件在优化方法中的应用 57

思考题 72

第3章 计算机辅助设计 75

3.1概述 75

3.1.1计算机辅助设计的基本概念 75

3.1.2计算机辅助设计系统的功能与特点 75

3.1.3计算机辅助设计的系统结构 76

3.1.4计算机辅助设计中主要关键技术 86

3.1.5我国计算机辅助设计应用现状与发展 87

3.2设计资料的处理 89

3.2.1数表的处理 89

3.2.2线图的处理 90

3.2.3列表函数插值 93

3.2.4建立经验公式的方法 95

3.3计算机辅助图形处理 101

3.3.1概述 101

3.3.2图形变换 106

3.3.3交互式绘图 123

3.3.4参数化绘图 125

3.3.5图形软件标准 128

3.4计算机辅助设计建模技术及产品数据模型 130

3.4.1概述 130

3.4.2三维几何建模技术 131

3.4.3特征建模技术 143

3.4.4曲线和曲面建模技术 151

3.5计算机辅助机构分析 166

3.5.1概述 166

3.5.2建立计算机辅助机构分析模型的相关规定 167

3.5.3建立计算机辅助机构分析模型的方法 168

3.5.4建立机构动力学模型的若干问题及解决方法 176

3.5.5往复式电动锯惯性力平衡 184

3.6计算机仿真 189

3.6.1仿真的基本概念 189

3.6.2计算机仿真的一般过程 191

3.6.3仿真在CAD、CAM系统中的应用 192

3.6.4偏心轮推杆行星传动运动学仿真 193

思考题 228

第4章 有限元法 230

4.1概述 230

4.2弹性力学基本理论 231

4.2.1基本变量 232

4.2.2一点的应力分析 233

4.2.3弹性力学平面问题 234

4.2.4弹性力学平面问题的基本方程 235

4.2.5边界条件及圣维南原理 238

4.2.6弹性力学的一般原理 240

4.3有限元基本原理 242

4.3.1三节点单元位移模式 242

4.3.2单元载荷移置 248

4.3.3单元刚度矩阵 250

4.3.4单元刚度矩阵的物理意义与性质 252

4.3.5刚度矩阵集成 253

4.3.6约束条件的处理 254

4.3.7整体刚度矩阵的特点与存储方法 256

4.4等参单元及数值积分 258

4.4.1等参单元的概念 258

4.4.2坐标变换 260

4.4.3平面等参数单元 261

4.4.4等参元中的数值积分 264

4.5有限元分析中若干问题的处理 266

4.5.1离散化时应注意的问题 266

4.5.2有大应力梯度时的处理 266

4.5.3应力计算结果的整理 267

4.6有限元分析软件的应用 267

4.6.1有限元分析软件概述 267

4.6.2 ANSYS的主要功能模块 268

4.6.3 ANSYS的特征 271

4.6.4 ANSYS的数据接口 274

4.6.5 ANSYS结构分析基本流程 274

4.7应用实例 275

思考题 285

第5章 可靠性设计 286

5.1可靠性概论 286

5.1.1可靠性的基本概念 286

5.1.2机械可靠性设计 288

5.1.3机械可靠性设计的基本特点 288

5.1.4机械可靠性设计的主要内容 289

5.2机械可靠性设计原理与可靠度计算 290

5.2.1应力—强度干涉理论与可靠度的一般表达式 290

5.2.2应力分布的确定 293

5.2.3强度分布的确定 298

5.2.4应力与强度分布已知时的可靠度计算 300

5.3机械静强度可靠性设计 310

5.3.1设计参数的统计处理与计算 310

5.3.2机械静强度可靠性设计 321

5.4疲劳强度可靠性设计 330

5.4.1疲劳强度可靠性设计基础 330

5.4.2稳定变应力疲劳强度可靠性设计 330

5.4.3不稳定变应力疲劳强度可靠性设计 336

5.5可靠性试验 340

5.5.1概述 340

5.5.2可靠性试验的目的 340

5.5.3可靠性试验的分类 341

5.5.4可靠性寿命试验 342

5.5.5指数型产品的寿命试验 345

5.5.6加速寿命试验 347

思考题 354

第6章 创新设计 355

6.1概述 355

6.1.1创新 355

6.1.2设计 355

6.1.3创新设计 356

6.1.4创新设计要素 357

6.2创新思维的基本方法 358

6.2.1创新思维 358

6.2.2创新思维的特点 359

6.2.3创新思维的类型 360

6.2.4创新思维的基本过程 361

6.2.5创新思维的基本方法 362

6.3创新思维技法 363

6.3.1设问类技法 363

6.3.2联想类技法 364

6.3.3头脑风暴法 366

6.3.4组合类技法 367

6.3.5列举类技法 367

6.4产品创新设计 369

6.4.1现代工业设计发展概况 369

6.4.2现代工业设计流程 370

6.4.3现代工业设计表现技法 371

6.5产品创新设计实例 373

思考题 376

参考文献 377