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第1章 绪论 1

1.1现代设计概述 1

1.1.1设计发展的基本阶段 2

1.1.2现代设计的特点 3

1.2现代设计方法的主要内容 5

1.3学习现代设计方法的意义及任务 6

习题 7

第2章 优化设计 8

2.1优化设计概论 8

2.1.1优化设计的数学模型 9

2.1.2优化问题数学模型求解的数值迭代法 15

2.2优化方法的数学基础 17

2.2.1多元函数的偏导数和梯度 17

2.2.2多元函数的泰勒展开式和黑塞矩阵 18

2.2.3多元函数的极小点存在条件 18

2.3一维搜索方法 21

2.3.1确定初始区间的进退法 21

2.3.2黄金分割法 22

2.3.3二次插值法 27

2.4多维无约束优化方法 31

2.4.1坐标轮换法 31

2.4.2鲍威尔法 33

2.4.3梯度法 39

2.4.4共轭梯度法 40

2.4.5牛顿法 43

2.4.6变尺度法 45

2.5约束优化方法 49

2.5.1复合形法 49

2.5.2惩罚函数法 52

2.6优化设计的若干问题及工程应用 59

2.6.1优化设计问题的建模 59

2.6.2优化方法的选择 60

2.6.3优化数学模型的计算机求解 61

2.6.4优化计算结果的分析与处理 62

2.6.5多目标优化方法 62

2.6.6工程优化设计实例 64

习题 71

第3章 可靠性设计 72

3.1可靠性设计概念及特征量 72

3.1.1可靠性的定义 73

3.1.2可靠性设计的基本内容及特点 74

3.1.3可靠性设计常用指标 75

3.2可靠性设计常用的分布函数 80

3.3可靠性设计原理 86

3.3.1概率设计概念 86

3.3.2应力-强度干涉模型 88

3.3.3应力-强度均为正态分布时的可靠度 89

3.3.4应力-强度均为指数分布时的可靠度 91

3.3.5应力-强度均为对数正态分布时的可靠度 91

3.4机械强度可靠性设计 92

3.4.1随机变量的统计特征值问题 92

3.4.2机械零部件静强度的可靠性设计 94

3.4.3机械零部件疲劳强度的可靠性设计 96

3.5系统可靠性设计 101

3.5.1元件可靠性预测 101

3.5.2系统可靠性预测 103

3.5.3系统可靠性分配 107

3.6故障树分析 110

3.6.1故障树的建立 111

3.6.2故障树的定性分析 112

3.6.3故障树的定量分析 114

习题 115

第4章 计算机辅助设计（CAD） 117

4.1 CAD技术概述 117

4.2 CAD系统 119

4.2.1 CAD系统的硬件组成 119

4.2.2 CAD系统的软件组成 120

4.2.3 CAD系统的类型 123

4.2.4 CAD系统的选型 125

4.3工程数据的计算机处理 125

4.3.1数表的程序化处理 126

4.3.2线图的程序化 132

4.3.3数据库及其应用 138

4.4计算机图形处理技术 141

4.4.1图形处理基础 142

4.4.2设备驱动程序与图形程序库 143

4.4.3坐标系 143

4.4.4窗口和视区 144

4.4.5图形裁剪 146

4.4.6二维图形的几何变换 147

4.4.7三维造型简介 154

4.5常用的CAD软件 157

习题 159

第5章 有限元法 162

5.1概述 162

5.2有限元法的分析过程 163

5.3平面刚架的有限元法 170

5.3.1单元刚度矩阵的建立 171

5.3.2求总体刚度矩阵 178

5.3.3位移的求解 180

5.4弹性力学平面问题的有限元法 184

5.4.1弹性力学平面问题 184

5.4.2弹性力学的基本方程 185

5.4.3弹性力学平面问题的有限元法 189

5.5有限元法的工程应用 198

5.5.1工程结构的力学模型简化 198

5.5.2有限元软件简介 199

习题 203

第6章 工业造型设计 205

6.1概述 205

6.1.1工业造型设计概述 205

6.1.2工业造型设计特征 207

6.1.3工业造型设计原则 208

6.1.4产品造型设计程序 209

6.2工业造型设计的美学基础 210

6.2.1产品造型的美学内容 210

6.2.2产品造型的形式美法则 211

6.3形态、构成与造型 219

6.3.1形态及构成概念 219

6.3.2形态构成要素及其特性 220

6.3.3产品造型 225

6.4产品的色彩设计 228

6.4.1色彩的基本知识 228

6.4.2色彩的体系 230

6.4.3色彩的对比与调和 232

6.4.4色彩的心理效应与应用 234

6.4.5工业产品的色彩设计 238

6.5人机工程设计基础 239

6.5.1概述 239

6.5.2人体的人一机工程学参数 241

6.5.3显示装置设计 249

6.5.4控制装置设计 250

6.5.5控制台板的设计 251

6.6计算机辅助工业设计（CAID） 252

6.6.1计算机辅助工业设计（CAID）常用的软件 252

6.6.2三维软件制作产品模型实例 253

习题 254

第7章 其他现代设计方法简介 256

7.1创新设计 256

7.1.1创造性思维与创造力 256

7.1.2常用的创造技法 260

7.2系统化设计 262

7.2.1系统化设计法获取原理方案设计的工作步骤 263

7.2.2功能分析法 263

7.2.3系统化设计法的工程设计应用 267

7.3绿色设计 269

7.3.1绿色设计的基本概念 270

7.3.2绿色设计研究的主要内容 272

7.3.3绿色设计方法与过程 273

7.4并行设计 274

7.4.1并行设计的概念 274

7.4.2并行设计的关键技术 277

7.5动态设计 278

7.5.1动态设计的概念及内容 278

7.5.2机械系统动态设计的建模方法 279

7.6反求工程设计 281

7.6.1反求工程的概念 281

7.6.2反求设计及其一般进程 282

习题 284

附录一 标准正态分布表 286

附录二 MATLAB优化工具箱的应用 289

参考文献 294