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第1章 绪论1

1.1引言1

1.2产品设计过程2

1.2.1设计过程及其特点2

1.2.2设计工作阶段和工作方法4

1.2.3概念设计与参数设计6

1.2.4结构设计，模块化、系列化和组合化设计6

1.2.5产品造型设计和人机工程设计7

1.3机械设计理论与方法7

1.3.1机械设计学科7

1.3.2现代设计理论与方法的学科领域8

习题8

参考文献8

第2章 产品生命周期设计9

2.1引言9

2.2产品生命周期设计的基本概念10

2.2.1产品的生命周期10

2.2.2产品生命周期设计10

2.2.3生命周期设计的组成11

2.2.4生命周期设计的实施模式12

2.3面向材料选择的设计12

2.3.1绿色材料的基本概念12

2.3.2绿色材料的评价13

2.3.3材料的选择设计方法14

2.4面向产品质量的设计15

2.4.1产品生命周期的质量设计模型15

2.4.2面向产品质量设计与控制的主要方法16

2.4.3产品设计质量的模糊评价17

2.5面向环境的设计18

2.5.1概述18

2.5.2面向拆卸的设计19

2.5.3面向回收的设计21

2.5.4面向维修的设计24

2.6产品生命周期设计的评价26

2.6.1 LCA的概念26

2.6.2 LCA的分析方法26

2.7生命周期设计的关键技术29

2.7.1生命周期设计的数据库和知识库29

2.7.2生命周期设计用的几种工作软件及其开发30

习题32

参考文献32

第3章 创新设计33

3.1概述33

3.2创新设计的概念33

3.2.1设计理论分层33

3.2.2常规设计与创新设计34

3.2.3创新设计过程35

3.2.4解的分级35

3.3产品设计中的冲突36

3.3.1冲突的分类36

3.3.2 TRIZ中的冲突分类37

3.3.3产品设计中的冲突实例38

3.3.4技术冲突的通用化39

3.3.5物理冲突42

3.3.6技术冲突与物理冲突42

3.4冲突解决原理43

3.4.1发明原理43

3.4.2冲突矩阵60

3.4.3技术冲突问题解决的过程61

3.4.4技术冲突解决的工程应用61

3.5物理冲突解决原理64

3.5.1物理冲突的类型64

3.5.2分离原理65

3.5.3分离原理与发明原理的关系67

参考文献69

第4章 机械动态设计70

4.1引言70

4.1.1机械动态设计的含义70

4.1.2机械动态设计的主要内容及其关键技术70

4.1.3机械动态设计的发展71

4.2机械结构振动理论基础72

4.2.1单自由度振动系统分析72

4.2.2多自由度振动系统分析75

4.2.3非线性振动系统简介78

4.3机械结构动力学建模与参数识别80

4.3.1动力学建模的一般方法80

4.3.2有限元动力学建模方法80

4.3.3实验模态分析建模方法81

4.3.4动力学参数识别86

4.4机械结构动力学修改与动力学优化设计88

4.4.1结构动力学修改的灵敏度分析原理88

4.4.2结构动力学修改的矩阵摄动迭代法91

4.4.3结构动力学修改的工程应用91

4.4.4结构动态优化设计原理与方法93

4.5机械减振、振动利用与振动控制设计94

4.5.1被动隔振的基本原理94

4.5.2被动消振的基本原理95

4.5.3主动隔振、振动利用简介98

习题100

参考文献101

第5章 有限元设计102

5.1引言102

5.1.1概述102

5.1.2结构分析和有限元法102

5.1.3有限元的基本思想和特点103

5.1.4有限元在工程设计中的应用104

5.1.5 CAE技术与有限元105

5.2弹性力学的基本理论106

5.2.1弹性力学的基本概念106

5.2.2弹性力学的基本方程108

5.2.3平面应力和平面应变问题110

5.2.4弹性力学的基本原理113

5.3单元的类型及其插值函数115

5.3.1概述115

5.3.2单元的类型115

5.3.3单元的插值函数119

5.4弹性力学中的有限元法124

5.4.1有限元模型的建立124

5.4.2单元特性分析127

5.4.3整体分析129

5.4.4边界约束条件的处理132

5.4.5求解、计算结果的整理和有限元后处理133

5.4.6算例134

5.5等参元和数值积分139

5.5.1等参变换和单元矩阵的变换139

5.5.2四节点四边形等参元141

5.5.3数值积分143

5.6轴对称问题和空间问题的有限元分析145

5.6.1轴对称问题的有限元分析145

5.6.2空间问题的有限元分析148

5.6.3体积坐标151

5.7结构动力学的有限元分析152

5.71弹性动力学问题的基本方程和动力学有限元法的基本步骤153

5.7.2结构自振频率和振型154

5.7.3质量矩阵和阻尼矩阵155

5.7.4动力响应的求解157

5.8有限元设计分析中的若干问题159

5.8.1有限元计算模型的建立159

5.8.2减小解题规模的常用措施162

5.8.3网格自动生成和误差估计165

5.9有限元分析软件168

5.9.1国外有限元分析软件的概况168

5.9.2 ANSYS有限元分析软件介绍169

5.9.3 ANSYS软件分析实例172

习题181

参考文献182

第6章 稳健设计183

6.1稳健设计的基本概念183

6.1.1产品的质量问题183

6.1.2产品的质量特性与评价指标184

6.1.3产品质量的稳健性与稳健设计186

6.2损失模型法189

6.2.1概述189

6.2.2两个基本工具190

6.2.3 Taguchi稳健设计195

6.3响应面模型法203

6.3.1概述203

6.3.2响应面模型的试验设计203

6.3.3响应面模型的建立205

6.3.4基于响应面模型的稳健设计207

6.4容差模型法212

6.4.1概述212

6.4.2容差分析212

6.4.3容差模型213

6.4.4基于容差模型的稳健设计214

6.5随机模型法214

6.5.1概述214

6.5.2稳健设计的随机模型215

6.5.3随机模型的计算方法217

习题219

参考文献220

第7章 优化设计221

7.1引言221

7.1.1最优化在机械产品设计中的作用221

7.1.2优化设计的分类222

7.1.3优化设计的一般工作方法223

7.1.4优化设计的发展与趋势223

7.2优化设计建模225

7.2.1概述225

7.2.2优化设计的基本术语226

7.2.3优化设计数学模型的格式229

7.3优化设计模型的基本概念231

7.3.1函数的梯度231

7.3.2局部近似函数232

7.3.3凸集和凸函数233

7.3.4约束可行域234

7.3.5约束最优解235

7.4优化计算方法238

7.4.1概述238

7.4.2约束优化计算方法241

7.4.3无约束优化计算方法248

7.4.4遗传优化计算方法254

7.4.5优化计算方法程序260

7.5优化设计的实施与实例261

7.5.1优化设计的建模步骤261

7.5.2优化计算方法的选择263

7.5.3收敛精度的选择264

7.5.4优化计算结果的分析264

习题268

参考文献270

第8章 可靠性设计271

8.1可靠性基本概念271

8.1.1可靠性定义271

8.1.2可靠性特征量272

8.2可靠性设计方法274

8.2.1可靠性设计274

8.2.2机械零部件可靠性设计276

8.2.3系统可靠性设计281

8.2.4系统冗余技术284

8.2.5提高机械系统可靠性的措施286

8.3产品可靠性评估287

8.3.1可靠性模型287

8.3.2系统可靠性评估288

8.3.3可靠性试验290

8.4产品故障分析技术292

8.4.1故障模式与分析292

8.4.2故障树分析方法295

8.5产品的使用可靠性分析301

8.5.1使用可靠性与维修301

8.5.2维修性设计303

习题308

参考文献308

附录 冲突矩阵310