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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