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第32篇 现代设计理论与方法综述3

第1章 现代机械设计与制造技术的发展趋向3

1概述3

2“以人为本”方向3

3“极端制造”方向3

4“综合集成”方向4

5“信息化”方向4

6“绿色化”方向5

第2章 产品研究与开发的一般过程及几个关键问题7

1概述7

2产品研究与开发的一般模型7

2.1产品开发过程的一般模型7

2.2产品研究与开发的一般过程中各模块及其相互关系7

3产品研究与开发中的几个关键问题9

4产品设计工作的重要性及其核心因素10

第3章 现代产品设计理论与方法研究的主要进展12

1现代产品设计理论与方法研究概况12

2国际著名产品设计理论与方法简介12

3产品主要设计方法的简介15

第4章 现代设计理论与方法的分类17

1概述17

2产品设计理论与方法的种类17

3产品设计理论与方法的分类18

第5章 现代机械设计方法的发展及其特点20

1现代机械设计方法的发展20

1.1现代机械设计方法的发展趋势框图20

1.2现代机械设计方法的发展20

2产品设计已从传统设计全面地过渡到现代设计22

2.1传统设计与现代设计的比较框图22

2.2现代产品设计工作发展的九个主导方向23

3系统化设计或基于系统工程的综合设计理论与方法的特点24

3.1基于系统工程的综合设计理论与方法的产品设计四个阶段24

3.2各类设计目标及各种设计理论与方法的选用24

参考文献26

第33篇 机械系统概念设计29

第1章 概论31

1机械系统的基本概念31

1.1什么是系统31

1.1.1系统的定义31

1.1.2系统的特性和组成31

1.2什么是机械系统31

1.2.1机械系统的基本特点31

1.2.2传动-执行机构系统组成了机械系统的核心32

1.3什么是广义机械系统32

2机械系统的基本特征32

2.1整体性32

2.2相关性33

2.3层次性33

2.4目的性33

2.5环境适应性33

3机器的类别和基本特征33

3.1机器的类别33

3.2能量流、物质流和信息流34

3.3机器的基本特征34

4机械设计概述36

5机械系统的概念设计37

5.1概念设计与方案设计、创新设计的比较37

5.2概念设计的内涵38

5.3概念设计的基本特征39

5.4机械系统概念设计的基本内容39

5.4.1功能分析与功能结构设计39

5.4.2工艺动作的分解和构思39

5.4.3执行机构系统方案构思与设计39

5.5机电一体化系统的概念设计39

第2章 机械系统概念设计的基本方法41

1工艺动作过程和执行机构41

1.1工艺动作过程41

1.2执行动作41

1.3执行构件和执行机构41

2工作原理和工艺动作分析42

2.1机械工作原理的确定42

2.1.1糖果包装42

2.1.2印刷工作42

2.1.3螺栓的螺纹加工42

2.2工艺动作过程的分解42

3系统设计方法43

3.1系统设计基本概念43

3.2系统分析43

3.2.1系统分析的要素43

3.2.2系统分析的程序44

3.3系统设计44

3.3.1系统设计的概念44

3.3.2系统设计的基本原则44

3.3.3系统设计的过程44

3.3.4系统综合评价45

4层次分析方法45

4.1层次分析法的基本步骤45

4.2层次结构模型46

4.3构造判断矩阵和计算相对权重46

4.3.1构造判断矩阵46

4.3.2计算权重47

4.4判断矩阵的一致性检验47

4.4.1完全一致性47

4.4.2一致性检验指标47

4.4.3随机一致性指标47

4.5层次总排序48

4.6层次分析法应用举例48

5形态综合法49

5.1形态综合的基本概念49

5.2子系统的求解49

5.3形态综合法进行子系统解的组合50

5.4求最佳系统方案51

第3章 动作行为载体及其创新设计52

1机械系统的功能-行为-结构特点52

1.1总功能与工艺动作过程52

1.2行为与执行动作52

1.3结构与执行机构52

1.4工艺动作过程-执行动作-执行机构的功能求解模型53

2动作行为和执行机构53

2.1常见的动作行为形式53

2.2动作行为载体（执行机构）的类型53

3机构组合和组合机构54

3.1机构的串联式组合54

3.2机构的并联式组合55

3.3机构的叠合式（或运载式）组合55

3.4机构的叠联式组合56

3.5组合机构56

4广义机构57

4.1液动机构57

4.2气动机构57

4.3电磁机构58

4.4振动机构58

4.5光电机构59

5执行机构的创新方法59

5.1应用机构学原理60

5.2利用连杆机构或连架杆机构的运动特点构思新的机构61

5.3用成形固定构件和相对运动实现复杂运动过程62

5.4利用多种驱动原理创新机构63

5.5机构类型创新和变异设计64

5.6机构类型变换法65

6机构选型66

6.1按运动形式选择机构66

6.2按执行机构的功用选择机构67

6.3按不同的动力源形式选择机构67

6.4按先易后难选择机构68

6.5选择机构及其组合安排时应考虑的主要要求和条件68

7动作解法库的建立68

第4章 机械运动系统的协调设计69

1机械运动系统的基本构成69

1.1传动系统69

1.2执行系统69

2机械运动系统设计69

2.1机械运动系统的基本内容69

2.2机械运动系统的集成设计74

3执行机构的协调设计76

3.1机器的机构传动系统类型和工作原理76

3.2机器执行机构的协调设计78

3.3执行机构协调设计的分析计算79

4机械运动循环图设计80

4.1机器的运动分类80

4.2机械的运动循环周期80

4.3机器的工作循环图80

4.4拟定机器工作循环图的步骤和方法81

4.5机器工作循环图的作用82

4.6机械运动循环图设计举例82

第5章 机械系统的需求分析和工作机理确定84

1市场需求是产品开发的起点84

1.1需求与产品设计的关系84

1.2需求的内容和特征84

1.3需求的发现过程85

2基于需求的功能分析和功能求解86

2.1基于需求的功能求解86

2.2功能细化和功能原理方案设计过程86

2.3确定待研制产品的总功能（功能抽象表述）87

2.4功能的细分和设计87

2.5功能元的组合方式88

2.6确定合适的技术原理89

2.7功能元求解89

3机械产品的工作机理89

3.1机器工作机理的内涵和表达90

3.2机器工作机理的重要特征91

3.3机器工作机理的构成要素91

4机器工作机理的基本特征和分类91

4.1机器工作机理的表现形式91

4.2机器工作机理的主要类别92

4.3按工作机的行业特点对工作机理分类92

5机器工作机理分析和求解方法92

5.1机器工作机理的组成92

5.2机器工作机理的行为表述93

5.3机器工作机理的分解原理93

5.4机器工作机理行为表述的应用94

5.5工作机理行为表述是机器功能原理求解的有效方法94

5.6结论94

第6章 具有机械产品特征的功能求解模型95

1现有功能求解模型的介绍95

1.1设计目录求解模型95

1.2功能-结构求解模型（F-S）95

1.3功能-行为-结构求解模型（F-B-S）95

1.4功能-效应-原理求解模型95

1.5运动链发散创新求解模型95

2功能-工作机理-工艺动作过程-执行动作-机构的求解模型（F- W-P-A-M ）95

2.1构建F-W-P-A-M功能求解模型95

2.2 F-W-P-A-M功能求解模型的特点96

2.3采用F-W-P-A-M功能求解模型的示例96

3执行机构选型和机构知识建模97

3.1机构的分类原则和方法97

3.2动作的描述和机构属性表达方式分析97

3.3机构知识库结构模型98

3.4计算机编码原则98

3.5知识存储99

第7章 机械系统运动方案的构思和设计100

1机械系统运动方案设计的主要步骤和内容100

1.1机械系统运动方案设计的主要步骤100

1.2功能原理方案设计100

1.3机械系统运动方案设计101

1.4机械系统运动方案的尺度综合102

2机械的工艺动作过程的构思102

2.1工艺动作过程是功能和功能原理方案的具体体现102

2.2工艺动作过程与机器类型的关系103

2.3工艺动作过程构想原则104

2.4工艺动作过程的构思方法105

3机械工艺动作过程分解和执行机构的选择106

3.1机械工艺动作过程的内涵106

3.2机械工艺动作过程的分解106

3.3动作组合的创新108

3.4动作的描述和机构属性表达方式分析110

3.5执行机构的选择110

4机械运动系统方案的组成原理与方法111

4.1机械运动系统组成的相容性原则111

4.2机械运动系统组成的系统最优化原则112

4.3寻求执行机构的创新设计是机械运动系统创新设计的基础112

5机械系统运动方案设计举例112

5.1设计平版印刷机的运动系统方案112

5.2设计冲压式蜂窝煤成形机的运动系统方案115

第8章 机械运动系统的评价体系和评价方法119

1评价指标体系的确定原则119

2评价指标体系119

2.1机构的评价指标119

2.2几种典型机构的评价指标的初步评定120

2.3机构选型的评价体系120

2.4机构评价指标的评价量化120

2.5机构系统选型的评估方法121

3价值工程方法121

3.1产品的功能121

3.2产品的寿命周期成本121

3.3产品的价值121

3.4机械运动方案的价值评定122

4系统分析方法122

4.1系统工程评价方法的基本原则123

4.2建立评价指标体系和确定评价指标值123

4.3建立评价模型123

5模糊综合评价法124

5.1模糊综合评价中主要运算符号124

5.2模糊集合的概念124

5.3隶属度函数的确定方法125

5.4模糊综合评价125

6实例分析128

6.1系统工程评价法评价机械运动方案128

6.2模糊综合评价法评价机械运动系统方案129

参考文献134

第34篇 机械系统的振动设计及噪声控制137

第1章 绪论139

1机械振动的含义及其分类139

1.1机械振动的含义139

1.2机械振动在工程中的作用139

1.3机械振动的分类139

2机械工程中常遇到的振动问题140

3机械振动等级的评定141

3.1振动烈度的确定141

3.2泵振动烈度的评定142

第2章 机械振动的基础143

1机械振动的表示方法143

1.1简谐振动的表示方法143

1.2周期振动幅值的表示方法143

1.3振动频谱的表示方法144

2机械系统的力学模型144

2.1力学模型的简化原则144

2.2力学模型的种类145

2.3等效参数的转换计算146

3弹性构件的刚度147

4机械振动系统的阻尼系数150

4.1线性阻尼系数150

4.2非线性阻尼的等效线性阻尼系数151

5振动系统的固有圆频率152

5.1单自由度系统的固有圆频率152

5.2二自由度系统的固有圆频率156

5.3各种构件的固有圆频率158

6同向简谐振动的合成163

第3章 线性系统的振动165

1单自由度振动系统165

1.1单自由度自由振动系统的力学模型及其响应165

1.2单自由度系统的受迫振动167

1.2.1简谐激励作用下的受迫振动及响应167

1.2.2非简谐激励作用下的受迫振动及响应168

2多自由度振动系统170

2.1多自由度自由振动系统的力学模型及其响应170

2.2二自由度受迫振动系统的振幅和相位差角的计算公式172

3扭转振动系统172

3.1扭转振动与直线振动的比较172

3.2传递矩阵法174

4共振175

5回转机械起动和停机过程中的振动175

5.1起动过程的振动175

5.2停机过程的振动176

第4章 非线性振动和随机振动177

1非线性振动177

1.1概述177

1.1.1非线性特性177

1.1.2非线性力的特征曲线178

1.1.3非线性系统的物理特性181

1.2求解非线性振动的常用方法184

1.2.1等效线性化近似解法184

1.2.2多尺度法185

1.3自激振动192

1.3.1自激振动与自振系统的特性192

1.3.2机械工程中常见的自激振动现象193

1.3.3单自由度系统相平面及稳定性195

2随机振动198

2.1平稳随机振动描述198

2.2单自由度线性系统的传递函数及动态特性200

2.3单自由度线性系统的随机响应201

2.4多自由度线性系统的随机响应201

第5章 振动的利用203

1概述203

1.1振动机械的组成203

1.2振动的用途及工艺特性206

1.3振动机械的频率特性及结构特征207

1.4振动利用的方法步骤207

2利用振动的机械系统208

2.1常用的振动系统208

2.2振动系统的一般分析方法208

3振动系统中物料的运动学与动力学208

3.1物料的运动学208

3.1.1物料的运动状态208

3.1.2物料的滑行运动状态209

3.1.3物料的抛掷运动状态209

3.2物料的动力学210

3.2.1物料滑行运动时的结合质量与当量阻尼210

3.2.2物料抛掷运动时的结合质量与当量阻尼210

3.2.3弹性元件的结合质量与阻尼211

3.2.4振动系统的计算质量、总阻尼系数及功率消耗211

4常用的振动机械212

4.1振动机械的分类212

4.1.1按用途分类212

4.1.2按驱动装置（激振器）的型式分类212

4.1.3按动力学特性分类212

4.2常用振动机械的计算213

4.2.1惯性式振动机械213

4.2.2弹性连杆式振动机械214

4.2.3电磁式振动机械217

4.2.4自同步式振动机械217

5若干振动机械示例219

5.1单轴激振器驱动的振动机械219

5.1.1单轴惯性振动圆锥破碎机219

5.1.2振动球磨机219

5.1.3空间运动惯性光饰机和单激振器振动料斗220

5.1.4插入式振捣器和单钢轮式轮胎振动压路机221

5.1.5单轴式惯性振动筛222

5.2双轴激振器驱动的振动机械222

5.2.1振动颚式破碎机和双轴激振器驱动惯性振动圆锥破碎机222

5.2.2卧式振动离心脱水机223

5.2.3振动锤223

5.2.4旋振式惯性振动筛和烘干机224

5.2.5激振器偏移式自同步振动筛224

5.2.6双向半螺旋多层多路给料振动细筛和交叉轴式自同步垂直输送机224

6振动机械设计示例225

6.1远超共振惯性振动机设计示例225

6.1.1远超共振惯性振动机的运动参数设计示例225

6.1.2远超共振惯性振动机的动力参数设计示例226

6.2惯性共振式振动机的动力参数设计示例227

6.3弹性连杆式振动机的动力参数设计示例228

6.4电磁式振动机的动力参数设计示例229

第6章 机械振动的控制231

1机械及其零部件的平衡231

1.1刚性转子的平衡231

1.1.1回转体的动力分析231

1.1.2平衡精度232

1.1.3刚性回转体的静平衡233

1.1.4刚性回转体的动平衡233

1.2柔性转子的动平衡234

1.3往复机械惯性力的平衡234

2阻尼减振236

2.1材料阻尼236

2.2扩散阻尼237

2.3相对运动阻尼237

2.4结构阻尼238

2.5附加阻尼238

2.6阻尼减振原理239

3常用的减振装置239

3.1阻尼减振器239

3.2固体摩擦减振器240

3.3动力减振器241

3.3.1无阻尼动力减振器241

3.3.2有阻尼动力减振器242

3.3.3动力减振器的最佳参数243

3.3.4随机振动的动力减振器244

3.4液压摩擦减振器244

3.5摆式减振器244

3.6冲击减振器246

4隔振原理及隔振设计246

4.1隔振原理及一次隔振的动力参数设计246

4.2单自由度隔振系统248

4.3二次隔振动力参数设计249

4.4多自由度隔振系统251

4.4.1固有频率251

4.4.2主动隔振251

4.4.3被动隔振252

4.5随机振动的隔离252

4.5.1单自由度随机隔振系统252

4.5.2二自由度随机隔振系统253

4.6冲击隔离253

4.6.1冲击隔离原理253

4.6.2冲击的主动隔离253

4.6.3冲击的被动隔离254

4.6.4阻尼对冲击隔离的影响255

4.7隔振设计的几个问题256

4.7.1隔振设计的步骤256

4.7.2隔振设计的要点256

4.7.3隔振器的阻尼256

4.8常用隔振器及隔振材料256

4.9隔振系数的参考标准260

5振动的主动控制260

5.1振动主动控制的原理260

5.2振动主动控制的类型260

5.3振动主动控制的组成261

5.4控制律的设计方法261

5.5主控消振262

5.5.1谐波控制262

5.5.2结构响应主动控制262

5.5.3脉冲控制263

5.6主控阻振263

5.7主控吸振263

5.7.1惯性可调式动力吸振器263

5.7.2刚度可调式动力吸振器264

5.7.3主控式有阻尼动力吸振器265

5.8主控隔振265

5.8.1全主控隔振265

5.8.2半主控隔振266

5.8.3主控隔振的作动器266

6允许振动量267

6.1机械设备的允许振动量267

6.2其他要求的允许振动量267

第7章 机械振动的测试269

1概述269

1.1测量在机械振动系统设计中的作用269

1.2振动测量方法的分类269

1.2.1振动测量的主要内容269

1.2.2振动测量方法的分类269

1.3测振原理270

1.3.1线性系统振动量时间历程曲线的测量270

1.3.2测振原理270

2振动的测量270

2.1周期振动的测量270

2.1.1典型的电测系统270

2.1.2振幅的测量271

2.1.3频率的测量271

2.1.4相位的测量272

2.1.5激振力的测量272

2.2冲击的测量272

2.2.1测试量272

2.2.2冲击测量的特点和对仪器的要求272

2.2.3典型的冲击测量系统272

2.3随机振动的测量273

2.3.1测试量273

2.3.2测量系统及其对仪器的要求273

3机械动力学系统振动特性的测试273

3.1固有频率的测定273

3.2振型的测定274

3.3阻尼比的测定275

3.4动力响应特性的测试275

3.5模型试验276

4动力强度试验277

4.1周期振动试验277

4.2随机振动试验277

4.3冲击试验277

5测试装置277

5.1传感器277

5.1.1电测法常用的传感器278

5.1.2传感器的选用原则278

5.2中间转换装置278

5.3记录及显示仪器278

5.4激振设备及简便的激振方法278

5.5测试装置的校准及标定278

5.5.1绝对校准法279

5.5.2比较校准法279

5.5.3应用校准激励器进行校准280

6信号分析及数据处理280

6.1信号的时域分析280

6.2信号的频域分析281

6.3模拟信号分析282

6.4数字信号分析282

6.5智能化数据采集与分析处理、监测系统283

第8章 轴和轴系的临界转速284

1概述284

2简单转子的临界转速284

2.1力学模型284

2.2两支承轴的临界转速285

2.3两支承单盘转子的临界转速285

2.4用传递矩阵法计算临界转速286

3两支承多盘转子临界转速的近似计算288

3.1带多个圆盘轴的一阶临界转速288

3.2力学模型288

3.3临界转速计算公式288

3.4计算示例289

4轴系的模型与参数289

4.1力学模型289

4.2滚动轴承支承刚度289

4.3滑动轴承支承刚度291

4.4支承阻尼295

5轴系临界转速设计295

5.1轴系临界转速修改设计295

5.2轴系临界转速组合设计296

6影响轴系临界转速的因素297

6.1支承刚度对临界转速的影响297

6.2回转力矩对临界转速的影响297

6.3联轴器对临界转速的影响297

6.4其他因素对临界转速的影响298

第9章 机械噪声及其评价299

1机械噪声的分类与特征299

1.1起源不同的机械噪声299

1.2强度变化不同的机械噪声299

1.3噪声污染的危害299

2机械噪声的评价299

2.1声强与声强级300

2.2声压与声压级300

2.3声功率与声功率级300

2.4 A计权声级300

2.5 A计权声功率级300

2.6噪声评价数NR301

2.7声级的综合301

2.7.1声级的运算301

2.7.2声级运算示例302

3法规及标准302

3.1保护听力的噪声标准302

3.2语言干扰标准303

3.3机械噪声标准303

第10章 机械噪声的测量及噪声源识别306

1测量项目与测量仪器306

1.1测量项目306

1.2噪声测量系统306

1.3声级计306

1.4声强计及声强测量系统307

2测量方法308

2.1声级计及传声器的校准308

2.2 A声级测量309

2.3声功率测量309

2.4声强测量312

3测量环境对测量结果的影响312

4机械噪声源的识别313

5工业企业噪声测量314

5.1机器设备噪声测量314

5.2生产环境（车间）噪声测量314

第11章 常见机械噪声源特性及其控制316

1一般控制原则与控制方法316

1.1噪声控制的一般原理316

1.2机械噪声控制的一般原则316

1.3某些机械设备的噪声控制方法317

1.4工业噪声的一般控制方法317

2齿轮噪声及其控制318

2.1齿轮噪声的产生318

2.2齿轮噪声控制途径与措施319

3滚动轴承噪声及其控制319

3.1滚动轴承噪声的产生319

3.2滚动轴承噪声的控制319

4液压系统噪声及其控制320

4.1液压系统噪声的产生320

4.1.1液压泵的噪声320

4.1.2阀门的噪声320

4.1.3管路的噪声321

4.2液压系统噪声的控制321

5气体动力性噪声及其控制321

5.1概述321

5.2气体动力性噪声的基本声源322

5.3气体动力性噪声的特性与控制322

第12章 消声装置及隔声设备324

1消声器324

1.1消声器的分类与性能要求324

1.2阻性消声器325

1.2.1阻性消声器的结构与特点325

1.2.2阻性消声器消声量的计算325

1.3抗性消声器331

1.3.1扩张室型消声器331

1.3.2共振腔型消声器334

1.3.3其他类型的消声器335

2隔声罩336

2.1单层结构隔声罩的隔声量336

2.2双层结构隔声罩的隔声量337

2.3缝隙、孔洞对隔声量的影响339

2.4隔声罩设计步骤与设计要点339

2.5隔声罩降噪效果的评价339

3隔声屏340

3.1隔声屏降噪原理340

3.2隔声屏降噪效果计算340

3.3道路隔声屏的结构型式340

3.4道路隔声屏的设计340

参考文献343

第35篇 疲劳强度设计345

第1章 概论347

1疲劳的分类347

2疲劳强度设计方法348

2.1名义应力法348

2.2局部应力应变法348

2.3损伤容限设计法348

2.4概率疲劳设计法348

第2章 疲劳载荷349

1概述349

2循环应力和循环应变349

2.1循环应力349

2.2循环应变349

3随机载荷的循环计数法350

4随机疲劳载荷谱的编制351

4.1累积频数曲线351

4.2载荷谱编制351

第3章 金属材料的疲劳极限和S-N曲线353

1金属材料疲劳极限353

1.1基本概念353

1.2金属材料的疲劳极限353

1.3疲劳极限的经验公式357

2常用金属材料的S-N曲线357

第4章 影响疲劳强度的因素367

1应力集中的影响367

1.1理论应力集中系数367

1.2有效应力集中系数381

2尺寸的影响388

3表面状况的影响390

3.1表面加工状况390

3.2表面腐蚀状况390

3.3表面强化状况390

4载荷状况的影响392

4.1载荷类型的影响392

4.2载荷频率的影响392

4.3载荷峰值的影响393

4.4平均应力的影响393

第5章常规疲劳强度设计396

1概述396

2疲劳安全系数396

3疲劳累积损伤理论400

3.1基本概念400

3.2线性疲劳累积损伤理论400

3.3相对迈因纳（Miner）法则401

4无限疲劳寿命设计401

4.1单向应力时的无限疲劳寿命设计401

4.1.1计算公式401

4.1.2算例401

4.2多向应力时的无限疲劳寿命设计403

5有限疲劳寿命设计403

5.1安全系数计算公式403

5.2寿命估算403

5.3随机疲劳寿命估算403

5.3.1程序谱的疲劳寿命计算403

5.3.2概率密度函数给出的连续谱寿命计算404

5.4算例404

第6章 现代疲劳强度设计406

1概述406

2低周疲劳406

2.1低周疲劳曲线（ε-N曲线）406

2.2循环应力-应变（σ-ε）曲线409

2.2.1滞回线409

2.2.2循环硬化与循环软化409

2.2.3循环σ-ε曲线409

2.3应变-寿命曲线的获得412

2.3.1曼森-科芬方程412

2.3.2四点法求应变-寿命曲线413

2.4低周疲劳寿命估算414

3局部应力应变法415

3.1预备知识415

3.1.1真实应力与真实应变415

3.1.2玛辛特性416

3.1.3材料的记忆特性416

3.1.4载荷顺序效应416

3.2局部应力-应变分析416

3.2.1滞回线方程416

3.2.2诺伯法417

3.3裂纹形成寿命的估算417

3.3.1损伤计算417

3.3.2估算裂纹形成寿命步骤418

3.4算例418

4裂纹扩展寿命估算420

4.1应力强度因子和断裂韧度420

4.1.1应力强度因子420

4.1.2断裂韧度421

4.2疲劳裂纹扩展速率423

4.2.1da／dN-△K关系曲线423

4.2.2影响疲劳裂纹扩展速率的因素426

4.3疲劳裂纹扩展寿命估算427

4.3.1初始裂纹尺寸ao的确定427

4.3.2临界裂纹尺寸ac的确定427

4.3.3裂纹扩展寿命的估算公式427

4.4算例427

第7章 环境疲劳强度429

1腐蚀疲劳强度429

1.1腐蚀疲劳的S-N曲线429

1.2腐蚀疲劳极限429

1.3影响腐蚀疲劳的因素429

1.4腐蚀疲劳寿命的估算440

2热疲劳强度440

2.1热应力与热疲劳440

2.2热疲劳强度与寿命估算440

2.2.1最大温度-寿命曲线440

2.2.2应变幅度-寿命曲线441

2.3热疲劳强度设计要考虑的主要问题442

3低温疲劳强度442

3.1低温下金属的特性442

3.2低温下材料的疲劳数据和图线443

3.2.1低温下材料的疲劳极限443

3.2.2低温下的材料S-N曲线443

3.3低温对应力集中的影响444

3.4低温疲劳强度计算445

4高温疲劳强度445

4.1高温对材料力学性能的影响445

4.2高温时材料S-N曲线445

4.3 影响金属高温疲劳性能的主要因素449

4.3.1材料因素449

4.3.2温度因素450

4.3.3频率因素450

4.3.4应力集中因素451

4.3.5表面状态因素451

4.3.6平均应力因素452

4.4高温下疲劳强度计算452

4.4.1静态计算法453

4.4.2蠕变疲劳复合作用计算法454

第8章 冲击与接触疲劳强度456

1冲击疲劳强度456

1.1多次冲击能量-寿命（A-N）曲线456

1.2影响多次冲击强度的因素456

1.2.1材料的强度和韧性456

1.2.2表面强化工艺457

1.3冲击疲劳强度计算459

2接触疲劳强度459

2.1接触疲劳失效机理459

2.2接触应力460

2.3影响接触疲劳强度的因素461

2.4接触疲劳强度计算463

第9章 提高零构件疲劳强度的措施465

1合理选材465

1.1强度、塑性和韧性间最佳配合465

1.2材料纯度465

1.3晶粒度和晶粒取向的影响465

2改进结构和工艺465

2.1改进结构465

2.2改进工艺467

3表面强化467

3.1表面热处理468

3.2表面化学处理468

3.3表面冷作强化469

4表面防护471

5合理操作与定期检修471

第10章 疲劳试验与数据处理472

1疲劳试验机472

1.1疲劳试验机的种类472

1.2疲劳试验加载方式472

1.3疲劳试验控制方式472

1.4疲劳试验数据采集473

2疲劳试样及其制备473

2.1试样473

2.1.1光滑试样473

2.1.2缺口试样474

2.1.3低周疲劳试样474

2.1.4疲劳裂纹扩展试样475

2.2试样制备476

2.2.1取样476

2.2.2机械加工476

2.2.3热处理477

2.2.4测量、探伤与储存477

3疲劳试验方法477

3.1 S-N曲线试验477

3.1.1单点试验法477

3.1.2成组试验法478

3.2疲劳极限试验479

3.3 ε-N曲线试验480

3.4应力-应变曲线试验481

3.5裂纹扩展速率（da／dN曲线）试验482

3.6断裂韧度试验482

4疲劳试验数据处理483

4.1可疑观测值的取舍483

4.2 S-N曲线拟合484

4.3 ε-N曲线拟合485

4.4应力-应变曲线拟合485

4.5 da／dN曲线拟合486

4.6断裂韧度试验数据处理488

参考文献489

第36篇 摩擦学设计491

第1章 摩擦与摩擦因数493

1固体摩擦的摩擦力493

1.1固体摩擦力的性质493

1.2摩擦因数与摩擦力计算493

2固体摩擦定律493

2.1古典摩擦定律493

2.2固体摩擦的现代理论493

2.2.1分子（黏附）分量的摩擦因数计算493

2.2.2机械（变形）分量的摩擦因数计算494

3摩擦角和摩擦锥496

3.1静摩擦角496

3.2静摩擦锥496

3.3动摩擦角和动摩擦锥496

4滑动摩擦因数496

4.1室温及大气中的摩擦因数496

4.1.1无润滑表面的滑动摩擦因数496

4.1.2润滑表面的滑动摩擦因数499

4.2高温下的摩擦因数499

4.3真空中的摩擦因数500

4.4低温下的摩擦因数501

5滚动摩擦502

6机械零件的摩擦502

6.1斜面的摩擦502

6.2楔连接的摩擦502

6.3螺旋（纹）的摩擦503

6.4普通滑动轴承的摩擦504

6.4.1径向轴承的摩擦504

6.4.2推力轴承的摩擦504

6.5滚动轴承的摩擦505

6.5.1摩擦转矩的粗略计算505

6.5.2摩擦转矩的精确计算505

6.6齿轮的摩擦507

6.7带与轮的摩擦508

6.8绳与卷筒的摩擦508

6.9车轮与钢轨（路面）的摩擦509

7摩擦装置中的摩擦509

7.1基本特性509

7.1.1接触种类509

7.1.2接触刚性509

7.1.3成膜介质对摩擦的影响510

7.1.4滑动持续时间510

7.1.5工作状态510

7.1.6外部能量场对摩擦特性的影响510

7.2摩擦副的主要参数510

7.2.1滑动速度511

7.2.2载荷511

7.2.3摩擦因数511

7.2.4摩擦因数的稳定度511

7.2.5摩擦功511

7.3摩擦材料的选取512

7.4摩擦热力学计算512

第2章 磨损及其控制515

1磨损过程515

1.1磨合515

1.1.1稳定表面粗糙度515

1.1.2影响磨合效果的因素515

1.1.3磨合与磨损寿命516

1.2磨损类型516

1.3影响磨损的参数516

1.3.1载荷516

1.3.2速度517

1.3.3温度517

1.3.4其他参数518

2控制磨损的设计方法519

2.1材料选择519

2.2材料表面处理519

2.2.1表面机械硬化519

2.2.2热喷涂519

2.2.3化学热处理520

2.2.4表面淬火和表面合金化520

2.2.5化学和物理气相沉积520

2.2.6电镀和化学镀520

2.2.7深冷处理520

2.3表面粗糙度520

2.4润滑剂选择520

2.5表面结构形状520

2.6环境、过滤与密封520

2.7表面温度和冷却能力520

2.8运动控制521

3磨损的度量与预测521

3.1磨损的度量521

3.2磨损计算521

3.2.1 IBM磨损计算法521

3.2.2磨损率的计算公式521

3.2.3磨损度计算的理论公式522

3.2.4磨损量计算的经验公式523

3.3各种机械零件的典型磨损度（磨损率）524

4机械零件的磨损预测525

4.1轴瓦（轴套）的磨损预测525

4.2滚动轴承的磨损预测526

4.2.1接触疲劳磨损寿命计算526

4.2.2黏附磨损寿命计算526

4.2.3磨粒磨损寿命计算527

4.3导轨的磨损预测528

4.3.1滑动导轨528

4.3.2滚动导轨529

4.4 齿轮传动的磨损控制529

4.4.1润滑状态529

4.4.2轮齿胶合（黏附磨损）530

4.4.3轮齿磨粒磨损530

4.5传动链的磨损预测531

4.6气缸套与活塞环的磨损预测531

4.6.1黏附磨损预测531

4.6.2磨粒磨损预测531

4.7机械密封的磨损预测531

4.7.1磨损类型532

4.7.2磨损因数和极限pv值532

4.8刀具的磨损预测533

4.8.1刀具的磨损部位533

4.8.2刀具磨损和刀具寿命的数学模型534

4.9机动车辆轮胎踏面的磨损预测534

4.9.1踏面橡胶磨损机理534

4.9.2磨损度计算534

4.10连接的磨损535

5磨损零件的修复535

5.1修复工艺的选择536

5.2电镀536

5.2.1镀铬536

5.2.2镀镍537

5.2.3刷镀537

5.3金属喷涂537

5.4焊接538

5.4.1铸铁导轨的补焊修复538

5.4.2钢制零件的补焊修复538

5.5黏接538

第3章 润滑设计539

1润滑类型与状态539

1.1流体润滑的润滑状态539

1.2流体动力润滑539

1.2.1雷诺方程及其应用539

1.2.2流体动力润滑的稳态性能参数543

1.2.3特征数和相似条件543

1.2.4湍流动力润滑方程543

1.2.5流体动力润滑径向轴承的稳定性544

1.3弹性流体动力润滑544

1.3.1基本参数545

1.3.2基本公式545

1.3.3润滑状态区域图及其应用范围546

1.4流体静力润滑547

1.4.1工作原理与基本方程547

1.4.2油腔与油垫548

1.4.3补偿元件548

1.4.4功耗549

1.5边界润滑549

1.5.1边界润滑膜549

1.5.2边界润滑模型550

1.5.3边界润滑的摩擦力550

1.5.4影响边界膜润滑性能的因素550

1.5.5提高边界润滑膜强度的方法551

1.6混合润滑551

1.7固体润滑551

2机械零件的流体动力润滑计算551

2.1滑动轴承流体动力润滑计算551

2.2滚动轴承弹性流体动力润滑计算551

2.3齿轮传动弹性流体动力润滑计算552

2.4凸轮机构的弹性流体动力润滑计算553

3机械零件的润滑设计554

3.1滑动轴承的润滑设计554

3.2滑动导轨（普通导轨）的润滑设计554

3.2.1润滑剂与润滑方法554

3.2.2润滑油的选择554

3.2.3提高导轨运动平稳性的措施554

3.3滚动轴承的润滑设计555

3.4齿轮、蜗杆传动的润滑设计555

3.4.1润滑方法及其选择555

3.4.2润滑油的选用555

3.5链传动的润滑设计557

3.5.1润滑剂的选择557

3.5.2润滑方法的选择557

3.6联轴器的润滑设计558

3.7离合器的润滑设计558

3.7.1电磁离合器的润滑558

3.7.2摩擦片式离合器的润滑558

3.7.3超越离合器的润滑558

3.8钢丝绳的润滑设计558

3.8.1制造时的润滑559

3.8.2使用中的润滑559

3.8.3加油方法559

第4章 润滑剂561

1润滑剂及其特性561

1.1润滑剂的类型561

1.2润滑油和润滑脂的流变学特性561

1.2.1黏度561

1.2.2黏温关系561

1.2.3黏压关系563

1.2.4黏度与压力和温度的综合关系563

1.2.5非牛顿特性563

1.3润滑油564

1.3.1品种564

1.3.2主要质量指标564

1.3.3常用润滑油的组成、性质和用途564

1.4润滑脂564

1.5添加剂564

1.5.1添加剂的作用与性能要求564

1.5.2类型与功能565

1.6固体润滑剂565

1.6.1固体润滑剂的类型565

1.6.2固体润滑剂的性能565

2润滑剂的选用569

2.1润滑剂类型的选择569

2.2润滑油的选用570

2.2.1选用润滑油的一般原则570

2.2.2机床用润滑油的选用570

2.2.3建筑机械用润滑油的选用570

2.2.4润滑油黏度的掺配570

2.3润滑脂的选用571

3润滑油、润滑脂的更换及其周期571

3.1润滑油污染度及其测定572

3.2换油周期572

3.2.1小型润滑系统的换油周期572

3.2.2大型润滑系统的换油周期572

3.3换油步骤573

第5章 润滑方法与润滑系统设计574

1润滑方法及其选择574

1.1润滑油、润滑脂的润滑方法及其选择574

1.1.1油、脂润滑方法574

1.1.2油、脂润滑方法的选择575

1.2固体润滑剂的润滑方法575

1.2.1润滑方法575

1.2.2特性与使用575

1.2.3几种固体润滑剂的使用576

1.3气体润滑剂的润滑方法577

2润滑油、润滑脂润滑系统及其设计577

2.1润滑油、润滑脂用润滑系统及其分类578

2.2手工加油、脂润滑578

2.3集中供脂系统578

2.4滴油润滑及其装置578

2.5油绳和油垫润滑及其装置578

2.6油浴和飞溅润滑及其装置579

2.6.1齿轮传动的油浴润滑和飞溅润滑579

2.6.2蜗杆传动的油浴润滑579

2.6.3润滑油池容积579

2.7油环、油盘润滑及其装置579

2.7.1油环润滑及其装置579

2.7.2油盘润滑及其装置580

2.8喷雾润滑系统580

2.8.1润滑单位580

2.8.2喷雾嘴尺寸580

2.8.3配管尺寸581

2.8.4空气和润滑油的消耗量581

2.8.5油雾发生器与油雾润滑装置581

2.8.6喷雾嘴安装581

2.9油气润滑系统582

2.10喷油润滑系统582

第6章 摩擦副材料及其选用583

1摩擦材料583

1.1对摩擦材料性能的要求583

1.2摩擦材料的类型与应用583

1.2.1非金属摩擦材料584

1.2.2金属摩擦材料584

2减摩材料586

2.1金属减摩材料586

2.2粉末冶金减摩材料588

2.3聚合物减摩材料588

2.4金属塑料减摩材料589

2.5木基减摩材料589

2.6炭-石墨590

3耐磨材料590

3.1对耐磨材料的性能要求590

3.2耐磨材料及其特性591

3.2.1钢591

3.2.2难熔金属及特种合金592

3.2.3铜基合金592

3.2.4铸铁592

3.2.5聚合物593

3.2.6碳化物和陶瓷593

3.2.7炭-石墨耐磨材料594

4摩擦副材料的选择594

4.1运转条件的分析595

4.1.1载荷与环境条件595

4.1.2设计要求595

4.2摩擦副性能估计595

4.3摩擦副材料的选定595

4.4摩擦副材料的选择框图595

5表面处理和覆盖层596

5.1表面处理596

5.1.1表面处理的类型596

5.1.2表面处理的应用596

5.1.3表面处理的效果597

5.2表面覆盖层597

5.2.1覆盖层材料597

5.2.2涂覆方法597

5.3表面处理与覆盖层的应用600

参考文献601

第37篇 机械可靠性设计603

第1章 可靠性设计的基础知识603

1概述603

1.1可靠性的概念603

1.2可靠性设计程序和手段603

1.3可靠性设计的目标值603

1.4可靠性设计方法604

1.5可靠性设计的其他方面604

2可靠性中常用的概率分布605

3可靠性特征量617

3.1可靠度617

3.2累积失效概率618

3.3平均寿命、可靠寿命和中位寿命618

3.4失效率和失效率曲线618

3.5可靠性特征量间的关系619

3.6维修性特征量620

3.6.1维修度620

3.6.2修复率620

3.6.3平均修复时间620

3.6.4维修性和可靠性特征量的对应关系620

3.7有效性特征量620

3.7.1有效度的意义620

3.7.2有效度的种类621

3.7.3单元有效度621

第2章 可靠性试验数据的统计处理方法622

1可靠性试验分类622

1.1按试验场所的分类622

1.2按试验截止情况的分类622

2分布类型的假设检验622

2.1x2检验法622

2.2 K-S检验法623

3指数分布的分析法624

3.1指数分布的拟合性检验624

3.2指数分布的参数估计和可靠度估计625

4正态及对数正态分布的分析法626

4.1正态及对数正态分布的拟合性检验626

4.2正态及对数正态分布完全样本的参数估计628

4.3正态及对数正态分布截尾寿命试验的参数估计628

4.4正态及对数正态分布可靠寿命和可靠度的估计634

5威布尔分布的分析法637

5.1威布尔分布的拟合性检验637

5.2威布尔分布的参数估计638

5.3威布尔分布的可靠度和可靠寿命估计647

6可靠性虚拟试验方法650

6.1蒙特卡洛模拟法650

6.1.1概述650

6.1.2随机数的产生方法651

6.1.3随机数检验651

6.1.4常用分布随机数的产生652

6.2蒙特卡洛模拟法计算随机变量函数的分布653

第3章 机械零件的可靠性设计654

1应力-强度干涉模型与可靠度计算方法654

1.1应力-强度干涉模型654

1.2可靠度计算的一般公式654

1.3可靠度计算的数值积分法655

1.4可靠度计算的极限状态法655

2可靠度的近似计算法657

2.1可靠安全系数657

2.2随机变量函数的均值和标准差的近似计算658

3机械零件可靠性设计所需的部分数据和资料659

3.1几何尺寸659

3.2材料的强度特性660

4零件静强度的可靠性设计668

4.1正态分布的设计法668

4.2非正态分布的设计法668

4.3零件静强度的可靠性设计应用举例670

5疲劳强度的可靠性设计671

5.1变应力和变载荷的类型671

5.2部分材料的p-S-N曲线672

5.3零件的疲劳极限680

5.4用疲劳曲线线图计算零件的疲劳强度可靠度682

5.5用疲劳极限线图计算零件的疲劳强度可靠度684

5.6用等效应力计算零件的疲劳强度可靠度685

5.7受复合应力时零件的疲劳强度可靠度计算685

5.8零件疲劳强度可靠度计算的应用举例686

5.9零件疲劳寿命的可靠性预计691

6其他失效形式时可靠性设计693

6.1断裂韧度的可靠性设计693

6.2刚度的可靠性设计694

6.3磨损和腐蚀的可靠性设计696

6.3.1磨损的可靠性设计696

6.3.2腐蚀的可靠性设计697

6.4摩擦传动的可靠性设计698

第4章 机械系统的可靠性分析700

1不可修复系统的可靠性分析700

1.1系统可靠性模型700

1.2常用系统的可靠度和平均寿命701

2可修复系统的可靠性702

3可靠性预计703

3.1可靠性预计的目的703

3.2可靠性预计的方法703

4可靠性分配704

4.1可靠性分配的原则704

4.2可靠性分配的方法704

5失效模式、效应及危害度分析706

5.1基本概念706

5.2分析的过程和方法706

6故障树分析707

6.1基本概念707

6.2故障树的建立708

6.3故障树的定性分析710

6.4故障树的定量分析711

第5章 机构运动可靠性分析712

1概述712

1.1机构可靠性的分类712

1.2机构可靠度的计算方法712

2机构运动可靠性基本模型及计算方法712

2.1机构运动可靠性的定义及影响因素712

2.2机构可靠性指标713

2.2.1可靠度R713

2.2.2可靠性储备系数K713

2.3机构可靠性通用数学模型713

2.3.1机构运动学数学模型713

2.3.2机构运动精度概率模型714

2.3.3计算可靠度R715

3曲柄滑块机构运动可靠性分析715

3.1理想状态下机构运动关系式715

3.1.1对心曲柄滑块机构运动关系式715

3.1.2偏心曲柄滑块机构运动关系式716

3.2考虑原始误差的可靠性计算模型716

3.2.1考虑尺寸误差的计算模型716

3.2.2考虑运动副间隙误差的计算模型717

3.3考虑磨损建立随时间变化的可靠性计算模型719

3.3.1对运动铰链中轴套的磨损分析719

3.3.2建立磨损与间隙之间的关系720

3.3.3建立磨损与输出运动参数的关系721

4并联机构运动可靠性分析实例721

4.1并联机构的特点及应用721

4.2 Delta型并联机构的运动学分析721

4.3 Delta型并联机构的位置误差分析722

4.4 Delta型并联机构的运动可靠性分析723

4.5并联机构的运动可靠性仿真研究724

4.5.1参数化建模724

4.5.2位置正反解的获得724

4.5.3模拟各个原始误差的随机性725

4.5.4 Monte Carlo仿真725

4.5.5可靠度计算725

第6章 可靠性灵敏度设计727

1目的及意义727

2可靠性灵敏度设计方法727

2.1基于摄动法的可靠性灵敏度分析727

2.2不完全概率信息机械可靠性设计728

2.3可靠性灵敏度设计728

2.4基于响应面方法的可靠性灵敏度分析730

3可靠性灵敏度设计实例731

3.1汽车前轴731

3.2螺旋弹簧732

3.3法兰733

3.4附件机匣734

参考文献737

第38篇 机械结构的有限元设计739

第1章 弹性力学基本理论与有限元法基本原理741

1弹性力学基本概念741

1.1理想弹性体基本假设741

1.2弹性力学的基本概念741

1.3应力平衡微分方程742

1.4几何方程742

1.5物理方程742

2有限元法的基本原理743

2.1有限元法的基本步骤743

2.2广义坐标下的有限元格式744

第2章 平面问题和空间问题的有限元745

1两类平面问题的力学表达745

1.1平面应力问题745

1.2平面应变问题745

2平面问题的三角形单元745

2.1建立过程745

2.2分析公式747

3轴对称问题的三角形单元749

4空间问题的四面体单元751

第3章 等参元的基本原理754

1平面八节点四边形等参元754

2一维等参元755

3平面矩形等参元756

4平面三角形等参元758

5三维等参元759

6等参元用于机械结构分析的一般格式761

第4章 单元形函数的性质763

1形函数的构造原理763

1.1常用单元的形函数763

1.2形函数的构造规律——帕斯卡三角形765

2形函数的性质766

3用面积坐标表达的形函数767

4有限元的收敛准则768

5等效节点载荷列矩阵768

5.1单元载荷的移置768

5.2结构整体载荷列矩阵的形成769

第5章 杆梁问题的有限元770

1杆单元770

1.1轴力杆单元770

1.2扭转杆单元770

2平面梁单元770

3空间梁单元771

3.1空间梁单元的自由度定义771

3.2空间梁单元的坐标变换772

3.3空间梁单元的单元刚度矩阵773

第6章 薄板弯曲问题的有限元774

1线弹性薄板理论774

1.1薄板弯曲的几何方程774

1.2薄板弯曲的物理方程774

1.3薄板弯曲的内力矩平衡方程775

2三角形薄板单元775

3用面积坐标表示的三角形板单元776

4四边形薄板单元777

5用局部坐标表示的四边形薄板单元778

6考虑剪切的明德林（Mindlin ）板单元779

第7章 壳体问题的有限元781

1基于薄壳理论的轴对称壳体单元781

1.1轴对称薄壳理论的基本公式781

1.2薄壳截锥单元782

2位移和转动各自独立插值的轴对称壳体单元783

2.1基本公式783

2.2截锥单元783

2.3曲边单元784

3轴对称超参数壳体单元784

3.1几何形状的规定784

3.2位移函数784

3.3应力和应变的确定785

3.4刚度矩阵的计算785

4不同类型单元的连接785

4.1多点约束方程785

4.2过渡单元786

5一般壳体问题的平板壳体单元786

5.1局部坐标系下的单元刚度矩阵786

5.2单元刚度矩阵的坐标转换787

6一般壳体问题的超参数壳体单元787

6.1几何形状的规定787

6.2位移函数的表示787

6.3应力和应变的确定788

6.4单元刚度矩阵的计算788

第8章 热传导问题的有限元789

1热传导微分方程789

2线性热传导方程的有限元方法789

3热传导单元分析790

3.1一维单元790

3.2二维单元790

3.2.1三角形单元790

3.2.2四节点等参元791

3.3八节点块体等参元792

4稳态热传导的有限元分析793

5非稳态热传导的有限元分析793

6非线性热传导的有限元方法793

7场问题的有限元分析794

第9章 动力学问题的有限元795

1单元的动力学方程795

2单元质量矩阵和阻尼矩阵796

3机械结构的动力学有限元方程796

4机械结构固有特性的有限元分析796

4.1机械结构固有特性的基本方程796

4.2机械结构固有特性的求解方法797

5求解动力响应问题799

5.1振动响应的振型叠加法799

5.2振动响应的时域积分法799

5.2.1中心差分法800

5.2.2纽马克方法800

6减缩动力系统自由度的方法801

第10章 非线性问题的有限元803

1非线性方程组的数值解法803

1.1直接迭代法803

1.2牛顿-拉富生（Newton-Raphson ）方法803

1.3修正的N-R方法803

1.4增量法804

1.5加速收敛方法804

2材料非线性问题的有限元分析805

2.1塑性力学基本法则805

2.2弹塑性应力应变关系806

2.3弹塑性增量有限元分析806

2.4与时间相关的材料非线性问题分析806

3几何非线性问题的有限元分析807

3.1几何非线性问题的应变与应力度量807

3.2几何非线性问题的有限元表达809

4结构屈曲的稳定性分析810

5接触问题的有限元分析811

6黏弹性材料结构的有限元分析812

第11章 有限元分析实例815

1平面应力问题算例815

2等参元应用算例816

3杆梁问题的算例818

4板壳问题的算例819

5热传导问题的算例820

6动力学问题的算例821

7橡胶减振器的刚度分析822

8黏弹性阻尼-薄壁圆柱壳的有限元建模方法824

9水泵泵体的有限元分析826

10一级减速器有限元计算分析827

参考文献838

第39篇 优化设计839

第1章 优化设计算法原理841

1优化设计概述841

1.1优化设计的基本概念841

1.2优化设计的数学模型841

1.3优化设计的迭代算法及终止准则842

1.4优化设计的算法分类843

2一维无约束优化方法843

2.1确定搜索区间的进退算法843

2.2切线法844

2.3黄金分割法（0.618法）844

2.4二次插值法（抛物线插值法）845

3多维无约束优化算法846

3.1坐标轮换法846

3.2共轭方向法（Powell法）846

3.3梯度法846

3.4共轭梯度法847

3.5牛顿法848

3.6变尺度法848

4多维约束优化算法849

4.1简约梯度法849

4.2广义简约梯度法850

4.3罚函数法852

4.3.1内点法852

4.3.2外点法853

4.3.3混合法854

4.4序列线性规划法855

4.5序列二次规划法855

第2章 结构优化设计方法857

1结构优化设计概述857

2结构优化的准则法857

2.1满应力法858

2.1.1杆结构满应力准则858

2.1.2板结构满应力准则858

2.2单位移约束准则法858

2.3多位移约束准则法859

3结构优化的齿行法859

3.1结构优化齿行法简介859

3.2杆结构优化齿行法859

3.3梁结构优化齿行法860

4结构优化设计实例860

4.1机床主轴的结构优化设计860

4.2悬臂梁的结构优化设计861

第3章 形状优化设计方法862

1形状优化设计概述862

2形状优化的敏度分析863

2.1位移敏度计算863

2.2应力敏度计算864

2.3形状敏度分析实现864

3形状优化的自适应分析技术865

3.1误差估计865

3.2 h自适应法865

3.3 p自适应法866

4自适应分析形状优化设计868

5形状优化设计应用实例869

5.1内燃机连杆的形状优化设计869

5.2起重吊钩的自适应形状优化设计869

第4章 多目标问题的优化设计方法871

1多目标问题的优化基本概念871

2协调曲线法871

2.1协调曲线法基本原理871

2.2应用示例——径向动压滑动轴承的优化设计872

3统一目标函数法873

3.1目标规划法873

3.2乘除法873

3.3线性加权组合法873

3.3.1线性加权组合法的目标函数873

3.3.2应用示例——蟹爪式装载机扒取机构的优化设计874

4功效系数法874

4.1功效系数法的基本原理874

4.2应用示例——门座式起重机变幅四杆机构的优化设计875

第5章 随机变量优化设计方法877

1随机变量优化设计的数学模型877

1.1随机参数和随机设计变量877

1.2随机变量优化设计数学模型877

2一次二阶矩方法877

2.1一次二阶矩方法基本原理877

2.2一次二阶矩方法算法878

3随机模拟搜索方法878

3.1随机模拟搜索方法基本原理878

3.2随机模拟搜索方法算法879

4应用示例——压力容器的随机变量优化设计879

第6章 离散变量优化设计方法882

1离散变量优化设计的数学模型882

2离散变量自适应随机搜索法882

2.1设计点样本产生的基本方程882

2.2随机移步查点技术883

2.3自适应随机搜索法算法883

3离散变量的组合形法884

3.1初始离散组合形的产生884

3.2离散一维搜索884

3.3离散变量组合形算法的步骤884

4离散性惩罚函数法885

4.1离散性惩罚函数法基本原理885

4.2离散惩罚函数的算法885

5应用示例——箱形盖板885

第7章 模糊优化设计方法887

1模糊优化设计概述887

1.1机械设计中的模糊性影响因素887

1.2隶属函数887

1.3数学模型890

1.3.1目标函数890

1.3.2约束条件890

1.3.3设计变量890

1.4模糊优化求解的基本思想890

2对称型模糊优化设计890

2.1对称模糊优化模型的直接解法890

2.2对称模糊优化模型的迭代解法890

2.3模糊约束下非模糊目标优化模型的求解891

3非对称型模糊优化设计891

3.1模糊约束下函数的条件极值891

3.2非对称型模糊优化的数学模型891

3.3非对称型模糊优化的水平截集解法892

3.3.1普通模糊约束的优化设计892

3.3.2广义模糊约束的优化设计892

4模糊优化方法应用实例893

4.1三级斜齿圆柱齿轮减速器的优化设计893

4.2简支梁的模糊优化设计895

第8章 智能优化设计方法898

1智能优化方法概述898

1.1智能优化方法的基本概念898

1.2常用的智能优化方法898

1.3智能优化方法的特点899

2遗传算法899

2.1遗传算法的基本概念899

2.2遗传算法的基本特点及应用899

2.3遗传算法的计算流程899

2.4应用案例——加工中心组成问题900

3蚁群优化算法903

3.1蚁群优化算法的基本思想及特点903

3.2基本蚁群优化算法模型904

3.3蚁群优化算法的步骤904

3.4应用案例——混流装配线调度问题904

4粒子群优化算法906

4.1粒子群优化算法的基本概念、模型906

4.2标准粒子群优化算法的算法流程907

4.3应用案例——加工中心组成问题908

5蜂群算法910

5.1基于蜜蜂繁殖机理的蜂群算法 （MBO）910

5.1.1蜂群算法（MBO）的建模910

5.1.2蜂群算法（MBO）的算法流程910

5.2基于蜜蜂采蜜机理的蜂群算法 （ABC）910

5.2.1蜂群算法（ABC）的建模910

5.2.2蜂群算法（ABC）的算法流程911

5.3蜂群算法的特点911

5.4蜂群算法的应用——加工中心组成问题912

6萤火虫算法914

6.1基本萤火虫算法（GSO）模型914

6.2基本萤火虫算法（GSO）的算法流程915

6.3 GSO算法应用案例——流水车间调度 （置换flow-shop）问题915

7布谷鸟搜索算法916

7.1标准布谷鸟搜索算法（CS）模型916

7.2标准布谷鸟搜索算法（CS）流程916

7.3应用案例——混流装配线调度问题917

第9章 优化设计应用实例919

1机构优化设计919

1.1机构优化设计概述919

1.2连杆机构优化设计919

1.3凸轮机构优化设计921

1.4支撑掩护式液压支架机构的多目标优化设计922

2机械零件优化设计925

2.1机械零件优化设计概述925

2.2齿轮传动优化设计927

2.3弹簧优化设计929

2.4液体动压滑动轴承优化设计930

3可靠性优化设计931

3.1可靠性优化设计概述931

3.2机构可靠性优化设计932

3.3结构可靠性优化设计934

3.3.1结构可靠性优化的概念及模型934

3.3.2三杆结构可靠性优化设计935

4复杂系统优化设计936

4.1复杂系统优化设计概述936

4.2多级优化设计技术936

4.3飞机设计的多级优化实例938

参考文献941

第40篇 数字化设计943

第1章 概述945

1数字化设计技术945

1.1产品设计特点与数字化设计技术945

1.2数字化设计技术的内涵和学科体系945

1.3数字化设计流程946

2数字化设计技术的相关技术948

2.1计算机辅助设计948

2.2计算机辅助制造948

2.3计算机辅助工艺过程设计948

2.4计算机辅助工程949

2.5产品数据管理949

3数字化设计技术的发展趋势949

第2章 计算机图形学基础951

1概述951

1.1计算机图形学的研究内容951

1.2计算机图形学的应用951

1.3计算机图形学的发展趋势952

2图形变换953

2.1二维图形的基本变换953

2.2二维图形的组合变换956

2.3窗口和视区的匹配交换957

2.4三维图形的几何变换957

2.5正投影变换959

2.6复合变换959

2.7透视投影变换959

3图形的剪裁与消隐960

3.1图形的剪裁960

3.2图形的消隐961

第3章