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第1章 绪论1

1.1 设计的概念及其发展历程简介1

1.1.1 设计的概念1

1.1.2 设计方法的发展历程1

1.2 现代设计方法的科学基础与特点2

1.2.1 现代设计方法的科学基础3

1.2.2 现代设计方法的特点6

1.3 主要现代设计方法内容简介6

1.4 本书编排内容及学习方法9

本章习题11

第2章 优化设计12

2.1 优化设计概述12

2.1.1 优化设计的数学模型13

2.1.2 优化设计的图解法18

2.1.3 优化设计的数学基础21

2.1.4 优化问题的极值条件27

2.1.5 数值迭代法与收敛准则31

2.2 一维搜索方法33

2.2.1 一维搜索方法概述33

2.2.2 确定初始单峰空间的进退法34

2.2.3 黄金分割法36

2.2.4 二次插值法39

2.3 无约束优化设计方法42

2.3.1 梯度法42

2.3.2 牛顿法44

2.3.3 修正牛顿法46

2.3.4 共轭方向法47

2.3.5 共轭梯度法49

2.3.6 变尺度法52

2.4 约束优化设计方法55

2.4.1 可行方向法55

2.4.2 惩罚函数法58

2.5 多目标优化设计方法63

2.5.1 基本概念64

2.5.2 统一目标法65

2.5.3 主要目标法67

2.6 离散变量优化设计方法68

本章习题70

第3章 相似设计72

3.1 相似设计概述72

3.2 物理量相似概述74

3.2.1 几何学相似74

3.2.2 运动学相似75

3.2.3 动力学相似76

3.2.4 单值条件相似76

3.3 系统物理量的量纲77

3.3.1 量纲与单位77

3.3.2 量纲和谐原理79

3.3.3 量纲独立与基本物理量80

3.4 相似三定理80

3.4.1 现象相似概述80

3.4.2 相似第一定理（相似正定理）81

3.4.3 相似第二定理（π定理）85

3.4.4 相似第三定理（相似逆定理）87

3.5 相似准则推导88

3.5.1 方程分析法导出相似准则88

3.5.2 量纲分析法导出相似准则95

3.6 模型设计与试验109

3.6.1 模型试验的意义和应用110

3.6.2 模型设计实例110

3.7 相似系列产品设计113

3.7.1 相似系列产品设计步骤114

3.7.2 设计实例114

本章习题116

第4章 可靠性设计118

4.1 概述118

4.1.1 可靠性设计方法的提出118

4.1.2 可靠性的定义119

4.1.3 可靠性技术的发展119

4.1.4 机械可靠性设计的内容120

4.2 可靠性设计基本概念120

4.2.1 可靠度120

4.2.2 失效特征量121

4.2.3 可靠性常用概率分布125

4.3 机械零件可靠性设计原理132

4.3.1 应力-强度干涉模型与可靠性设计准则132

4.3.2 几种常用概率分布的联合概率计算133

4.3.3 联合随机变量密度分布函数特征量的确定135

4.4 静载可靠性设计138

4.4.1 静载可靠性设计原则138

4.4.2 不同受力情况下零件可靠性设计方法139

4.5 疲劳可靠性设计144

4.5.1 特征应力与循环特性系数144

4.5.2 无限寿命可靠性设计145

4.5.3 有限寿命可靠性设计147

4.5.4 有限寿命设计举例149

4.6 系统可靠性设计151

4.6.1 系统可靠性预测152

4.6.2 系统可靠性分配156

4.6.3 故障树分析159

本章习题161

第5章 摩擦学设计163

5.1 概述163

5.1.1 摩擦学设计的概念163

5.1.2 摩擦学设计的特点与主要内容164

5.2 摩擦学基本原理165

5.2.1 摩擦状态与转化165

5.2.2 摩擦磨损机理167

5.2.3 流体润滑理论基础171

5.2.4 润滑剂选择182

5.3 摩擦学设计工程实例185

5.3.1 摩擦设计实例186

5.3.2 摩损设计实例188

5.3.3 流体动压润滑设计实例190

本章习题192

第6章 MATLAB在优化设计中的应用193

6.1 MATLAB优化工具箱简介193

6.2 优化设计数学基础的MATLAB实现196

6.2.1 梯度196

6.2.2 多元函数的泰勒展开式与Hessian矩阵196

6.3 无约束非线性优化198

6.3.1 fminsearch函数198

6.3.2 fminunc函数199

6.4 线性规划问题202

6.5 固定区间内单变量优化问题204

6.6 有约束非线性优化问题205

6.7 多目标优化问题208

本章习题212

第7章 现代设计方法工程应用实例213

7.1 概述213

7.2 优化设计工程应用213

7.2.1 机床主轴优化设计213

7.2.2 齿轮减速器优化设计216

7.2.3 机构优化设计223

7.3 相似设计工程应用226

7.3.1 汽车领域应用226

7.3.2 船舶领域应用228

7.4 可靠性设计工程应用230

7.4.1 弯扭联合作用零件的可靠性设计230

7.4.2 受疲劳载荷的零件可靠性设计231

7.5 摩擦学设计工程应用233

7.5.1 齿轮传动摩擦学设计模型233

7.5.2 机床主轴减速箱摩擦学设计实例236

参考文献238