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绪论1

第1章 机电系统性能分析概述3

1.1机电系统优化设计概述3

1.1.1优化设计问题的引例3

1.1.2优化设计的数学模型7

1.1.3优化设计问题的分类8

1.1.4优化设计的一般步骤9

1.1.5常用的优化方法及其特点10

1.2机电系统有限元法分析概述10

1.2.1有限元法引例12

1.2.2有限元法的计算步骤19

第2章 机电系统优化设计的理论基础21

2.1函数的某些基本概念及性质21

2.1.1函数的等值面（线）21

2.1.2函数的方向导数与梯度22

2.1.3函数的泰勒展开式24

2.1.4函数的凸性27

2.2无约束优化问题的极值条件28

2.3有约束优化问题的极值条件29

2.4优化问题的数值计算迭代法32

2.4.1数值计算迭代法的基本思想及其格式33

2.4.2迭代计算的终止准则33

第3章 机电系统优化设计中常用的优化方法35

3.1一维搜索的优化方法35

3.1.1概述35

3.1.2搜索区间的确定35

3.1.3黄金分割法36

3.1.4二次插值法39

3.2无约束优化方法43

3.2.1坐标轮换法43

3.2.2鲍威尔法45

3.2.3梯度法49

3.2.4牛顿法52

3.2.5变尺度法53

3.3线性规划问题优化方法57

3.3.1线性规划的标准形式与基本性质57

3.3.2单纯形法61

3.4约束优化方法69

3.4.1随机方向搜索法69

3.4.2复合形法71

3.4.3惩罚函数法74

3.5多目标及离散变量优化方法79

3.5.1多目标优化概述79

3.5.2统一目标函数法79

3.5.3离散变量优化问题84

第4章 机电系统优化设计实例及MATLAB优化工具箱介绍90

4.1汽车转向梯形的优化设计90

4.2螺栓组联接的优化设计94

4.3圆柱齿轮减速器的优化设计96

4.4注塑机合模系统的优化设计97

4.5起重机工作机构的优化设计101

4.6 MATLAB优化工具箱104

4.6.1 MATLAB介绍104

4.6.2 MATLAB的优化工具箱105

4.6.3线性规划问题107

4.6.4非线性规划问题109

4.6.5其他问题介绍112

第5章 液压系统的建模与仿真116

5.1液压系统计算机仿真的重要性116

5.2计算机仿真的基本概念116

5.3系统数学模型的建立116

5.4系统模型的求解117

5.5四阶龙格-库塔法118

5.6液压系统仿真实例118

5.7运用MATLAB编写程序求解120

5.8运用Simulink搭建仿真模型求解122

5.8.1Simulink的功能122

5.8.2Simulink的特点123

5.8.3基于Simulink建模方法123

第6章 弹性力学基础理论131

6.1引言131

6.2弹簧系统的刚度矩阵131

6.2.1单个弹簧系统的分解与合成132

6.2.2组合弹簧的刚度矩阵133

6.2.3方程求解（约束条件的引入）135

6.2.4实例分析136

6.3杆系结构的有限元法简介137

6.3.1离散化137

6.3.2单元分析138

6.3.3整体分析138

6.3.4支撑条件的引入138

6.4弹性力学的基本知识139

6.4.1材料力学与弹性力学的关系139

6.4.2弹性力学的假设140

6.4.3应力的基本概念141

6.4.4虚功原理142

6.4.5弹性力学的三个基本方程143

6.4.6弹性力学的平面问题146

第7章 有限元法理论基础148

7.1结构静力学问题的有限元法148

7.1.1平面问题的有限元模型148

7.1.2轴对称问题的有限元法150

7.1.3空间问题有限元法151

7.1.4等参数有限元法简介151

7.1.5单元与整体分析简介152

7.2结构动力学问题的有限元法152

7.2.1运动方程153

7.2.2质量方程154

7.2.3阻尼矩阵简介154

7.2.4结构自振频率与振型154

7.2.5振型叠加法求解结构的受迫振动154

7.3结构非线性有限元法简介155

7.3.1塑性力学问题155

7.3.2大位移问题158

第8章 ANSYS分析基础159

8.1初步接触ANSYS159

8.1.1平面刚架静力分析159

8.1.2工字悬臂梁应力分析169

8.2 ANSYS分析的基本步骤174

8.3文件管理175

8.3.1文件说明176

8.3.2 ANSYS数据库中存储的数据177

8.4有限元模型的创建178

8.4.1实体建模的概念178

8.4.2坐标系179

8.4.3工作平面185

8.4.4 2D体素191

8.4.5图元的绘制、编号及删除191

8.4.6布尔操作192

8.4.7单元属性195

8.4.8网格划分196

8.4.9模型修正197

8.5加载、求解、结果后处理197

8.5.1载荷分类197

8.5.2加载198

8.5.3求解201

8.5.4结果后处理202

8.6结构静力分析过程与步骤205

8.6.1建立模型205

8.6.2施加载荷并求解205

8.6.3检查结果207

8.7标准光盘处于高速运行时的应力实例分析209

8.7.1建立模型209

8.7.2盘面的网格划分211

8.7.3定义边界条件212

8.7.4求解212

8.7.5查看结果213

8.8薄壁圆筒受力分析214

8.9轴类零件受拉分析216

8.10三角托架静力分析实例219

8.11齿轮泵应力分析227

8.12动力学分析的过程与步骤232

8.12.1模态分析232

8.12.2谐响应分析235

8.12.3瞬态动力学分析239

8.13带孔法兰模态分析241

8.14机翼模态分析250

8.15钢架支撑集中质量的瞬态动力学分析256

8.16非线性简要分析261

8.17非线性分析的过程与步骤265

8.17.1建模265

8.17.2加载求解266

8.17.3查看结果268

8.18金属圆盘弹塑性分析实例270

第9章 注塑机合模系统有限元分析280

9.1概述280

9.1.1 ANSYS优化设计的概念280

9.1.2 ANSYS优化设计的步骤281

9.2问题描述282

9.3分析步骤282

9.3.1改变工作名282

9.3.2定义参量初始值283

9.3.3创建单元类型283

9.3.4定义实常数283

9.3.5定义材料特性284

9.3.6创建关键点284

9.3.7显示关键点号285

9.3.8创建直线285

9.3.9划分单元285

9.3.10显示点、线、单元286

9.3.11施加位移载荷286

9.3.12施加力载荷286

9.3.13求解286

9.3.14定义单元表286

9.3.15计算单元总体积287

9.3.16提取单元总体积287

9.3.17提取挠度最大值288

9.3.18获得挠度最大值289

9.3.19生成优化分析文件289

9.3.20进入优化处理器并指定分析文件289

9.3.21定义优化设计变量289

9.3.22定义状态变量290

9.3.23指定总体积为目标函数290

9.3.24存储优化数据库291

9.3.25指定优化方法291

9.3.26运行优化程序292

9.3.27列表显示得到的所有设计方案292

参考文献293