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第1章 绪论1

本章学习目标和要点1

1.1 概述1

1.2 现代设计方法的特点2

1.3 现代设计方法应用软件简介3

1.4 本书内容4

第2章 有限元法基础5

本章学习目标和要点5

2.1 有限元法简介5

2.1.1 有限元法的产生及基本思想5

2.1.2 有限元法的分析过程6

2.1.3 有限元法在工程中的应用7

2.2 弹性力学基础知识8

2.2.1 弹性力学平面问题8

2.2.2 弹性力学基本方程9

2.3 弹性平面问题的有限元法13

2.3.1 结构离散及单元划分13

2.3.2 三角形单元分析14

2.3.3 整体分析21

2.3.4 有限元分析应注意的几个问题26

2.3.5 平面问题应用实例26

2.4 二维梁单元36

2.4.1 平面梁单元的刚度矩阵36

2.4.2 整体坐标的单元刚度矩阵40

2.4.3 非节点载荷的移置41

2.4.4 框架问题应用实例42

2.5 空间问题47

2.5.1 4节点四面体单元的刚度矩阵48

2.5.2 空间问题应用实例50

2.6 薄板、壳问题53

2.6.1 薄板弯曲的基本概念和基本方程53

2.6.2 薄板问题的有限元法54

2.6.3 薄壳问题的有限元法57

2.6.4 薄板、壳问题应用举例58

2.7 动力问题63

2.7.1 结构的动力方程63

2.7.2 质量矩阵和阻尼矩阵63

2.7.3 结构的自振频率和振型65

2.7.4 结构的动力问题分析实例65

2.8 ANSYS Workbench应用软件应用实例70

2.8.1 ANSYS Workbench应用软件简介70

2.8.2 平面支架受力分析——平面问题77

2.8.3 轴承座受力分析——空间问题84

2.8.4 组合零件接触面分析——接触问题93

2.8.5 起重机梁的谐响应分析——动力问题99

思考题108

习题108

第3章 优化设计113

本章学习目标和要点113

3.1 概述113

3.2 优化设计的数学模型118

3.2.1 设计变量与设计空间118

3.2.2 约束119

3.2.3 目标函数120

3.2.4 数学模型121

3.3 优化设计基本方法124

3.4 一维搜索方法126

3.4.1 确定初始区间的方法126

3.4.2 0.618法（黄金分割法）128

3.5 无约束优化设计方法130

3.5.1 Powell法131

3.5.2 变尺度法132

3.6 约束优化设计方法134

3.6.1 复合形法135

3.6.2 惩罚函数法139

3.7 机械优化设计的几个问题147

3.7.1 尺度变换147

3.7.2 多目标问题150

3.7.3 离散优化设计问题151

3.7.4 机械优化设计的一般步骤153

3.8 应用举例153

3.8.1 连杆机构的优化设计153

3.8.2 机械结构优化设计155

3.9 ANSYS优化设计介绍159

思考题164

习题165

第4章 可靠性工程167

本章学习目标和要点167

4.1 概述167

4.2 可靠性工程的基础理论168

4.2.1 可靠度和故障率168

4.2.2 产品失效模型170

4.2.3 产品的平均寿命173

4.3 零件机械强度的可靠性设计174

4.3.1 应力和强度的干涉模型174

4.3.2 用分析法进行可靠性预计175

4.3.3 可靠性工程中搜集数据的方法176

4.3.4 受拉零件的静强度可靠性设计177

4.3.5 梁的静强度可靠性设计179

4.4 机械和电子系统的可靠性工程181

4.4.1 系统的可靠性模型181

4.4.2 系统的可靠性预计183

4.4.3 系统的可靠性分配185

4.5 机械和电子系统故障分析法187

4.5.1 故障树的基本概念187

4.5.2 故障树定性分析189

4.5.3 故障树的定量分析189

4.6 疲劳强度可靠性分析191

4.6.1 疲劳曲线（S-N曲线与P-S-N曲线）191

4.6.2 P-S-N曲线的制作原理和方法194

4.6.3 给定寿命条件下的疲劳强度及其可靠度201

4.6.4 有限寿命脉动条件下零件的疲劳寿命及其可靠度206

4.7 ANSYS可靠性分析介绍212

思考题217

习题217

第5章 其他现代设计方法简介219

本章学习目标和要点219

5.1 计算机辅助设计219

5.2 模块化设计220

5.3 并行设计220

5.4 模糊设计221

5.5 创新设计221

5.6 面向制造的设计221

5.7 绿色设计222

5.8 虚拟设计技术222

附录224

参考文献228