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1绪论1

1.1设计与现代设计1

1.1.1设计的内涵与特点1

1.1.2传统设计与现代设计2

1.1.3产品设计的类型和原则4

1.1.4现代设计对设计人员的要求6

1.2现代设计理论和方法的主要内容及特点6

1.2.1现代设计理论和方法的主要内容6

1.2.2现代设计方法的基本特点8

1.3学习现代设计方法的意义与任务9

习题和思考题9

2设计方法学10

2.1设计过程10

2.1.1计划阶段11

2.1.2设计阶段11

2.1.3样机试制阶段11

2.1.4批量生产阶段11

2.1.5销售阶段12

2.2创造性设计法12

2.2.1创造性思维14

2.2.2创新能力19

2.2.3创造性技法23

2.2.4应用实例28

2.3系统化设计法31

2.3.1技术系统32

2.3.2功能分析法35

习题和思考题41

3相似理论及相似设计方法42

3.1相似理论42

3.1.1相似概念42

3.1.2相似定理44

3.2相似准则的导出46

3.2.1方程分析法46

3.2.2量纲分析法50

3.3模型试验55

3.3.1模型设计55

3.3.2模型试验和推广56

3.3.3弹性结构的相似模型试验57

3.4相似性设计60

3.4.1系列设计的概念60

3.4.2系列产品的构成61

3.4.3几何相似系列产品设计63

3.4.4半相似系列产品设计65

习题和思考题67

4有限单元法68

4.1概述68

4.1.1有限单元法的概念68

4.1.2有限单元法的特点及分类69

4.1.3有限元法在现代设计过程中的作用71

4.1.4有限单元法的发展历史与前沿技术71

4.2有限单元法的分析步骤78

4.2.1概述78

4.2.2有限单元法模型结构的离散化79

4.2.3有限单元法单元特性的导出85

4.2.4整体分析91

4.2.5载荷移置和约束处理95

4.2.6有限单元法的分析步骤99

4.3有限单元法的工程应用100

4.3.1常用有限元软件简介100

4.3.2有限单元法工程问题的分类104

4.3.3有限单元法的工程应用实例105

习题和思考题109

5最优化设计110

5.1概述110

5.1.1最优化设计的基本概念110

5.1.2最优化设计的基本要素和数学模型111

5.1.3最优化问题的分类119

5.1.4最优化设计的迭代算法120

5.1.5优化设计发展的新方法122

5.2最优化方法的数学基础124

5.2.1二次型与正定矩阵124

5.2.2函数的方向导数和梯度126

5.2.3多元函数的泰勒近似展开式和Hessian矩阵128

5.2.4无约束最优化问题的极值条件130

5.2.5约束最优化问题的极值条件132

5.3一维搜索的最优化方法135

5.3.1搜索区间的确定136

5.3.2黄金分割法137

5.3.3二次插值法140

5.4无约束最优化方法142

5.4.1坐标轮换法143

5.4.2共轭方向法与Powell法144

5.4.3 Newton法150

5.4.4变尺度法153

5.5约束最优化方法157

5.5.1广义简约梯度算法158

5.5.2惩罚函数法162

5.6 MATLAB优化工具箱及其应用169

5.6.1 MATLAB优化工具箱简介169

5.6.2优化工具箱常用函数的应用170

5.6.3机械优化设计应用实例177

习题和思考题183

6可靠性设计185

6.1概述185

6.1.1可靠性科学的发展185

6.1.2可靠性的概念186

6.1.3可靠性设计的内容和特点187

6.1.4可靠性设计常用尺度指标189

6.2机械强度可靠性设计原理191

6.2.1机械可靠性设计原理——应力一强度分布干涉理论191

6.2.2零件工作应力分布的确定194

6.2.3强度分布的确定195

6.2.4典型强度一应力分布模式的可靠度计算197

6.3机械强度可靠性设计应用200

6.3.1强度可靠性计算条件式与许用可靠度200

6.3.2强度可靠性设计方法及步骤201

6.4疲劳强度可靠性分析205

6.4.1 S- N曲线及P-S-N疲劳曲线205

6.4.2 P-S-N曲线的绘制原理和方法209

6.4.3机械零件的疲劳极限分布211

6.4.4机械零件的疲劳强度及其可靠度212

习题和思考题213

7计算机辅助设计215

7.1概述215

7.1.1基本概念215

7.1.2 CAD系统的硬件215

7.1.3 CAD系统的软件217

7.2 CAD支撑软件217

7.2.1 CAD支撑软件分类217

7.2.2几何造型软件的功能217

7.2.3工程分析及计算软件的功能228

7.3 CAD技术的发展趋势231

7.3.1集成化231

7.3.2网络化231

7.3.3智能化231

7.3.4并行工程232

7.4产品数据交换技术233

7.4.1产品数据交换标准简介233

7.4.2以Inventor为例简介CAD系统间的数据输入输出格式233

习题和思考题234

8动态分析设计法235

8.1频响函数（传递函数）235

8.1.1频率响应函数的概念235

8.1.2具有黏性阻尼单自由度系统的频响函数235

8.1.3具有结构阻尼单自由度系统的频响函数238

8.1.4频响函数的特性曲线238

8.1.5多自由度系统的频响函数242

8.2模态分析基础245

8.2.1模态分析的概念和基本方法245

8.2.2多自由度系统的实模态分析245

8.2.3多自由度系统的复模态分析248

8.3模态参数识别252

8.3.1概述252

8.3.2模态参数的频域识别方法252

8.3.3模态参数的时域识别方法256

8.4模态分析的应用259

8.4.1故障诊断与状态监测259

8.4.2振动载荷的识别260

8.4.3结构的动力修改260

习题和思考题262

参考文献263