現代機械設計方法

《現代機械設計方法（第2版）》是為適應科學技術發展和教學體系改革而編寫的，系統地介紹了現代機械設計的理論和方法。全書共分八章，分別闡述了設計方法學、相似理論及相似設計方法、有限單元法、機械最優化設計、機械可靠性設計、計算機輔助設計、動態分析設計等內容。各章內容相對獨立，深入淺出，適應不同讀者的需要。

《現代機械設計方法（第2版）》可作為機械工程專業的本科生專業課教材，也可供有關專業的研究生、教師和工程技術人員參考。

1 緒論

1.1 設計與現代設計

1.1.1 設計的內涵與特點

1.1.2 傳統設計與現代設計

1.1.3 產品設計的類型和原則

1.1.4 現代設計對設計人員的要求

1.2 現代設計理論和方法的主要內容及特點

1.2.1 現代設計理論和方法的主要內容

1.2.2 現代設計方法的基本特點

1.3 學習現代設計方法的意義與任務

習題和思考題

2 設計方法學

2.1 設計過程

2.1.1 計劃階段

2.1.2 設計階段

2.1.3 樣機試製階段

2.1.4 批量生產階段

2.1.5 銷售階段

2.2 創造性設計法

2.2.1 創造性思維

2.2.2 創新能力

2.2.3 創造性技法

2.2.4 應用實例

2.3 系統化設計法

2.3.1 技術系統

2.3.2 功能分析法

習題和思考題

3 相似理論及相似設計方法

3.1 相似理論

3.1.1 相似概念

3.1.2 相似定理

3.2 相似準則的導出

3.2.1 方程分析法

3.2.2 量綱分析法

3.3 模型試驗

3.3.1 模型設計

3.3.2 模型試驗和推廣

3.3.3 彈性結構的相似模型試驗

3.4 相似性設計

3.4.1 系列設計的概念

3.4.2 系列產品的構成

3.4.3 幾何相似系列產品設計

3.4.4 半相似系列產品設計

習題和思考題

4 有限單元法

4.1 概述

4.1.1 有限單元法的概念

4.1.2 有限單元法的特點及分類

4.1.3 有限元法在現代設計過程中的作用

4.1.4 有限單元法的發展歷史與前沿技術

4.2 有限單元法的分析步驟

4.2.1 概述

4.2.2 有限單元法模型結構的離散化

4.2.3 有限單元法單元特性的導出

4.2.4 整體分析

4.2.5 載荷移置和約束處理

4.2.6 有限單元法的分析步驟

4.3 有限單元法的工程應用

4.3.1 常用有限元軟件簡介

4.3.2 有限單元法工程問題的分類

4.3.3 有限單元法的工程應用實例

習題和思考題

5 最優化設計

5.1 概述

5.1.1 最優化設計的基本概念

5.1.2 最優化設計的基本要素和數學模型

5.1.3 最優化問題的分類

5.1.4 最優化設計的迭代算法

5.1.5 優化設計發展的新方法

5.2 最優化方法的數學基礎

5.2.1 二次型與正定矩陣

5.2.2 函數的方向導數和梯度

5.2.3 多元函數的泰勒近似展開式和Hessian矩陣

5.2.4 無約束最優化問題的極值條件

5.2.5 約束最優化問題的極值條件

5.3 一維搜索的最優化方法

5.3.1 搜索區間的確定

5.3.2 黃金分割法

5.3.3 二次插值法

5.4 無約束最優化方法

5.4.1 座標輪換法

5.4.2 共軛方向法與Powell法

5.4.3 Newton法

5.4.4 變尺度法

5.5 約束最優化方法

5.5.1 廣義簡約梯度算法

5.5.2 懲罰函數法

5.6 MATLAB優化工具箱及其應用

5.6.1 MATLAB優化工具箱簡介

5.6.2 優化工具箱常用函數的應用

5.6.3 機械優化設計應用實例

習題和思考題

6 可靠性設計

6.1 概述

6.1.1 可靠性科學的發展

6.1.2 可靠性的概念

6.1.3 可靠性設計的內容和特點

6.1.4 可靠性設計常用尺度指標

6.2 機械強度可靠性設計原理

6.2.1 機械可靠性設計原理——應力—強度分佈干涉理論

6.2.2 零件工作應力分佈的確定

6.2.3 強度分佈的確定

6.2.4 典型強度—應力分佈模式的可靠度計算

6.3 機械強度可靠性設計應用

6.3.1 強度可靠性計算條件式與許用可靠度

6.3.2 強度可靠性設計方法及步驟

6.4 疲勞強度可靠性分析

6.4.1 S-N曲線及P-S-N疲勞曲線

6.4.2 P-S-N曲線的繪製原理和方法

6.4.3 機械零件的疲勞極限分佈

6.4.4 機械零件的疲勞強度及其可靠度

習題和思考題

7 計算機輔助設計

7.1 概述

7.1.1 基本概念

7.1.2 CAD系統的硬件

7.1.3 CAD系統的軟件

7.2 CAD支撐軟件

7.2.1 CAD支撐軟件分類

7.2.2 幾何造型軟件的功能

7.2.3 工程分析及計算軟件的功能

7.3 CAD技術的發展趨勢

7.3.1 集成化

7.3.2 網絡化

7.3.3 智能化

7.3.4 並行工程

7.4 產品數據交換技術

7.4.1 產品數據交換標準簡介

7.4.2 以Inventor為例簡介CAD系統間的數據輸入輸出格式

習題和思考題

8 動態分析設計法

8.1 頻響函數（傳遞函數）

8.1.1 頻率響應函數的概念

8.1.2 具有黏性阻尼單自由度系統的頻響函數

8.1.3 具有結構阻尼單自由度系統的頻響函數

8.1.4 頻響函數的特性曲線

8.1.5 多自由度系統的頻響函數

8.2 模態分析基礎

8.2.1 模態分析的概念和基本方法

8.2.2 多自由度系統的實模態分析

8.2.3 多自由度系統的復模態分析

8.3 模態參數識別

8.3.1 概述

8.3.2 模態參數的頻域識別方法

8.3.3 模態參數的時域識別方法

8.4 模態分析的應用

8.4.1 故障診斷與狀態監測

8.4.2 振動載荷的識別

8.4.3 結構的動力修改

習題和思考題

參考文獻