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1 绪论1

1.1 概述1

1.1.1 现代设计方法的概念1

1.1.2 设计方法的发展过程1

1.1.3 现代设计与传统设计2

1.2 现代设计方法的主要内容和特点2

1.2.1 现代设计方法的主要内容2

1.2.2　现代设计方法的特点5

1.3 学习现代设计方法的意义6

2　设计方法学7

2.1　概述7

2.1.1 设计系统8

2.1.2　技术系统12

2.1.3 产品设计的类型与设计原则13

2.2　创造性设计方法14

2.2.1 创造力和创造过程14

2.2.2　创造性思维17

2.2.3 创造技法19

2.3 系统化设计方法21

2.3.1 功能分析法21

2.3.2 系统化设计实例——汽车举升机设计25

2.3.3 系统化设计中的评价与决策27

习题33

3 计算机辅助设计（CAD）34

3.1 CAD的概述34

3.1.1 CAD的概念34

3.1.2 应用CAD技术的优越性35

3.1.3 CAD技术的应用领域35

3.1.4 CAD的发展历程及其发展趋势36

3.2 CAD系统的构成38

3.2.1 CAD系统的硬件平台38

3.2.2　CAD系统的软件平台41

3.2.3　CAD系统的类型及系统选择43

3.3 工程数据的处理方法44

3.3.1 数据组成45

3.3.2 数表的程序化处理45

3.3.3 实测数据的曲线拟合47

3.3.4 数据结构48

3.3.5 图形标准51

3.3.6 产品数据管理技术53

3.4 数据库及其应用55

3.4.1 数据模型56

3.4.2 数据库的特点56

3.4.3 数据库管理系统57

3.4.4 工程数据库系统58

3.4.5 数据库系统的应用59

3.5 图形处理技术61

3.5.1 计算机图形技术的基本概念61

3.5.2 图形处理的数学基础62

3.5.3 坐标系64

3.5.4 窗口与视区变换65

3.5.5 图形裁剪66

3.5.6 二维与三维图形变换66

3.6 常用的CAD软件70

3.6.1 I-deas系统70

3.6.2 Unigraphics系统70

3.6.3 Pro/Engineer系统70

3.6.4 CATIA系统71

3.6.5 AutoCAD系统71

习题71

4　有限元法73

4.1　概述73

4.2 弹性力学基础75

4.2.1 弹性力学假设75

4.2.2 基本概念75

4.2.3 弹性力学中的典型问题77

4.2.4 弹性力学平面问题基本方程78

4.2.5 圣维南原理82

4.2.6 虚位移原理83

4.3 平面问题的有限元法85

4.3.1 三角形常应变单元85

4.3.2 面积坐标与形函数性质90

4.3.3 单元刚度矩阵及性质92

4.3.4 整体分析97

4.3.5 单元等效节点力与整体载荷阵列101

4.3.6 收敛准则104

4.3.7 有限元分析步骤105

4.4 轴对称问题有限元法110

4.4.1 轴对称问题基本方程110

4.4.2　单元分析113

4.4.3 等效节点载荷计算115

4.5 等参数单元117

4.5.1 四节点平面矩形单元118

4.5.2 等参元的概念121

4.5.3　平面等参元126

4.5.4 高斯积分法简介135

4.6　有限元软件简介136

4.6.1 概述136

4.6.2 ANSYS的相关介绍及其分析流程141

习题160

5　机械优化设计164

5.1　优化设计总论164

5.1.1 优化设计数学模型164

5.1.2　优化问题的几何描述168

5.1.3　优化问题的数值迭代法169

5.2　一维优化方法170

5.2.1 确定初始区间的进退法171

5.2.2　黄金分割法172

5.2.3 二次插值法175

5.3 无约束优化方法178

5.3.1 数学基础178

5.3.2 梯度法183

5.3.3 牛顿法（Newton法）186

5.3.4　共轭梯度法189

5.3.5 变尺度法194

5.3.6 鲍威尔（Powell）法198

5.4 约束优化方法203

5.4.1 约束优化问题的极值条件204

5.4.2 随机方向法206

5.4.3 复合形法210

5.4.4 可行方向法214

5.4.5 惩罚函数法219

5.5 最优化方法在机械设计中的应用228

5.5.1 机械优化设计的一般步骤228

5.5.2 阶梯轴的优化设计231

5.5.3 平面铰链四杆机构再现运动规律的最优化设计232

5.5.4 最小体积二级圆柱齿轮减速器的优化设计234

习题236

6　机械可靠性设计239

6.1 概述239

6.1.1 可靠性研究历史发展239

6.1.2 中国机械可靠性研究现状240

6.1.3　机械可靠性研究的必要性241

6.1.4 机械系统可靠性设计的特点和难点242

6.2 可靠性基本概念和理论242

6.2.1 可靠性的基本概念242

6.2.2　可靠性特征量243

6.2.3　典型失效曲线247

6.2.4 可靠性的概率分布247

6.3　机械零件可靠性设计252

6.3.1 概率法机械设计253

6.3.2 应力-强度干涉模型254

6.3.3 零部件静强度可靠性设计256

6.3.4 零部件疲劳强度可靠性设计257

6.4　机械系统可靠性设计263

6.4.1 系统模型263

6.4.2 系统可靠性预测266

6.4.3　系统可靠性分配268

6.4.4　机械系统可靠性预计271

6.5 可靠性设计应用实例272

6.6 其他机械产品可靠性设计方法简介273

6.6.1 TTCP法274

6.6.2 平均累计故障率方法274

6.6.3　稳健性设计274

6.6.4 故障模式、影响及危害性分析（FMECA）275

6.6.5 故障树分析法（FTA）275

习题275

参考文献278