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第1章 绪论1

1.1 现代设计概述1

1.1.1 设计及其内涵1

1.1.2 设计发展的基本阶段2

1.1.3 现代设计与传统设计3

1.2 现代设计理论与方法的主要内容及特点3

1.2.1 现代设计理论与方法的主要内容3

1.2.2 现代设计理论与方法的特点5

1.3 现代产品设计5

1.3.1 现代产品的特点与设计要求5

1.3.2 现代产品的设计类型及进程6

1.4 学习本课程的意义及任务7

1.4.1 学习本课程的意义7

1.4.2 学习本课程的方法和任务8

习题9

第2章 优化设计10

2.1 概述10

2.1.1 优化设计基本概念10

2.1.2 优化设计的数学模型11

2.1.3 优化问题的分类17

2.1.4 优化设计的迭代算法17

2.2 优化方法的数学基础19

2.2.1 二次型与正定矩阵20

2.2.2 函数的方向导数和梯度21

2.2.3 多元函数的泰勒近似展开式和海森矩阵23

2.2.4 无约束优化问题的极值条件25

2.2.5 约束优化问题的极值条件26

2.3 一维优化方法28

2.3.1 搜索区间的确定29

2.3.2 黄金分割法30

2.3.3 二次插值法33

2.4 多维无约束优化方法34

2.4.1 坐标轮换法36

2.4.2 鲍威尔法37

2.4.3 梯度法42

2.4.4 牛顿法43

2.4.5 变尺度法44

2.5 约束优化方法49

2.5.1 复合形法50

2.5.2 惩罚函数法54

2.6 多目标优化方法60

2.6.1 线性加权组合法61

2.6.2 功效系数法62

2.6.3 主要目标法63

2.7 智能优化算法63

2.7.1 遗传算法64

2.7.2 粒子群优化算法70

2.7.3 免疫算法73

2.8 工程优化设计应用77

2.8.1 工程优化设计的一般步骤77

2.8.2 工程优化设计实例77

习题87

第3章 可靠性设计88

3.1 概述88

3.1.1 可靠性科学的发展88

3.1.2 可靠性的概念及特点88

3.1.3 可靠性设计的基本内容89

3.2 可靠性设计常用指标90

3.3 可靠性设计中常用分布函数95

3.4 机械强度可靠性设计102

3.4.1 应力－强度分布干涉理论103

3.4.2 零件强度可靠度的计算105

3.4.3 零件强度分布规律及分布参数的确定106

3.4.4 零件工作应力分布规律及分布参数的确定107

3.4.5 强度可靠性计算条件式与许用可靠度108

3.4.6 机械零部件强度可靠性设计的应用109

3.5 疲劳强度可靠性分析111

3.5.1 疲劳曲线111

3.5.2 等幅变应力作用下零件的疲劳寿命及可靠度113

3.5.3 不稳定应力作用下零件的疲劳寿命115

3.5.4 承受多级变应力作用的零件在给定寿命时的可靠度116

3.6 系统可靠性设计117

3.6.1 元件可靠性预测117

3.6.2 系统可靠性预测118

3.6.3 系统可靠性分配122

习题124

第4章 计算机辅助设计126

4.1 概述126

4.2 CAD系统128

4.2.1 CAD系统的硬件128

4.2.2 CAD系统的软件130

4.2.3 CAD系统的形式132

4.2.4 CAD系统的功能133

4.3 工程数据的处理方法及CAD程序编制133

4.3.1 数表的分类及存取133

4.3.2 线图的分类及处理136

4.3.3 列表函数表的插值算法140

4.3.4 数据的公式拟合方法145

4.3.5 数据文件及其应用147

4.4 机械工程数据库的创建与应用147

4.4.1 数据库与数据库管理系统147

4.4.2 关系数据库管理系统应用实例简介148

4.4.3 工程数据库149

4.5 计算机图形处理与三维造型150

4.5.1 计算机绘制工程图的常用方法150

4.5.2 坐标系151

4.5.3 二维图形的几何变换152

4.5.4 三维造型157

4.6 专用机械CAD系统的开发及应用159

4.6.1 二维CAD软件的二次开发技术159

4.6.2 三维CAD软件的二次开发技术160

习题163

第5章 有限元法166

5.1 概述166

5.2 单元特性的推导方法168

5.2.1 单元划分方法及原则168

5.2.2 单元特性的推导方法170

5.3 有限元法的工程应用177

5.3.1 有限元法的解题步骤177

5.3.2 计算实例181

5.4 有限元软件简介184

习题186

第6章 工业造型设计188

6.1 概述188

6.1.1 工业造型设计的基本内容与基本要素188

6.1.2 产品造型设计的原则189

6.1.3 产品造型的美学内容189

6.1.4 产品造型设计的程序190

6.2 造型基础与美学法则191

6.2.1 形态要素及其视觉结果191

6.2.2 产品造型的美学法则193

6.3 人机工程学简介198

6.3.1 人体结构尺寸与造型尺度198

6.3.2 视觉特征与显示器设计199

6.3.3 控制器的选择与设计200

6.3.4 控制台板设计201

6.4 产品的色彩设计202

6.4.1 色彩的基本知识202

6.4.2 产品色彩设计205

6.5 计算机辅助工业设计206

6.5.1 计算机辅助工业设计常用的软件206

6.5.2 三维软件制作产品模型实例207

习题208

第7章 设计方法学209

7.1 概述209

7.2 系统分析设计法210

7.2.1 技术过程及技术系统210

7.2.2 功能分析法212

7.2.3 系统分析设计法设计应用举例215

7.3 创造性设计法217

7.3.1 创造力和创造过程217

7.3.2 创新思维及其特点和类型218

7.3.3 常用的创新技法221

习题223

第8章 动态设计224

8.1 概述224

8.2 动态设计的有关概念和基本原理225

8.3 轴类部件的动态分析和设计228

8.3.1 轴类部件的动态分析228

8.3.2 轴类部件的动态设计231

习题233

第9章 反求工程设计234

9.1 概述234

9.1.1 反求工程与反求设计的概念234

9.1.2 反求工程的特点235

9.1.3 反求工程的发展状况236

9.1.4 反求工程设计的应用237

9.2 反求工程设计的基本内容及原理238

9.2.1 反求工程设计的基本内容及类型238

9.2.2 反求工程设计的基本原理240

9.3 相似理论及相似设计方法简介241

9.3.1 相似理论简介241

9.3.2 相似设计方法246

9.4 反求工程的原理与方法248

9.4.1 设计反求248

9.4.2 材料反求249

9.4.3 工艺反求250

习题250

第10章 绿色设计251

10.1 概述251

10.2 绿色技术252

10.2.1 绿色产品253

10.2.2 绿色制造255

10.3 绿色设计的内容和方法256

10.3.1 绿色设计的内容256

10.3.2 绿色设计方法258

10.3.3 绿色设计的材料选择260

10.3.4 绿色设计的关键技术261

10.3.5 绿色设计评价262

10.3.6 绿色设计的效益和应用分析264

习题266

第11章 并行设计267

11.1 概述267

11.1.1 并行设计的概念267

11.1.2 并行设计思想的演化272

11.1.3 并行设计的技术特点及内涵273

11.2 并行设计的关键技术275

11.3 并行设计的工程应用278

习题283

第12章 协同设计284

12.1 概述284

12.1.1 协同设计的概念284

12.1.2 协同设计的技术特点284

12.1.3 协同设计的分类285

12.2 协同设计的关键技术与支撑技术286

12.2.1 协同设计的关键技术286

12.2.2 协同设计的支撑技术286

12.3 协同设计的工程应用288

12.3.1 基于网络化协同设计集成模型的建立288

12.3.2 基于网络化协同设计支持系统的体系结构设计290

12.3.3 网络化协同设计支持系统的实现及应用291

习题291

第13章 智能设计292

13.1 概述292

13.1.1 智能设计技术的发展292

13.1.2 智能设计系统的功能及体系结构293

13.1.3 智能设计的特点294

13.2 智能设计的研究方法295

13.2.1 智能设计的层次295

13.2.2 智能设计的分类原理——方案智能设计296

13.2.3 智能设计的研究方法297

13.3 知识处理301

13.3.1 知识表示301

13.3.2 知识获取304

13.4 智能设计系统的构建307

13.4.1 智能设计系统的建造307

13.4.2 智能设计系统的关键技术308

13.5 智能设计的工程应用309

13.5.1 智能设计系统的功能及体系结构309

13.5.2 智能设计系统的应用——基于VB．NET的圆柱齿轮减速器智能设计系统310

习题313

参考文献314