机械零件的可靠性优化设计PDF电子书下载

第一篇 机械零件的可靠性设计方法 3

第一章 可靠性数学基础 3

1-1 可靠性概念 3

1-2 基本知识 3

一、随机现象 3

二、样本空间 4

三、随机事件发生的频率 5

四、事件的概率 5

五、母体与子样 5

1-3 概率密度曲线 6

一、频数与频率分布 6

二、频率分布图 9

1-4 频率分布统计特征量 10

一、集中趋势的度量 10

二、分散性的度量 11

1-5 可靠度设计中常用的函数 12

一、可靠度函数 12

二、随机变量函数的数字特征及其代数运算 16

三、机械可靠性设计方法中常用的分布密度函数 23

1-6 系统的可靠度与可靠度分配 31

一、系统可靠度 31

二、系统的可靠度分配 39

第二章 机械强度的可靠性设计 45

2-1 设计变量的统计处理 45

一、几何尺寸的统计数字特征 45

二、材料机械性能的统计数字特征 46

三、载荷与应力的统计数字特征 49

2-2 可靠度的计算方法 52

一、可靠性设计方法中的应力-强度干涉理论 52

二、几种常用分布的可靠度计算 55

2-3 零部件强度的可靠性设计 62

一、静强度的可靠性设计 62

二、疲劳强度的可靠性设计 67

第三章 可靠度的置信度与置信区间 99

3-1 置信度、置信区间的概念 99

一、分布参数的估计 99

二、置信度、置信区间的数理意义 100

3-2 可靠度的置信度和置信区间 101

3-3 可靠度的单侧置信区间下限RL1 102

3-4 考虑置信度的可靠度计算 105

第二篇 机械优化设计 113

第四章 优化设计概述 113

4-1 设计变量 113

4-2 目标函数 115

4-3 约束条件 115

4-4 数学模型表达式 117

4-5 最优化设计问题的几何意义 118

一、等值线与优化点 118

二、无约束极值条件 120

三、约束问题的最优解 123

四、择优过程的形象表达 125

4-6 最优化方法和收敛条件 126

一、常用的优化方法 126

二、收敛条件 128

第五章 最优化解析法 130

5-1 目标函数的数学分析基础 130

一、函数的方向导数 130

二、函数的梯度 132

5-2 求导法概述 134

5-3 搜索区间的确定 136

一、外推法 137

二、进退法 137

5-4 切线法 138

5-5 梯度法(一阶梯度法) 139

5-6 牛顿法(二阶梯度法)及其改进 142

5-7 共轭梯度法 146

一、共轭性与共轭方向 146

二、共轭梯度法 150

5-8 变尺度法 154

第六章 最优化直接法 157

6-1 一维搜索直接法 157

一、黄金分割法(0.618法) 157

二、二次插值法 160

6-2 坐标轮换法 162

一、基本原理 162

二、坐标轮换法的迭代步骤及迭代框图 166

6-3 共轭方向法及改进鲍威尔法 167

一、共轭方向法 167

二、鲍威尔法 171

6-4 约束随机方向法 176

一、基本原理 176

二、约束随机方向法的计算步骤及计算程序框图 179

6-5 单纯形法 181

一、基本原理 181

二、构成初始单纯形的方法 183

三、单纯形法迭代步骤及程序框图 184

6-6 复合形法 186

一、基本原理 186

二、初始复合形的产生方法 189

三、复合形法的迭代步骤 191

四、复合形迭代计算程序框图 193

第七章 约束条件转化方法 195

7-1 等式约束极小化问题的间接解法 195

7-2 一般有约束最优化问题的转化 196

一、内点罚函数法 198

二、外点罚函数法 204

三、混合罚函数法 209

7-3 不等式约束转化为等式约束的方法 212

第八章 机械优化设计数学模型的工程处理方法 214

8-1 多目标规划问题的一些处理方法 214

一、统一目标法 215

二、主要目标法 221

8-2 含离散型设计变量的优化数学模型处理方法 224

一、按连续变量处理 224

二、按离散变量处理 225

第三篇 机械零部件的可靠性优化设计 233

第九章 机械可靠性优化设计的理论基础 233

9-1 机械可靠性优化设计的基本概念 233

9-2 机械可靠性优化设计的意义 233

9-3 机械可靠性优化设计的内容 234

9-4 建立概率优化设计模型的方法 239

一、设计变量互相独立且服从简单正态分布情况 243

二、设计变量互相独立且服从任意分布的情况 246

第十章 机械可靠性优化设计应用举例 262

10-1 机械可靠性优化设计应考虑的问题 262

一、选择合适的优化方法程序 262

二、确定机械零部件可靠性的一般原则 262

三、计算结果的分析和处理 263

10-2 机械零、部件可靠性优化设计的应用实例 267

一、空心压杆的概率优化设计 268

二、受轴向变载荷的螺栓联接的可靠性优化设计 272

三、齿轮联轴器螺栓联接的可靠性优化设计 277

四、三角胶带传动按承载能力最大的可靠性优化设计 283

五、套筒滚子链传动的可靠性优化设计 294

六、二级斜齿轮减速器的概率优化设计 300

七、普通圆柱蜗杆减速器的概率优化设计 313

八、液体动压单油楔向心滑动轴承的概率优化设计 325

九、牙嵌离合器的概率优化设计 331

十、普通圆柱形螺旋压缩弹簧的概率优化设计 335

附录Ⅰ 机械零件可靠性设计数据表 350

附表1 标准正态分布表 350

附表1-A 标准正态分布的纵坐标表 355

附表2 t分布临界值表 357

附表3 常用零件剖面要素的统计量 360

附表4 材料的机械性能及其标准离差 362

附表4-1 材料的静强度及其标准离差 362

附表4-2 材料的硬度及其标准离差 366

附表4-3 调质结构钢的疲劳极限及其标准离差 368

附表5 几种常用材料的疲劳极限及其变异系数的试验结果(N=107) 377

附表6 Г函数表 377

附录Ⅱ 常用优化方法的BASIC语言程序 378

一、无约束网格法子程序 378

二、鲍威尔法子程序 380

三、五点差分求梯度的子程序 384

四、DFP变尺度法子程序 385

五、约束坐标轮换法子程序 389

六、约束随机方向法子程序 392

七、复合形法子程序 393

八、外点惩罚函数法子程序 398

九、混合惩罚函数法子程序 399

参考文献 402