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第1章CAD、 CAE技术概论 1

1.1 CAD、 CAE概念的产生和发展 1

1.1.1 CAD概念的产生和发展 1

1.1.2 CAE概念的产生和发展 3

1.1.3 CAD、 CAE集成与虚拟样机设计 5

1.2 CAD、 CAE硬件系统 6

1.3 CAD、 CAE软件系统 6

1.4本书主要研究内容 7

习题 8

第2章CAD建模的理论基础 9

2.1计算机几何造型基础 9

2.1.1三维几何造型的基本元素 9

2.1.2三维形体的几何模型 10

2.1.3三维几何模型的表示方法 12

2.2特征建模技术 15

2.2.1特征技术概述 16

2.2.2特征建模的特点和作用 16

2.2.3特征的定义和分类 17

2.3自由曲线 21

2.3.1参数样条曲线 21

2.3.2 Bezier曲线 24

2.3.3 B样条曲线 29

2.4自由曲面建模理论基础 31

2.4.1 Hermite曲面（Coons曲面） 32

2.4.2 Bezier曲面 33

2.4.3 B样条曲面 34

2.4.4常见的曲面比较 35

2.5设计模型变换的基本算法 35

2.5.1平面图形变换 35

2.5.2平面图形变换的计算机实现 40

2.5.3三维模型的几何变换 42

2.5.4三维模型变换的计算机实现 45

2.6三维投影变换 47

2.6.1正投影变换 48

2.6.2正轴测投影变换 50

习题 52

第3章 基于特征技术的CAD软件系统 54

3.1常用CAD软件系统简介 54

3.1.1 Inventor软件系统简介 54

3.1.2 CATIA软件系统简介 55

3.1.3 Pro/E软件系统简介 58

3.1.4 UniGraphics软件系统简介 59

3.2 UG软件系统 60

3.2.1 UG用户交互界面简介 60

3.2.2 UG基本术语 61

3.2.3 UG常用工具 61

3.2.4对象操作 63

3.2.5视图布局 64

3.3 UG特征建模基础 64

3.3.1基本体素 64

3.3.2布尔操作 64

3.3.3扫描特征 65

3.3.4成形特征 66

3.4草图及特征编辑 67

3.4.1建立草图工作对象 67

3.4.2草图的操作与编辑 67

3.5曲线曲面特征建模和参数化设计 68

3.5.1建立曲线 68

3.5.2曲面建模 69

3.5.3 UG建模参数化设计 69

3.6三维数字化装配 73

3.6.1 UGNX装配基本概念 73

3.6.2 UGNX装配方法 74

3.6.3 UG装配实例 76

3.7 UGNX工程制图 78

3.7.1 UGNX工程制图基础 78

3.7.2工程制图的建立 79

习题 81

第4章 基于特征的CAD系统二次开发技术 86

4.1 CAD系统二次开发的环境与途径 86

4.2 UG/GRIP开发环境 87

4.2.1 GRIP语言简介 87

4.2.2 GRIP语言开发环境 87

4.2.3 GRIP语言程序组成 88

4.2.4 GRIP语言编程步骤 88

4.2.5 GRIP语言编程规则约定 88

4.2.6 GRIP语言命令的格式 90

4.2.7 GRIP语言学习方法 91

4.3 GRIP语言基础 91

4.3.1 UG/GRIP变量及赋值语句 91

4.3.2程序流程控制语句 94

4.3.3 GRIP高级编程 97

4.4用GRIP语言生成UG几何实体 102

4.4.1点的生成 102

4.4.2直线的生成 103

4.4.3圆弧和圆角的生成 104

4.4.4曲线的生成 104

4.4.5曲面的生成 105

4.4.6实心体的生成 105

4.5 UG几何实体变换 106

4.5.1几何实体变换命令 106

4.5.2几何实体变换实例 106

4.6 UG/GRIP尺寸标注 109

4.6.1 GRIP尺寸标注命令格式 109

4.6.2尺寸标注应用 110

4.7 GRIP综合编程 111

习题 115

第5章 有限元分析方法及应用 117

5.1有限元分析理论与方法 117

5.1.1有限元法分类 117

5.1.2有限元法的基础理论 118

5.2基于HyperWorks的有限元分析 122

5.2.1有限元网格划分 122

5.2.2边界条件加载 130

5.2.3计算求解 132

5.2.4数据后处理技术 132

5.3应用算例 133

5.3.1二维单元网格划分算例 133

5.3.2三维单元网格划分算例 135

习题 136

第6章 拓扑优化设计方法及应用 138

6.1拓扑优化简介 138

6.1.1结构的拓扑关系 138

6.1.2拓扑优化 139

6.2拓扑优化的数学基础 140

6.3基于HyperWorks的现代优化设计方法 143

6.3.1尺寸优化 143

6.3.2形状优化 144

6.3.3拓扑优化 146

6.4应用算例 150

6.4.1算例一：焊接支架的尺寸优化 150

6.4.2算例二：悬臂梁的二维形状优化 153

6.4.3算例三：利用脱模方向约束的摆臂拓扑优化 156

习题 158

第7章 疲劳寿命仿真分析 160

7.1疲劳寿命设计理论 160

7.1.1材料的基本疲劳性能 160

7.1.2影响疲劳的因素 160

7.1.3疲劳分析设计方法 161

7.1.4疲劳寿命估算方法 162

7.2基于损伤模型的疲劳寿命计算 164

7.2.1疲劳损伤机理 164

7.2.2疲劳累积损伤模型——曼森和哈尔福德损伤曲线法 165

7.2.3线性损伤模型 166

7.2.4双线性损伤模型 169

7.3基于MSC.Fatigue的应力疲劳寿命仿真分析 170

7.3.1 MSC.Fatigue的主要功能 170

7.3.2疲劳分析的基本步骤 171

7.3.3应力疲劳分析 172

7.4应用算例 176

习题 179

第8章 粒子群算法与MALAB优化 180

8.1粒子群算法 180

8.1.1粒子群算法概述 180

8.1.2粒子群算法基本原理 181

8.1.3粒子群算法求解算法 182

8.2 MATLAB优化方法 183

8.2.1 MATLAB软件简介 183

8.2.2 MATLAB常用工具 184

8.3基于可靠性的稳健优化 189

8.3.1稳健设计原理 189

8.3.2基于PSO的多目标求解数学模型 189

8.4应用算例 191

8.4.1数学模型 192

8.4.2动态加速常数粒子群算法求解（C-PSO） 193

8.4.3速度自适应粒子群算法求解（V - PSO） 194

习题 195

附录UG/Open GRIP建模与工程图常用命令语句格式 197

参考文献 231