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第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2产品设计过程 2

1.2.1设计过程及其特点 2

1.2.2设计工作阶段和工作方法 4

1.2.3概念设计与参数设计 6

1.2.4结构设计，模块化、系列化和组合化设计 6

1.2.5产品造型设计和人机工程设计 7

1.3机械设计理论与方法 7

1.3.1机械设计学科 7

1.3.2现代设计理论与方法的学科领域 8

习题 8

参考文献 8

第2章 产品生命周期设计 9

2.1引言 9

2.2产品生命周期设计的基本概念 10

2.2.1产品的生命周期 10

2.2.2产品生命周期设计 10

2.2.3生命周期设计的组成 11

2.2.4生命周期设计的实施模式 12

2.3面向材料选择的设计 12

2.3.1绿色材料的基本概念 12

2.3.2绿色材料的评价 13

2.3.3材料的选择设计方法 14

2.4面向产品质量的设计 15

2.4.1产品生命周期的质量设计模型 15

2.4.2面向产品质量设计与控制的主要方法 16

2.4.3产品设计质量的模糊评价 17

2.5面向环境的设计 18

2.5.1概述 18

2.5.2面向拆卸的设计 19

2.5.3面向回收的设计 21

2.5.4面向维修的设计 24

2.6产品生命周期设计的评价 26

2.6.1 LCA的概念 26

2.6.2 LCA的分析方法 26

2.7生命周期设计的关键技术 29

2.7.1生命周期设计的数据库和知识库 29

2.7.2生命周期设计用的几种工作软件及其开发 30

习题 32

参考文献 32

第3章 创新设计 33

3.1概述 33

3.2创新设计的概念 33

3.2.1设计理论分层 33

3.2.2常规设计与创新设计 34

3.2.3创新设计过程 35

3.2.4解的分级 35

3.3产品设计中的冲突 36

3.3.1冲突的分类 36

3.3.2 TRIZ中的冲突分类 37

3.3.3产品设计中的冲突实例 38

3.3.4技术冲突的通用化 39

3.3.5物理冲突 42

3.3.6技术冲突与物理冲突 42

3.4冲突解决原理 43

3.4.1发明原理 43

3.4.2冲突矩阵 60

3.4.3技术冲突问题解决的过程 61

3.4.4技术冲突解决的工程应用 61

3.5物理冲突解决原理 64

3.5.1物理冲突的类型 64

3.5.2分离原理 65

3.5.3分离原理与发明原理的关系 67

参考文献 69

第4章 机械动态设计 70

4.1引言 70

4.1.1机械动态设计的含义 70

4.1.2机械动态设计的主要内容及其关键技术 70

4.1.3机械动态设计的发展 71

4.2机械结构振动理论基础 72

4.2.1单自由度振动系统分析 72

4.2.2多自由度振动系统分析 75

4.2.3非线性振动系统简介 78

4.3机械结构动力学建模与参数识别 80

4.3.1动力学建模的一般方法 80

4.3.2有限元动力学建模方法 80

4.3.3实验模态分析建模方法 81

4.3.4动力学参数识别 86

4.4机械结构动力学修改与动力学优化设计 88

4.4.1结构动力学修改的灵敏度分析原理 88

4.4.2结构动力学修改的矩阵摄动迭代法 91

4.4.3结构动力学修改的工程应用 91

4.4.4结构动态优化设计原理与方法 93

4.5机械减振、振动利用与振动控制设计 94

4.5.1被动隔振的基本原理 94

4.5.2被动消振的基本原理 95

4.5.3主动隔振、振动利用简介 98

习题 100

参考文献 101

第5章 有限元设计 102

5.1引言 102

5.1.1概述 102

5.1.2结构分析和有限元法 102

5.1.3有限元的基本思想和特点 103

5.1.4有限元在工程设计中的应用 104

5.1.5 CAE技术与有限元 105

5.2弹性力学的基本理论 106

5.2.1弹性力学的基本概念 106

5.2.2弹性力学的基本方程 108

5.2.3平面应力和平面应变问题 110

5.2.4弹性力学的基本原理 113

5.3单元的类型及其插值函数 115

5.3.1概述 115

5.3.2单元的类型 115

5.3.3单元的插值函数 119

5.4弹性力学中的有限元法 124

5.4.1有限元模型的建立 124

5.4.2单元特性分析 127

5.4.3整体分析 129

5.4.4边界约束条件的处理 132

5.4.5求解、计算结果的整理和有限元后处理 133

5.4.6算例 134

5.5等参元和数值积分 139

5.5.1等参变换和单元矩阵的变换 139

5.5.2四节点四边形等参元 141

5.5.3数值积分 143

5.6轴对称问题和空间问题的有限元分析 145

5.6.1轴对称问题的有限元分析 145

5.6.2空间问题的有限元分析 148

5.6.3体积坐标 151

5.7结构动力学的有限元分析 152

5.71弹性动力学问题的基本方程和动力学有限元法的基本步骤 153

5.7.2结构自振频率和振型 154

5.7.3质量矩阵和阻尼矩阵 155

5.7.4动力响应的求解 157

5.8有限元设计分析中的若干问题 159

5.8.1有限元计算模型的建立 159

5.8.2减小解题规模的常用措施 162

5.8.3网格自动生成和误差估计 165

5.9有限元分析软件 168

5.9.1国外有限元分析软件的概况 168

5.9.2 ANSYS有限元分析软件介绍 169

5.9.3 ANSYS软件分析实例 172

习题 181

参考文献 182

第6章 稳健设计 183

6.1稳健设计的基本概念 183

6.1.1产品的质量问题 183

6.1.2产品的质量特性与评价指标 184

6.1.3产品质量的稳健性与稳健设计 186

6.2损失模型法 189

6.2.1概述 189

6.2.2两个基本工具 190

6.2.3 Taguchi稳健设计 195

6.3响应面模型法 203

6.3.1概述 203

6.3.2响应面模型的试验设计 203

6.3.3响应面模型的建立 205

6.3.4基于响应面模型的稳健设计 207

6.4容差模型法 212

6.4.1概述 212

6.4.2容差分析 212

6.4.3容差模型 213

6.4.4基于容差模型的稳健设计 214

6.5随机模型法 214

6.5.1概述 214

6.5.2稳健设计的随机模型 215

6.5.3随机模型的计算方法 217

习题 219

参考文献 220

第7章 优化设计 221

7.1引言 221

7.1.1最优化在机械产品设计中的作用 221

7.1.2优化设计的分类 222

7.1.3优化设计的一般工作方法 223

7.1.4优化设计的发展与趋势 223

7.2优化设计建模 225

7.2.1概述 225

7.2.2优化设计的基本术语 226

7.2.3优化设计数学模型的格式 229

7.3优化设计模型的基本概念 231

7.3.1函数的梯度 231

7.3.2局部近似函数 232

7.3.3凸集和凸函数 233

7.3.4约束可行域 234

7.3.5约束最优解 235

7.4优化计算方法 238

7.4.1概述 238

7.4.2约束优化计算方法 241

7.4.3无约束优化计算方法 248

7.4.4遗传优化计算方法 254

7.4.5优化计算方法程序 260

7.5优化设计的实施与实例 261

7.5.1优化设计的建模步骤 261

7.5.2优化计算方法的选择 263

7.5.3收敛精度的选择 264

7.5.4优化计算结果的分析 264

习题 268

参考文献 270

第8章 可靠性设计 271

8.1可靠性基本概念 271

8.1.1可靠性定义 271

8.1.2可靠性特征量 272

8.2可靠性设计方法 274

8.2.1可靠性设计 274

8.2.2机械零部件可靠性设计 276

8.2.3系统可靠性设计 281

8.2.4系统冗余技术 284

8.2.5提高机械系统可靠性的措施 286

8.3产品可靠性评估 287

8.3.1可靠性模型 287

8.3.2系统可靠性评估 288

8.3.3可靠性试验 290

8.4产品故障分析技术 292

8.4.1故障模式与分析 292

8.4.2故障树分析方法 295

8.5产品的使用可靠性分析 301

8.5.1使用可靠性与维修 301

8.5.2维修性设计 303

习题 308

参考文献 308

附录 冲突矩阵 310