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绪论 1

第1章 机电系统性能分析概述 3

1.1机电系统优化设计概述 3

1.1.1优化设计问题的引例 3

1.1.2优化设计的数学模型 7

1.1.3优化设计问题的分类 8

1.1.4优化设计的一般步骤 9

1.1.5常用的优化方法及其特点 10

1.2机电系统有限元法分析概述 10

1.2.1有限元法引例 12

1.2.2有限元法的计算步骤 19

第2章 机电系统优化设计的理论基础 21

2.1函数的某些基本概念及性质 21

2.1.1函数的等值面（线） 21

2.1.2函数的方向导数与梯度 22

2.1.3函数的泰勒展开式 24

2.1.4函数的凸性 27

2.2无约束优化问题的极值条件 28

2.3有约束优化问题的极值条件 29

2.4优化问题的数值计算迭代法 32

2.4.1数值计算迭代法的基本思想及其格式 33

2.4.2迭代计算的终止准则 33

第3章 机电系统优化设计中常用的优化方法 35

3.1一维搜索的优化方法 35

3.1.1概述 35

3.1.2搜索区间的确定 35

3.1.3黄金分割法 36

3.1.4二次插值法 39

3.2无约束优化方法 43

3.2.1坐标轮换法 43

3.2.2鲍威尔法 45

3.2.3梯度法 49

3.2.4牛顿法 52

3.2.5变尺度法 53

3.3线性规划问题优化方法 57

3.3.1线性规划的标准形式与基本性质 57

3.3.2单纯形法 61

3.4约束优化方法 69

3.4.1随机方向搜索法 69

3.4.2复合形法 71

3.4.3惩罚函数法 74

3.5多目标及离散变量优化方法 79

3.5.1多目标优化概述 79

3.5.2统一目标函数法 79

3.5.3离散变量优化问题 84

第4章 机电系统优化设计实例及MATLAB优化工具箱介绍 90

4.1汽车转向梯形的优化设计 90

4.2螺栓组联接的优化设计 94

4.3圆柱齿轮减速器的优化设计 96

4.4注塑机合模系统的优化设计 97

4.5起重机工作机构的优化设计 101

4.6 MATLAB优化工具箱 104

4.6.1 MATLAB介绍 104

4.6.2 MATLAB的优化工具箱 105

4.6.3线性规划问题 107

4.6.4非线性规划问题 109

4.6.5其他问题介绍 112

第5章 液压系统的建模与仿真 116

5.1液压系统计算机仿真的重要性 116

5.2计算机仿真的基本概念 116

5.3系统数学模型的建立 116

5.4系统模型的求解 117

5.5四阶龙格-库塔法 118

5.6液压系统仿真实例 118

5.7运用MATLAB编写程序求解 120

5.8运用Simulink搭建仿真模型求解 122

5.8.1Simulink的功能 122

5.8.2Simulink的特点 123

5.8.3基于Simulink建模方法 123

第6章 弹性力学基础理论 131

6.1引言 131

6.2弹簧系统的刚度矩阵 131

6.2.1单个弹簧系统的分解与合成 132

6.2.2组合弹簧的刚度矩阵 133

6.2.3方程求解（约束条件的引入） 135

6.2.4实例分析 136

6.3杆系结构的有限元法简介 137

6.3.1离散化 137

6.3.2单元分析 138

6.3.3整体分析 138

6.3.4支撑条件的引入 138

6.4弹性力学的基本知识 139

6.4.1材料力学与弹性力学的关系 139

6.4.2弹性力学的假设 140

6.4.3应力的基本概念 141

6.4.4虚功原理 142

6.4.5弹性力学的三个基本方程 143

6.4.6弹性力学的平面问题 146

第7章 有限元法理论基础 148

7.1结构静力学问题的有限元法 148

7.1.1平面问题的有限元模型 148

7.1.2轴对称问题的有限元法 150

7.1.3空间问题有限元法 151

7.1.4等参数有限元法简介 151

7.1.5单元与整体分析简介 152

7.2结构动力学问题的有限元法 152

7.2.1运动方程 153

7.2.2质量方程 154

7.2.3阻尼矩阵简介 154

7.2.4结构自振频率与振型 154

7.2.5振型叠加法求解结构的受迫振动 154

7.3结构非线性有限元法简介 155

7.3.1塑性力学问题 155

7.3.2大位移问题 158

第8章 ANSYS分析基础 159

8.1初步接触ANSYS 159

8.1.1平面刚架静力分析 159

8.1.2工字悬臂梁应力分析 169

8.2 ANSYS分析的基本步骤 174

8.3文件管理 175

8.3.1文件说明 176

8.3.2 ANSYS数据库中存储的数据 177

8.4有限元模型的创建 178

8.4.1实体建模的概念 178

8.4.2坐标系 179

8.4.3工作平面 185

8.4.4 2D体素 191

8.4.5图元的绘制、编号及删除 191

8.4.6布尔操作 192

8.4.7单元属性 195

8.4.8网格划分 196

8.4.9模型修正 197

8.5加载、求解、结果后处理 197

8.5.1载荷分类 197

8.5.2加载 198

8.5.3求解 201

8.5.4结果后处理 202

8.6结构静力分析过程与步骤 205

8.6.1建立模型 205

8.6.2施加载荷并求解 205

8.6.3检查结果 207

8.7标准光盘处于高速运行时的应力实例分析 209

8.7.1建立模型 209

8.7.2盘面的网格划分 211

8.7.3定义边界条件 212

8.7.4求解 212

8.7.5查看结果 213

8.8薄壁圆筒受力分析 214

8.9轴类零件受拉分析 216

8.10三角托架静力分析实例 219

8.11齿轮泵应力分析 227

8.12动力学分析的过程与步骤 232

8.12.1模态分析 232

8.12.2谐响应分析 235

8.12.3瞬态动力学分析 239

8.13带孔法兰模态分析 241

8.14机翼模态分析 250

8.15钢架支撑集中质量的瞬态动力学分析 256

8.16非线性简要分析 261

8.17非线性分析的过程与步骤 265

8.17.1建模 265

8.17.2加载求解 266

8.17.3查看结果 268

8.18金属圆盘弹塑性分析实例 270

第9章 注塑机合模系统有限元分析 280

9.1概述 280

9.1.1 ANSYS优化设计的概念 280

9.1.2 ANSYS优化设计的步骤 281

9.2问题描述 282

9.3分析步骤 282

9.3.1改变工作名 282

9.3.2定义参量初始值 283

9.3.3创建单元类型 283

9.3.4定义实常数 283

9.3.5定义材料特性 284

9.3.6创建关键点 284

9.3.7显示关键点号 285

9.3.8创建直线 285

9.3.9划分单元 285

9.3.10显示点、线、单元 286

9.3.11施加位移载荷 286

9.3.12施加力载荷 286

9.3.13求解 286

9.3.14定义单元表 286

9.3.15计算单元总体积 287

9.3.16提取单元总体积 287

9.3.17提取挠度最大值 288

9.3.18获得挠度最大值 289

9.3.19生成优化分析文件 289

9.3.20进入优化处理器并指定分析文件 289

9.3.21定义优化设计变量 289

9.3.22定义状态变量 290

9.3.23指定总体积为目标函数 290

9.3.24存储优化数据库 291

9.3.25指定优化方法 291

9.3.26运行优化程序 292

9.3.27列表显示得到的所有设计方案 292

参考文献 293