第1章 绪论 1
1.1 数字样机的概念 1
1.1.1 数字样机的定义 1
1.1.2 数字样机支撑技术 3
1.1.3 数字样机的分类 3
1.2 数字样机的特点 5
1.2.1 数字样机模型要求 5
1.2.2 数字样机的虚拟性 5
1.2.3 数字样机的真实性 6
1.3 数字样机的应用与发展 7
1.3.1 数字样机的应用 7
1.3.2 数字样机技术的发展 8
1.3.3 Aberdeen的研究 10
第2章 数字样机美学设计 14
2.1 机械美学概述 14
2.1.1 机械美学的提出 14
2.1.2 机械美学的内涵 15
2.2 基于CAD的机械美学设计 16
2.2.1 计算机辅助工业设计 16
2.2.2 基于CAD体现造型要素 17
2.2.3 基于CAD体现形态美学 18
2.2.4 数字样机美学设计要求 19
2.3 数字样机渲染技术 21
2.3.1 消隐与视觉样式 21
2.3.2 色彩设计与颜色 22
2.3.3 光照处理与阴影 24
2.3.4 纹理处理与应用 25
2.4 曲线和曲面分析 26
2.4.1 基本概念和术语 26
2.4.2 曲线和曲面模型 29
2.4.3 曲线和曲面评价 36
2.4.4 曲率和曲面分析 38
2.5 逆向外形设计 39
2.5.1 逆向设计的基本步骤 40
2.5.2 三维数据采集方法 41
2.5.3 测量数据处理技术 43
2.5.4 模型重构与分析 45
第3章 数字样机建模技术 48
3.1 产品建模概述 48
3.1.1 产品建模定义 48
3.1.2 数字样机模型信息 48
3.1.3 三维建模核心 50
3.1.4 几何模型类型 51
3.2 实体建模技术 55
3.2.1 构造实体几何法 55
3.2.2 边界表示法 56
3.2.3 扫描表示法 57
3.2.4 AutoCAD建模简介 58
3.3 特征建模技术 61
3.3.1 特征定义和分类 62
3.3.2 特征建模系统 62
3.3.3 参数化设计 64
3.3.4 变量化设计 66
3.4 特征建模的实现 67
3.4.1 Inventor特征建模简介 67
3.4.2 创建草图特征 71
3.4.3 创建放置特征 74
3.4.4 零件建模与物理属性 76
第4章 数字样机装配设计 78
4.1 装配设计概述 78
4.1.1 装配设计的概念 78
4.1.2 装配体与装配树 79
4.1.3 装配设计的进展 80
4.2 装配关联设计 81
4.2.1 装配约束的实现方法 81
4.2.2 基于布局的关联设计 84
4.2.3 基于参数的关联设计 85
4.2.4 在位自适应关联设计 88
4.2.5 基于衍生的关联设计 89
4.3 工程导向设计 90
4.3.1 螺纹连接设计 91
4.3.2 轴零件设计 93
4.3.3 键连接设计 95
4.3.4 凸轮机构设计 96
4.3.5 齿轮、蜗轮设计 98
4.3.6 其他设计计算 100
4.4 装配体控制与检查 101
4.4.1 零部件显示控制与剖切 101
4.4.2 装配关系查找与干涉检查 101
4.4.3 运动模拟与冲突检查 103
4.4.4 产品的装配分解与动画 105
4.4.5 零部件的位置表达 106
4.4.6 空间自由度检查 106
4.5 生成二维工程图 107
4.5.1 基础视图的生成 108
4.5.2 投影视图的生成 108
4.5.3 其他视图的生成 109
4.5.4 图纸注释与说明 111
第5章 数字样机运动仿真 113
5.1 仿真技术概述 113
5.1.1 仿真的定义和类型 113
5.1.2 数字样机仿真的优势 114
5.1.3 机械系统的运动仿真 115
5.1.4 ADAMS软件简介 117
5.2 运动仿真的关键概念 119
5.2.1 机械连接和自由度 119
5.2.2 迁移度和运动链 120
5.2.3 冗余和动力 122
5.3 运动机理中的连接 122
5.3.1 运动连接的类型 122
5.3.2 手动创建运动连接 125
5.3.3 把约束转换为连接 132
5.3.4 连接的规则和特性 134
5.4 物理特性和力学环境 135
5.4.1 定义驱动条件 135
5.4.2 初始条件和边界 135
5.4.3 连接的力和力矩 138
5.4.4 施加外力和重力 139
5.5 仿真输入与输出 140
5.5.1 输入图示器 140
5.5.2 定义输入变量 141
5.5.3 输出图示器 145
5.5.4 输出运动变量 147
第6章 数字样机有限元分析 149
6.1 有限元分析概述 149
6.1.1 有限元法的基本思想 149
6.1.2 有限元分析的步骤 151
6.1.3 协同有限元分析 153
6.1.4 AWE协同仿真简介 153
6.2 结构的静力学分析 155
6.2.1 分析过程 156
6.2.2 等效应力 158
6.2.3 主应力 159
6.2.4 变形与安全系数 160
6.2.5 结构改进 162
6.3 振动模态分析 162
6.3.1 模态分析的数学模型 163
6.3.2 无约束条件下的模态分析 163
6.3.3 有约束条件下的模态分析 164
6.3.4 预应力对模态参数的作用 165
6.4 结构拓扑优化 166
6.4.1 机械优化设计概述 166
6.4.2 CAE优化的设计方法 168
6.4.3 拓扑优化的设计原理 169
6.4.4 形状拓扑优化实例 170
6.5 复杂数字样机的多学科协同仿真 173
6.5.1 数字化多学科优化设计 173
6.5.2 汽车多学科优化的数学模型 174
6.5.3 汽车协同优化与仿真流程 175
6.5.4 汽车碰撞安全仿真实例 176
第7章 数字化人机工程设计 180
7.1 人机工程设计概述 180
7.1.1 人机工程的定义 180
7.1.2 人机系统设计 181
7.2 人体因素的基础 181
7.2.1 人体测量 181
7.2.2 人体尺寸 183
7.2.3 人体力学 185
7.2.4 人体感觉 189
7.3 人体模型 195
7.3.1 二维人体物理模板 196
7.3.2 三维数字化人体模型 197
7.3.3 工程人体建模软件 198
7.3.4 基于CAD的人体建模 200
7.3.5 车辆工程用数字人体 201
7.4 数字化人机工程设计 205
7.4.1 作业空间布局设计 205
7.4.2 座椅与工作台设计 207
7.4.3 操纵装置设计 208
7.4.4 显示装置设计 210
7.4.5 车辆驾驶室的设计 212
第8章 数字样机数据管理 215
8.1 产品数据交换 215
8.1.1 数据交换技术 215
8.1.2 数据交换种类 216
8.1.3 数据交换标准 217
8.2 产品数据管理（PDM） 219
8.2.1 PDM概念的产生 219
8.2.2 PDM系统的结构 220
8.2.3 PDM系统的功能 220
8.2.4 PDM的技术规范 224
8.3 产品生命周期管理（PLM） 224
8.3.1 PLM概念的产生 225
8.3.2 PLM系统的功能 226
8.3.3 PLM与PDM的关系 226
8.4 PLM/PDM系统的实施 227
8.4.1 PLM/PDM实施的内容 227
8.4.2 PLM/PDM实施的步骤 228
8.4.3 PLM/PDM的信息建模 229
8.4.4 PLM/PDM软件简介 233
8.5 PLM最新解决方案 236
8.5.1 云计算的概念 236
8.5.2 基于云端的PLM 237
参考文献 239