1绪论 1
1.1设计与现代设计 1
1.1.1设计的内涵与特点 1
1.1.2传统设计与现代设计 2
1.1.3产品设计的类型和原则 4
1.1.4现代设计对设计人员的要求 6
1.2现代设计理论和方法的主要内容及特点 6
1.2.1现代设计理论和方法的主要内容 6
1.2.2现代设计方法的基本特点 8
1.3学习现代设计方法的意义与任务 9
习题和思考题 9
2设计方法学 10
2.1设计过程 10
2.1.1计划阶段 11
2.1.2设计阶段 11
2.1.3样机试制阶段 11
2.1.4批量生产阶段 11
2.1.5销售阶段 12
2.2创造性设计法 12
2.2.1创造性思维 14
2.2.2创新能力 19
2.2.3创造性技法 23
2.2.4应用实例 28
2.3系统化设计法 31
2.3.1技术系统 32
2.3.2功能分析法 35
习题和思考题 41
3相似理论及相似设计方法 42
3.1相似理论 42
3.1.1相似概念 42
3.1.2相似定理 44
3.2相似准则的导出 46
3.2.1方程分析法 46
3.2.2量纲分析法 50
3.3模型试验 55
3.3.1模型设计 55
3.3.2模型试验和推广 56
3.3.3弹性结构的相似模型试验 57
3.4相似性设计 60
3.4.1系列设计的概念 60
3.4.2系列产品的构成 61
3.4.3几何相似系列产品设计 63
3.4.4半相似系列产品设计 65
习题和思考题 67
4有限单元法 68
4.1概述 68
4.1.1有限单元法的概念 68
4.1.2有限单元法的特点及分类 69
4.1.3有限元法在现代设计过程中的作用 71
4.1.4有限单元法的发展历史与前沿技术 71
4.2有限单元法的分析步骤 78
4.2.1概述 78
4.2.2有限单元法模型结构的离散化 79
4.2.3有限单元法单元特性的导出 85
4.2.4整体分析 91
4.2.5载荷移置和约束处理 95
4.2.6有限单元法的分析步骤 99
4.3有限单元法的工程应用 100
4.3.1常用有限元软件简介 100
4.3.2有限单元法工程问题的分类 104
4.3.3有限单元法的工程应用实例 105
习题和思考题 109
5最优化设计 110
5.1概述 110
5.1.1最优化设计的基本概念 110
5.1.2最优化设计的基本要素和数学模型 111
5.1.3最优化问题的分类 119
5.1.4最优化设计的迭代算法 120
5.1.5优化设计发展的新方法 122
5.2最优化方法的数学基础 124
5.2.1二次型与正定矩阵 124
5.2.2函数的方向导数和梯度 126
5.2.3多元函数的泰勒近似展开式和Hessian矩阵 128
5.2.4无约束最优化问题的极值条件 130
5.2.5约束最优化问题的极值条件 132
5.3一维搜索的最优化方法 135
5.3.1搜索区间的确定 136
5.3.2黄金分割法 137
5.3.3二次插值法 140
5.4无约束最优化方法 142
5.4.1坐标轮换法 143
5.4.2共轭方向法与Powell法 144
5.4.3 Newton法 150
5.4.4变尺度法 153
5.5约束最优化方法 157
5.5.1广义简约梯度算法 158
5.5.2惩罚函数法 162
5.6 MATLAB优化工具箱及其应用 169
5.6.1 MATLAB优化工具箱简介 169
5.6.2优化工具箱常用函数的应用 170
5.6.3机械优化设计应用实例 177
习题和思考题 183
6可靠性设计 185
6.1概述 185
6.1.1可靠性科学的发展 185
6.1.2可靠性的概念 186
6.1.3可靠性设计的内容和特点 187
6.1.4可靠性设计常用尺度指标 189
6.2机械强度可靠性设计原理 191
6.2.1机械可靠性设计原理——应力一强度分布干涉理论 191
6.2.2零件工作应力分布的确定 194
6.2.3强度分布的确定 195
6.2.4典型强度一应力分布模式的可靠度计算 197
6.3机械强度可靠性设计应用 200
6.3.1强度可靠性计算条件式与许用可靠度 200
6.3.2强度可靠性设计方法及步骤 201
6.4疲劳强度可靠性分析 205
6.4.1 S- N曲线及P-S-N疲劳曲线 205
6.4.2 P-S-N曲线的绘制原理和方法 209
6.4.3机械零件的疲劳极限分布 211
6.4.4机械零件的疲劳强度及其可靠度 212
习题和思考题 213
7计算机辅助设计 215
7.1概述 215
7.1.1基本概念 215
7.1.2 CAD系统的硬件 215
7.1.3 CAD系统的软件 217
7.2 CAD支撑软件 217
7.2.1 CAD支撑软件分类 217
7.2.2几何造型软件的功能 217
7.2.3工程分析及计算软件的功能 228
7.3 CAD技术的发展趋势 231
7.3.1集成化 231
7.3.2网络化 231
7.3.3智能化 231
7.3.4并行工程 232
7.4产品数据交换技术 233
7.4.1产品数据交换标准简介 233
7.4.2以Inventor为例简介CAD系统间的数据输入输出格式 233
习题和思考题 234
8动态分析设计法 235
8.1频响函数（传递函数） 235
8.1.1频率响应函数的概念 235
8.1.2具有黏性阻尼单自由度系统的频响函数 235
8.1.3具有结构阻尼单自由度系统的频响函数 238
8.1.4频响函数的特性曲线 238
8.1.5多自由度系统的频响函数 242
8.2模态分析基础 245
8.2.1模态分析的概念和基本方法 245
8.2.2多自由度系统的实模态分析 245
8.2.3多自由度系统的复模态分析 248
8.3模态参数识别 252
8.3.1概述 252
8.3.2模态参数的频域识别方法 252
8.3.3模态参数的时域识别方法 256
8.4模态分析的应用 259
8.4.1故障诊断与状态监测 259
8.4.2振动载荷的识别 260
8.4.3结构的动力修改 260
习题和思考题 262
参考文献 263