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第1章 绪论1

1.1设计与设计方法1

1.1.1设计的概念1

1.1.2产品设计过程2

1.1.3设计方法学3

1.2现代机械设计方法4

1.2.1现代设计方法的特点4

1.2.2现代设计方法的内容体系5

1.3课程学习的基本要求5

习题6

参考文献6

第2章 优化设计7

2.1概述7

2.2优化设计数学模型7

2.2.1设计变量与设计空间8

2.2.2目标函数9

2.2.3约束条件10

2.2.4优化设计数学模型11

2.3优化方法的数学基础12

2.3.1函数的方向导数与梯度12

2.3.2多元函数的二阶泰勒展开式14

2.3.3二次型函数16

2.3.4无约束优化问题的极值条件17

2.3.5凸集与凸函数18

2.3.6约束条件的极值问题19

2.3.7数值迭代算法22

2.4一维优化方法24

2.4.1单峰区间25

2.4.2黄金分割法26

2.5多维无约束优化方法29

2.5.1最速下降法（梯度法）29

2.5.2牛顿法31

2.5.3变尺度法34

2.5.4坐标轮换法37

2.5.5鲍威尔法39

2.6多维有约束优化方法45

2.6.1内点惩罚函数法46

2.6.2外点惩罚函数法49

2.6.3混合惩罚函数法51

2.7工程应用实例分析52

习题55

参考文献55

第3章 可靠性设计57

3.1概述57

3.2产品可靠性及其度量指标58

3.2.1可靠性定义58

3.2.2可靠性特征量59

3.2.3产品的失效率曲线63

3.3几种常用的概率分布65

3.3.1二项分布65

3.3.2泊松分布65

3.3.3正态分布66

3.3.4对数正态分布67

3.3.5指数分布68

3.4机械零件可靠性设计69

3.4.1应力-强度干涉模型70

3.4.2可靠度的计算方法71

3.4.3应力和强度分布均为正态分布时的可靠度计算74

3.4.4应力和强度均服从对数正态分布时可靠度计算75

3.4.5应力和强度均服从指数分布时可靠度计算76

3.4.6机械零件可靠性设计实例分析76

3.5系统可靠性设计78

3.5.1系统可靠性预测78

3.5.2系统可靠性分配81

习题84

参考文献85

第4章 有限元法86

4.1概述86

4.2弹性力学的基本理论86

4.2.1弹性力学中的基本假设86

4.2.2弹性力学中的基本概念87

4.2.3弹性力学的基本方程90

4.2.4虚位移原理94

4.2.5两类平面问题95

4.3弹性力学有限元法97

4.3.1有限元求解问题的基本步骤97

4.3.2单元的类型102

4.3.3单元位移函数104

4.3.4平面问题有限元分析107

4.3.5非节点载荷的移置110

4.3.6有限元分析中的若干问题112

4.4 ANSYS有限元分析软件114

4.4.1 ANSYS软件的功能115

4.4.2 ANSYS的用户界面116

4.4.3 ANSYS分析实例118

习题120

参考文献121

第5章 绿色设计122

5.1概述122

5.2产品的绿色设计123

5.2.1绿色设计的概念和内涵123

5.2.2绿色设计的原则124

5.2.3绿色设计的过程及评价125

5.2.4绿色设计案例分析127

5.3绿色设计中材料的选择128

5.3.1材料对环境的影响128

5.3.2材料选择的原则129

5.4产品绿色设计的关键技术130

5.4.1面向拆卸的设计DFA（Design for Disassembly）130

5.4.2面向回收的设计131

5.4.3再生技术132

5.4.4零部件再利用技术133

5.4.5应用实例分析134

习题136

参考文献136

第6章 发明问题解决理论（TRIZ）概论137

6.1概述137

6.2问题及其分类137

6.2.1问题定义137

6.2.2通常问题与发明问题138

6.2.3发明问题解决理论138

6.3TRIZ的基本概念140

6.3.1功能及功能模型140

6.3.2最终理想解（IFR）141

6.3.3冲突及其分类141

6.3.4技术系统进化定律142

6.3.5物质-场模型143

6.3.6效应144

6.3.7 ARIZ144

6.4技术冲突解决理论144

6.4.1技术冲突的通用化145

6.4.2发明原理147

6.4.3冲突矩阵150

6.4.4技术冲突解决过程151

6.5物理冲突解决理论152

6.5.1分离原理152

6.5.2分离原理与发明原理的关系155

6.5.3技术冲突与物理冲突的关系155

6.6 TRIZ解决问题的过程155

6.6.1 TRIZ解决问题的一般过程155

6.6.2工程案例-织物印染装置156

习题158

参考文献159

附录160