1.1設計與設計方法

1.1.1設計的概念

1.1.2產品設計過程

1.1.3設計方法學

1.2現代機械設計方法

1.2.1現代設計方法的特點

1.2.2現代設計方法的內容體繫

1.3課程學習的基本要求

習題

參考文獻

 

2.1概述

2.2優化設計數學模型

2.2.1設計變量與設計空間

2.2.2目標函數

2.2.3約束條件

2.2.4優化設計數學模型

2.3優化方法的數學基礎

2.3.1函數的方向導數與梯度

2.3函數的二階泰勒展開式

2.3.3二次型函數

2.3.4無約束優化問題的極值條件

2.3.5凸集與凸函數

2.3.6約束條件的極值問題

2.3.7數值迭代算法

2.4一維優化方法

2.4.1單峰區間

2.4.2黃金分割法

2.5多維無約束優化方法

2.5.1速下降法(梯度法)

2.5.2牛頓法

2.5.3變尺度法

2.5.4坐標輪換法

2.5.5鮑威爾法

2.6多維有約束優化方法

2.6.1內點懲罰函數法

2.6.2外點懲罰函數法

2.6.3混合懲罰函數法

2.7工程應用實例分析

習題

參考文獻

 

3.1概述

3.2產品可靠性及其度量指標

3.2.1可靠性定義

3.2.2可靠性特征量

3.2.3產品的失效率曲線

3.3幾種常用的概率分布

3.3.1二項分布

3.3.2泊松分布

3.3.3正態分布

3.3.4對數正態分布

3.3.5指數分布

3.4機械零件可靠性設計

3.4.1應力.強度干涉模型

3.4.2可靠度的計算方法

3.4.3應力和強度分布均為正態分布時的可靠度計算

3.4.4應力和強度均服從對數正態分布時可靠度計算

3.4.5應力和強度均服從指數分布時可靠度計算

3.4.6機械零件可靠性設計實例分析

3.5繫統可靠性設計

3.5.1繫統可靠性預測

3.5.2繫統可靠性分配

習題

參考文獻

 

4.1概述

4.2彈性力學的基本理論

4.2.1彈性力學中的基本假設

4.2.2彈性力學中的基本概念

4.2.3彈性力學的基本方程

4.2.4虛位移原理

4.2.5兩類平面問題

4.3彈性力法

4.3.求解問題的基本步驟

4.3的類型

4.3位移函數

4.3.4平面問分析

4.3.5非節點載荷的移置

4.3.分析中的若干問題

4.4ANSY分析軟件

4.4.1ANSYS軟件的功能

4.4.2ANSYS的用戶界面

4.4.3ANSYS分析實例

習題

參考文獻

 

5.1概述

5.2產品的綠色設計

5.2.1綠色設計的概念和內涵

5.2.2綠色設計的原則

5.2.3綠色設計的過程及評價

5.2.4綠色設計案例分析

5.3綠色設計中材料的選擇

5.3.1材料對環境的影響

5.3.2材料選擇的原則

5.4產品綠色設計的關鍵技術

5.4.1面向拆卸的設計DFA(Design for Disassembly)

5.4.2面向回收的設計

5.4.3再生技術

5.4.4零部件再利用技術

5.4.5應用實例分析

習題

參考文獻

 

6.1概述

6.2問題及其分類

6.2.1問題定義

6.2.2通常問題與發明問題

6.2.3發明問題解決理論

6.3TRIZ的基本概念

6.3.1功能及功能模型

6.3.2終理想解(IFR)

6.3.3衝突及其分類

6.3.4技術繫統進化定律

6.3.5物質.場模型

6.3.6效應

6.3.7ARIZ

6.4技術衝突解決理論

6.4.1技術衝突的通用化

6.4.2發明原理

6.4.3衝突矩陣

6.4.4技術衝突解決過程

6.5物理衝突解決理論

6.5.1分離原理

6.5.2分離原理與發明原理的關繫

6.5.3技術衝突與物理衝突的關繫

6.6TRIZ解決問題的過程

6.6.1TRIZ解決問題的一般過程

6.6.2工程案例.織物印染裝置

習題

參考文獻

現代設計方法是隨著當代科學技術的發展和計算機技術的廣泛應用而發展起來的，目前，計算機輔助設計、優化設計、可靠性設計方法已得到普及，應用廣泛。同時，還不斷有新的設計理論和方法出現，如智能設計、虛擬設計、穩健設計、動態設計、綠色設計、創新設計、表面設計等，極大地豐富了現代設計方法的內涵。現代設計方法經過幾十年的發展已成為綜合的新興交叉學科，其內容繁多，涉及廣泛。這些方法有助於科學地指導產品設計過程，提高產品的設計質量，提升產品市場競爭力水平。


本書在借鋻國內外相關教材的基礎上，結合編者多年從事教學與科研工作的經驗，根據現代設計方法的特點，選取了優化設計、可靠性設計方法、綠色設計和發明問題解決理論(TRIZ)五部分內容作為本書編寫的主要內容。在優化設計中，側重於優化設計的基本概念、優化設計的數學模型，迭代計算的方法和優化問題的基本解法，通過實例分析，理解優化問題數學模型的建立和優化求解方法的特點。在可靠性設計方面，重點介紹工程中可靠性及其度量指標，機械零件可靠性設計的基本原理，機械繫統可靠性的基本概念，以及可靠性在工程和設計中的應用。方法中，介紹彈性力學的基本概念、基本方程和虛位移原理，通過實例分析，講分析的內容、方法和步驟，並介紹了商分析軟件ANSYS在解決工程實際問題中的應用。在綠色設計中，介紹了產品全生命周期中對環境資源的影響，為減少對資源的消耗和對環境的影響，常用的一些方法和實際工程中的應用實例。TRIZ理論中重點介紹了TRIZ的基本概念、衝突的描述、衝突問題的解決方法和工程中TRIZ解決問題的過程和實例分析。


現代設計方法是一門實踐性很強的學科，要有效地應用這些方法，必須對其相關理論和方法有正確的認知。本書在重點介紹其相關基本科學理論和方法的基礎上，強調其應用性，通過算例分析，逐步加強學生運用所學知識分析問題和解決問題的能力。本書在具體內容的編排上，注重先進性與實用性的結合，並力求通俗易懂、深入淺出，以激發學生的學習興趣。本書可作為32～50學時機械工程類專業高年級本科生的教材。


本書由李春書、許紅靜、張換高編寫，其中第1章、第4章由李春書編寫，第2章和第3章由許紅靜編寫，第5章由崔丹編寫，第6章由張換高編寫。另外，馮昊、高偉、雷麗梅、金波、段媛、馮小蕊等進行了部分文字錄入和編校。全書由李春書擔任主編並統稿，由天津大學劉建琴擔任主審。


在本書的編寫過程中，編者參閱了大量文獻資料，並采用了這些資料中的一些精華部分，我們在各章後面給出了這些文獻，以供讀者進一步深入學習，在此特向有關作者致謝。範慕輝教授對本書第4章內容提出了修改意見和建議，在此表示感謝。


由於現代設計方法所涉及的內容不斷發展，加之編者水平所限，書中難免有疏漏和不足之處，歡迎廣大讀者提出寶貴意見。



編者

2013年2月