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第1章 现代机械设计理论概述1

1.1现代设计概述1

1.1.1设计的内涵及特征1

1.1.2设计发展的基本阶段2

1.1.3现代设计与传统设计3

1.2现代产品设计3

1.2.1现代产品的特点与设计要求3

1.2.2现代产品的设计类型及阶段4

1.3现代机械设计5

1.3.1现代机械的结构5

1.3.2现代机械设计的定义6

1.3.3现代机械设计的特点6

1.4现代机械设计理论7

1.4.1现代设计理论与方法7

1.4.2构建现代机械设计理论体系9

1.4.3现代机械设计学科关系9

第2章 现代机械设计哲学11

2.1概述11

2.2基于创新的设计思维12

2.2.1创新的思维方式与机制12

2.2.2创新的外部因素与思维法则13

2.2.3人的创新能力15

2.2.4基于创新思维的设计15

2.3基于功能的设计思维18

2.3.1现代机械系统的功能18

2.3.2功能的分类及分析19

2.3.3功能系统的综合20

2.3.4基于功能思维的设计21

2.4基于过程的设计思维22

2.4.1产品的市场寿命周期22

2.4.2产品的全寿命周期23

2.4.3基于过程思维的设计24

2.5基于人因论的设计思维26

2.5.1“人—机—环境”大系统27

2.5.2人的生理和心理因素30

2.5.3人的行为分析32

2.5.4基于人因论思维的设计34

2.6基于环境生态论的设计思维35

2.6.1可持续发展战略的提出35

2.6.2产品全生命周期中的可持续发展观36

2.6.3可持续发展的评估37

2.6.4基于环境生态论思维的设计38

第3章 现代机械设计准则40

3.1现代设计准则概述40

3.2现代机械强度准则42

3.2.1疲劳载荷42

3.2.2疲劳寿命计算44

3.2.3疲劳损伤累积理论45

3.2.4随机载荷下疲劳强度的分析45

3.3船舶锚链疲劳强度应用研究48

3.3.1系泊链有限元静强度分析48

3.3.2基于Miner线性累积损伤法则的疲劳强度预测49

3.4可靠性设计准则51

3.4.1结构可靠性分析方法52

3.4.2可靠度计算模型53

3.5曲轴主动疲劳可靠性应用研究57

3.5.1全寿命周期影响因素在曲轴设计中的体现57

3.5.2曲轴疲劳可靠度计算模型58

3.5.3曲轴疲劳可靠度计算61

3.5.4可靠度与疲劳寿命的关系62

3.5.5不同应力水平下曲轴可靠度的计算分析63

3.6绿色设计准则64

3.6.1绿色设计方法64

3.6.2绿色设计的关键技术65

3.6.3绿色设计评价66

3.6.4电冰箱绿色度评价实例分析69

第4章 产品总体性能优化及评价71

4.1产品总体设计优化71

4.1.1目标与过程71

4.1.2产品优化对象的确定72

4.1.3产品优化方案的建立72

4.1.4产品优化方案评价及特点73

4.2产品综合评价的理论及评价模型73

4.2.1产品综合评价的理论73

4.2.2评价模型及其动态特性75

4.3产品综合评价的指标体系76

4.3.1产品综合评价指标体系的结构76

4.3.2产品综合评价指标体系的建立77

4.4产品综合评价的算法78

4.4.1模糊综合评价法78

4.4.2灰色关联分析法80

4.4.3价值工程法82

4.5产品综合评价系统的体系结构及功能模块84

4.5.1产品综合评价的体系结构84

4.5.2产品综合评价系统的总体构成85

4.5.3产品综合评价系统的主要功能模块85

4.6方案评价模块的评价体系及方法研究86

4.6.1方案评价的体系模型86

4.6.2方案评价的数学模型86

4.6.3总体方案优化实例88

第5章 现代机械设计中的结构优化90

5.1结构优化设计问题的提出90

5.2结构优化设计思路92

5.3渐进结构优化技术93

5.3.1渐进结构优化方法基本原理94

5.3.2基于应力和刚度约束渐进结构优化研究95

5.3.3基于单元生死技术的双向渐进结构优化99

5.3.4优化过程中数值不稳定性105

5.4基于无网格法的连续体结构拓扑优化106

5.4.1基于无网格法的连续体结构拓扑优化基本原理106

5.4.2无网格法结构拓扑优化数学模型的求解110

5.4.3基于无网格EFG法的连续体结构拓扑优化求解流程111

5.5结构形状优化设计113

5.5.1形状优化基本原理113

5.5.2微观遗传算法应用于形状优化的流程113

5.6结构优化设计应用实例117

5.6.1基于结构拓扑优化的计算机辅助结构概念设计117

5.6.2应用双向结构渐进优化进行汽车碰撞试验装置结构设计121

5.6.3发电机组壳体铣键槽专机立柱结构形状优化设计123

第6章 广义集成化的产品设计125

6.1概述125

6.2 CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM（CP）集成126

6.3基于制造工艺约束的结构拓扑设计127

6.3.1结构拓扑设计的可制造性问题127

6.3.2多工况载荷下结构拓扑设计模型128

6.3.3面向制造的分级结构拓扑设计模型131

6.3.4面向制造的结构拓扑设计实现关键技术134

6.3.5面向制造工艺约束拓扑结构设计流程136

6.4基于维修技术和策略的产品设计138

6.4.1产品维修策略和面向可维修性产品设计138

6.4.2基于主动可靠性的维修决策140

6.4.3基于RCM的曲轴维修决策142

6.4.4面向再制造产品设计144

6.5基于网络化定制技术的产品设计145

6.5.1大规模产品定制方式145

6.5.2网络化定制技术的实施146

6.5.3网络化定制实现关键技术148

第7章 现代CAD技术及应用150

7.1现代CAD概述150

7.1.1现代CAD概念150

7.1.2现代CAD技术主要研究内容151

7.2现代CAD建模技术152

7.2.1曲面造型技术152

7.2.2实体造型技术152

7.2.3特征建模技术153

7.2.4参数化建模技术153

7.2.5变量化建模技术154

7.2.6同步建模技术154

7.3虚拟样机与CAE技术155

7.3.1虚拟样机技术155

7.3.2 CAE技术156

7.4船舶锚系建模实例158

7.4.1锚建模实例158

7.4.2锚唇建模实例160

7.5运动仿真应用实例161

7.5.1船舶锚系拉锚运动仿真实例161

7.5.2并联机器人运动仿真实例164

7.6 CAE应用实例169

7.6.1龙门起重机CAE分析实例169

7.6.2连杆CAE分析实例176

第8章 仿生机械设计181

8.1仿生机械设计概述181

8.1.1基本概念181

8.1.2仿生机械设计研究内容182

8.1.3仿生机械设计流程与原则183

8.2仿生爬行机构的设计184

8.2.1设计原理185

8.2.2仿生爬行机构的设计186

8.2.3仿生爬行机构的运动仿真189

8.3机械维修虚拟人上肢的仿生设计191

8.3.1虚拟人上肢模型设计191

8.3.2虚拟人上肢的维修动作设计194

8.3.3虚拟人上肢的维修运动建模196

8.3.4虚拟人维修机械运动仿真199

8.4仿生微通道模型设计202

8.4.1概述202

8.4.2仿生微通道的研究内容及关键技术203

8.4.3家蚕丝腺轮廓的数字化提取204

8.4.4仿生微通道的数字化设计208

8.5其他仿生机械实例209

8.5.1仿生喷水推进装置209

8.5.2仿生减黏降阻结构210

8.5.3仿生飞行机器人210

8.5.4仿生腿足式机器人211

8.5.5仿生蛇形机器人211

参考文献213