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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 ARIZ 144

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