机械现代设计方法学 (平装) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国建筑工业出版社

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出品人:

页数:502 页

译者:

出版时间:1987年01月

价格:2.8

装帧:平装

isbn号码:9787112000739

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• 机械设计
• 现代设计
• 设计方法学
• 工程设计
• 产品设计
• 创新设计
• 设计思维
• 制造业
• 工业设计
• 机械工程

《机械结构性能优化理论与实践》 内容简介： 在现代工程领域，机械结构的性能优化已成为提升产品竞争力、延长使用寿命、降低制造成本以及实现可持续发展的关键。本书深入探讨了机械结构性能优化的理论基础、核心方法论以及实际应用中的关键技术，旨在为工程师、研究人员及相关领域学生提供一个全面而系统的指导。 本书首先从宏观层面剖析了机械结构性能优化的重要性，阐述了其在航空航天、汽车制造、能源工程、精密仪器等众多高科技领域的深远影响。接着，本书循序渐进地介绍了优化设计的基本原理，包括目标函数的设定、约束条件的定义、设计变量的选取以及评价指标的建立。在此基础上，我们将聚焦于一系列先进的优化算法，从经典方法到前沿技术，进行详尽的讲解与对比分析。 第一篇：优化设计理论基础 第一章：机械结构性能优化概述 1.1 现代机械工程中的优化设计需求 1.1.1 性能提升：速度、精度、效率、可靠性等 1.1.2 成本控制：材料消耗、制造周期、能源消耗 1.1.3 可持续性发展：轻量化、绿色制造、环保要求 1.1.4 安全性与耐久性：结构强度、疲劳寿命、抗冲击能力 1.2 优化设计的定义与目标 1.2.1 目标函数：单一目标与多目标优化 1.2.2 约束条件：几何约束、力学约束、材料约束、工艺约束、经济约束 1.2.3 设计变量：尺寸、材料、形状、拓扑结构 1.2.4 优化指标：性能指标、经济指标、可靠性指标 1.3 优化设计的基本流程 1.3.1 问题定义与目标设定 1.3.2 数学模型建立 1.3.3 算法选择与求解 1.3.4 结果分析与验证 1.3.5 方案实施与反馈 第二章：有限元分析在优化设计中的应用 2.1 有限元法的基本原理 2.1.1 离散化：单元划分与节点定义 2.1.2 单元方程组的建立 2.1.3 整体方程组的组装 2.1.4 边界条件的处理 2.1.5 解的计算与后处理 2.2 结构力学分析的有限元实现 2.2.1 静态结构分析：应力、应变、位移 2.2.2 动力学分析：模态分析、瞬态响应、频率响应 2.2.3 热-结构耦合分析 2.2.4 屈曲与稳定性分析 2.3 有限元分析结果的解读与优化指导 2.3.1 应力集中与薄弱点识别 2.3.2 变形分析与刚度评估 2.3.3 固有频率与振动模式分析 2.3.4 寿命预测与疲劳评估 第二篇：核心优化算法与方法 第三章：经典优化算法 3.1 数学规划方法 3.1.1 线性规划 3.1.2 非线性规划 3.1.3 凸优化 3.2 梯度下降法及其变种 3.2.1 最速下降法 3.2.2 共轭梯度法 3.2.3 牛顿法与拟牛顿法 3.3 罚函数法与乘子法 3.3.1 外部罚函数法 3.3.2 内部罚函数法 3.3.3 增广拉格朗日乘子法 3.4 传统的结构优化方法 3.4.1 尺寸优化 3.4.2 形状优化 3.4.3 拓扑优化（初步介绍） 第四章：智能优化算法 4.1 进化算法 4.1.1 遗传算法 (GA)：原理、算子、参数选择 4.1.2 差分进化算法 (DE)：原理、优势与应用 4.1.3 粒子群优化算法 (PSO)：原理、收敛性与改进 4.1.4 蚁群优化算法 (ACO)：原理、信息素更新机制 4.2 群体智能算法 4.2.1 模拟退火算法 (SA)：退火过程与温度调度 4.2.2 蜂群算法 (BCO) 4.2.3 鱼群算法 (FSA) 4.3 启发式算法的特点与适用性 4.3.1 全局搜索能力 4.3.2 对目标函数导数信息的依赖程度 4.3.3 解决复杂、非线性、高维问题的能力 第五章：多目标优化方法 5.1 多目标优化问题的基本概念 5.1.1 Pareto最优解集 5.1.2 帕累托前沿 (Pareto Frontier) 5.2 权系数法与ε-约束法 5.2.1 将多目标问题转化为单目标问题 5.2.2 权系数的选取与影响 5.3 进化多目标优化算法 (EMOAs) 5.3.1 NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) 5.3.2 MOEA/D (Multi-objective Evolutionary Algorithm based on Decomposition) 5.3.3 SPEA2 (Strength Pareto Evolutionary Algorithm 2) 5.4 多目标优化结果的评估与选择 第三篇：先进优化技术与应用 第六章：拓扑优化 6.1 拓扑优化的基本思想与发展 6.1.1 从宏观到微观的材料分布设计 6.1.2 解决“无中生有”的结构设计问题 6.2 主流拓扑优化方法 6.2.1 可变密度法 (SIMP) 6.2.2 内积法 (BI-Method) 6.2.3 有界局部最优法 (BLOSM) 6.2.4 尺寸和形状拓扑优化 (DSTO) 6.3 拓扑优化的应用案例 6.3.1 轻量化结构设计（如飞机部件、汽车底盘） 6.3.2 散热结构优化（如电子设备散热器） 6.3.3 减振降噪结构设计 6.4 拓扑优化结果的后处理与制造可行性 第七章：形状优化与尺寸优化 7.1 形状优化的原理与方法 7.1.1 基于边界移动的方法 7.1.2 基于CAD模型的参数化变形 7.1.3 对曲面和曲线进行优化 7.2 尺寸优化的应用 7.2.1 梁、板、壳结构的截面尺寸优化 7.2.2 轴类零件的直径优化 7.2.3 螺栓、销钉的尺寸优化 7.3 形状优化与尺寸优化的耦合 第八章：可靠性优化设计 8.1 工程结构中的不确定性来源 8.1.1 参数不确定性：材料性能、载荷、几何尺寸 8.1.2 模型不确定性：有限元模型精度 8.1.3 环境不确定性 8.2 可靠性指标的定义 8.2.1 失效率 (Failure Rate) 8.2.2 可靠度 (Reliability) 8.2.3 安全裕度 (Safety Margin) 8.3 可靠性优化算法 8.3.1 基于概率的方法（如Monte Carlo模拟） 8.3.2 基于区间分析的方法 8.3.3 改进的遗传算法与粒子群算法在可靠性优化中的应用 8.4 可靠性驱动的结构设计 第九章：现代工程应用与案例分析 9.1 航空航天领域的结构轻量化与强度优化 9.1.1 飞机翼型与机身结构的优化 9.1.2 发动机部件的耐高温与抗疲劳优化 9.1.3 卫星载荷结构的减重与刚度设计 9.2 汽车工业中的碰撞安全与轻量化设计 9.2.1 车身结构的吸能优化 9.2.2 底盘与悬挂系统的刚度与耐久性优化 9.2.3 发动机支架与传动系统的减振优化 9.3 能源工程中的设备性能与寿命优化 9.3.1 涡轮叶片的气动-热-力耦合优化 9.3.2 管道与压力容器的应力分布优化 9.3.3 储能设备（如电池包）的结构散热优化 9.4 生物医学工程中的植入体设计 9.4.1 人工关节的力学匹配与生物相容性优化 9.4.2 骨骼修复支架的力学性能与骨长入优化 9.5 案例研究：某型机械臂末端执行器的优化设计 9.5.1 优化目标设定：减重、提高刚度、降低振动 9.5.2 有限元模型建立与初步分析 9.5.3 采用混合优化算法进行参数化与拓扑优化 9.5.4 优化结果分析与制造可行性评估 第四篇：工程实施与前沿展望 第十章：优化设计的软件工具与平台 10.1 集成化优化设计软件 10.1.1 ANSYS Workbench & DesignXpression 10.1.2 Abaqus & Tosca Structure 10.1.3 MSC Nastran & Apex 10.1.4 Altair HyperWorks Suite (OptiStruct, HyperMesh) 10.2 专用优化算法库与接口 10.2.1 MATLAB Optimization Toolbox 10.2.2 Python SciPy & Libraries (DEAP, PyGAD) 10.3 与CAD/CAE软件的集成与工作流程 10.3.1 参数化建模与几何接口 10.3.2 有限元模型自动生成与求解 10.3.3 优化结果导入与后处理 第十一章：工程实践中的挑战与解决方案 11.1 模型精度与计算成本的权衡 11.2 复杂约束条件的处理 11.3 制造工艺的限制与可制造性设计 11.4 优化结果的验证与实验确认 11.5 团队协作与项目管理 第十二章：优化设计的未来趋势 12.1 智能制造与数字孪生驱动的优化 12.2 基于机器学习与人工智能的优化方法 12.3 材料基因组学与性能驱动的材料设计 12.4 增材制造 (3D打印) 对拓扑优化的影响 12.5 跨领域多物理场耦合优化 本书的每一章节都力求理论与实践相结合，通过大量的图表、公式推导和工程案例，帮助读者深刻理解机械结构性能优化的核心思想与技术细节。无论您是希望提升现有产品性能，还是着眼于未来创新设计，本书都将是您不可或缺的参考。

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这本书的封面设计简洁大气，封面上那个复杂的齿轮组图形，一下子就抓住了我的眼球。我一直对机械设计领域的前沿技术抱有浓厚的兴趣，特别是那些能显著提升设计效率和产品性能的新方法论。这本书的定位似乎就是填补这一领域的理论与实践之间的鸿沟。我期望它能深入剖析现代设计流程中的关键环节，比如如何有效利用仿真技术进行参数优化，以及如何将人工智能和机器学习的理念融入到概念设计阶段。我特别关注它对“系统思维”的阐述，毕竟现代机械产品越来越复杂，单一学科的思维方式已经很难应对多约束、多目标的设计挑战了。如果书中能提供一些具体的案例分析，展示如何运用这些“现代方法学”成功解决一个复杂的工程问题，那就太棒了。我对它在“面向服务的创新设计”或者“数字孪生驱动的设计”这些热点方向上的论述抱有很高的期待，希望它不仅仅停留在理论层面，而是能给工程师们带来切实可行的工具箱和思维框架的升级。总而言之，它散发着一种前沿、严谨且极具实战指导意义的气息。

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我购买这本书主要是冲着它标题中那个“方法学”的定位去的。在工程领域，我们常常被各种新工具和新软件淹没，但真正能将这些工具融会贯通，形成一套高效、可重复的设计范式的“方法论”才是核心竞争力。我希望这本书能够打破不同学科之间的壁垒，比如如何将信息论、控制论的观点有效地引入到机械结构的设计优化中。我特别关注它对“设计知识管理”的论述，现代项目越来越依赖于历史数据的复用和经验的沉淀，如果书中能提供一套系统化的知识捕获和应用框架，那对于团队的知识资产积累将是巨大的贡献。我对那些空泛的口号不感兴趣，我需要的是那种经过时间检验、并且能在复杂多变的工程项目中切实落地执行的指导方针。我希望它能教会我如何从根本上提升设计决策的质量，而不是仅仅在现有框架内做微调。

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说实话，我拿到这本厚厚的书时，第一反应是它肯定会是一本“硬核”的参考书，那种需要反复研读，并在实际工作中随时查阅的工具典籍。从目录结构来看，它似乎试图构建一个从基础理论到高级应用的完整知识体系。我特别欣赏它将“可靠性设计”和“绿色制造”等前沿议题融入到整体设计方法论中的做法，这表明作者对当前产业发展趋势有着深刻的洞察。许多传统的设计书籍往往侧重于具体的结构设计或有限元分析的软件操作，但这本似乎更着眼于方法论的提升——即“如何思考”而不是“如何操作”。我希望书中能够对“设计空间探索”的量化方法有深入的探讨，比如如何有效地搜索最优解集，而不是仅仅依赖设计师的经验直觉。如果能辅以清晰的流程图和决策树，帮助读者梳理出一条清晰的现代设计路径，那么这本书的价值将无可估量。我期待它能成为我案头不可或缺的“方法论圣经”。

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这本书的装帧和纸张质量给人一种厚重感，内容想必也是经过了长时间的沉淀和打磨。我最关心的是，它如何处理设计创新与工程约束之间的辩证关系。现代设计不只是画出新颖的草图，更关键的是如何在一个充满成本、制造限制和使用环境约束的现实世界中实现这种创新。我非常期待书中关于“迭代优化循环”的描述，希望它能提供一种比传统瀑布模型更灵活、更具适应性的设计迭代策略。我更希望它能深入探讨如何利用最新的传感技术和物联网概念，将设计思维延伸到产品全生命周期管理中去。这本书的气质是那种沉稳的、面向未来的指导手册，它不是教你具体的“如何做”，而是教你“如何以更高维度思考设计问题”。我希望读完之后，我的设计视野能因此被极大地拓宽，能够预见未来十年机械设计领域可能出现的技术变革方向。

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拿到书本后，我立刻翻阅了其中关于“创成式设计”和“人机协同”的部分。这本书的语言风格非常平实，但逻辑严密得让人感到一丝敬畏。它不像某些教材那样堆砌公式，而是更倾向于阐述理念背后的哲学基础。我欣赏它对“设计黑箱”的批判，并试图提供一套透明化的、可追溯的设计路径。对于我这种长期在传统流程中摸索的人来说，最难能可贵的就是能有一个清晰的路线图，指导我们如何逐步过渡到更智能、更敏捷的设计模式。我希望书中能对“多物理场耦合分析”在设计初期的应用策略有详细的阐述，因为这是目前项目中最耗时且最容易出错的环节之一。如果它能提供一套评估不同设计方法论效率和风险的量化指标体系，那就更完美了。这本书给我的感觉是，它在试图重新定义我们对“好设计”的理解和实现路径。

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