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第1章　绪论1

1.1　概述1

1.2　现代设计方法的特点2

1.3　本书内容3

第2章　有限元法基础4

2.1　有限元法简介4

2.1.1　有限元法的产生及基本思想4

2.1.2　有限元法的分析过程5

2.1.3　有限元法在工程中的应用6

2.2　弹性力学基础知识6

2.2.1　弹性力学平面问题7

2.2.2　弹性力学基本方程7

2.3　弹性平面问题的有限元法11

2.3.1　结构离散及单元划分11

2.3.2　三角形单元分析13

2.3.3　整体分析20

2.3.4　有限元分析应注意的几个问题24

2.3.5　平面问题应用实例25

2.4　二维梁单元35

2.4.1　平面梁单元的刚度矩阵35

2.4.2　整体坐标的单元刚度矩阵39

2.4.3　非节点载荷的移置40

2.4.4　框架问题应用实例42

2.5　空间问题47

2.5.1　4节点四面体单元的刚度矩阵48

2.5.2　单元的等效节点载荷50

2.5.3　空间问题应用实例50

2.6　薄板、壳问题53

2.6.1　薄板弯曲的基本概念和基本方程53

2.6.2　薄板问题的有限元法54

2.6.3　薄壳问题的有限元法57

2.6.4　薄板、壳问题应用举例58

2.7　动力问题63

2.7.1　结构的动力方程63

2.7.2　质量矩阵和阻尼矩阵63

2.7.3　结构的自振频率和振型65

2.7.4　结构的动力问题分析实例65

思考题70

习题71

第3章　优化设计74

3.1　概述74

3.2　优化设计的数学模型77

3.2.1　设计变量与设计空间77

3.2.2　约束78

3.2.3 目标函数80

3.2.4　数学模型80

3.3　优化设计基本方法84

3.4　一维搜索方法85

3.4.1　确定初始区间的方法86

3.4.2　0.618法（黄金分割法）86

3.5　无约束优化设计方法89

3.5.1　Powell法89

3.5.2　变尺度法91

3.6　约束优化设计方法93

3.6.1　复合形法94

3.6.2　惩罚函数法97

3.7　机械优化设计的几个问题105

3.7.1　尺度变换105

3.7.2　多目标问题107

3.7.3　离散优化设计问题109

3.7.4　机械优化设计的一般步骤110

3.8　应用举例111

3.8.1　连杆机构的优化设计111

3.8.2　机械结构优化设计113

3.9　ANSYS优化设计介绍116

思考题121

习题122

第4章　可靠性工程124

4.1　概述124

4.2　可靠性工程的基础理论125

4.2.1　可靠度和故障率125

4.2.2　产品失效模型127

4.2.3　产品的平均寿命130

4.3　零件机械强度的可靠性设计131

4.3.1　应力和强度的干涉模型131

4.3.2　用分析法进行可靠性预计132

4.3.3　可靠性工程中搜集数据的方法133

4.3.4 受拉零件的静强度可靠性设计134

4.3.5　梁的静强度可靠性设计136

4.4　机械系统的可靠性工程138

4.4.1　机械和电子系统的可靠性模型138

4.4.2　机械和电子系统的可靠性预计140

4.4.3　系统的可靠性分配142

4.5　机械系统故障分析法144

4.5.1　FTA的基本概念144

4.5.2　故障树定性分析146

4.5.3　故障树的定量分析146

4.6　疲劳强度可靠性分析148

4.6.1 疲劳曲线（S-N曲线与P-S-N曲线）148

4.6.2　P-S-N曲线的制作原理和方法151

4.6.3　给定寿命条件下的疲劳强度及其可靠度159

4.6.4　有限寿命脉动条件下零件的疲劳寿命及其可靠度164

4.7　可靠性试验170

4.7.1　概述170

4.7.2　指数分布寿命试验的分类和试验设计172

4.7.3　一般分布、完全子样的数据处理175

4.7.4　截尾寿命试验结果的统计分析——点估计179

4.7.5　截尾寿命试验结果的统计分析——区间估计184

思考题186

习题186

第5章　其他现代设计方法简介188

5.1　计算机辅助设计188

5.2　模块化设计189

5.3　并行设计189

5.4　模糊设计190

5.5　创新设计190

5.6　面向制造的设计190

5.7　绿色设计191

5.8　虚拟设计技术191

附录193

参考文献197