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| 編輯推薦： |
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1.介绍常用的现代机械设计方法（包括有限元法、优化设计和可靠性）2.以ANSYS Workbench 2021为工具，结合典型工程应用实例3.图文并茂，按步骤详解
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| 內容簡介： |
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本书主要介绍常用的现代机械设计方法的基本原理及解题步骤，并以软件ANSYS Workbench 2021为工具，从有限元分析、优化设计和可靠性分析三个方面，结合典型工程应用实例着重介绍这些方法求解实际工程问题的步骤。本书可作为高等工科院校机械类专业的高年级本科生、研究生的教材和教学参考书，亦可供从事产品设计、仿真和优化的工程技术人员及广大CAE爱好者阅读与参考。
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| 目錄：
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第1章 绪论0011.1 概述0011.2 现代设计方法特点0011.3 常用现代设计方法简介0031.3.1 计算机辅助设计0031.3.2 有限元分析0041.3.3 优化设计0041.3.4 可靠性设计0041.3.5 绿色设计0041.3.6 虚拟设计0061.3.7 并行设计0071.3.8 智能设计0091.3.9 创新设计0091.3.10 模糊设计0101.3.11 模块化设计0101.3.12 动态分析设计011习题012有限元分析篇第2章 有限元法理论简介0142.1 有限元方法基本思想0142.2 有限元模型基本构成0152.3 有限元分析基本步骤0162.4 有限元分析解题步骤实例——梯形板0172.4.1 提出问题0172.4.2 预处理阶段0182.4.3 求解阶段0232.4.4 后处理阶段0242.4.5 精确解析解与有限元数值法近似解的比较026习题027第3章 ANSYS Workbench分析流程0283.1 ANSYS Workbench分析流程0283.2 项目管理与文件管理0293.2.1 项目管理0293.2.2 操作界面0293.2.3 文件管理0313.3 选择或定义材料0333.3.1 选择材料0343.3.2 新建材料0353.4 建立几何模型0363.4.1 DM建模0363.4.2 导入外部CAD建模0463.4.3 DM三维建模——支座0473.5 网格划分0563.5.1 网格划分步骤0563.5.2 分析类型的选择0563.5.3 网格形状的控制0573.5.4 网格大小的控制0603.6 施加边界条件0633.6.1 载荷类型0633.6.2 结构支撑0643.7 求解及结果0653.7.1 常用结果0653.7.2 四大强度理论0663.7.3 应力工具0673.8 ANSYS Workbench解题步骤——支座0683.8.1 问题描述0683.8.2 有限元分析过程068习题071第4章 三维空间问题0734.1 三维实体单元类型0734.2 空间问题实例——汽车连杆0744.2.1 问题描述0744.2.2 有限元分析过程075习题080第5章 平面问题0815.1 平面应力与平面应变0815.2 平面单元类型0825.3 平面应力问题实例——带孔矩形板0845.3.1 问题描述0845.3.2 有限元分析过程084习题090第6章 对称问题0926.1 对称问题0926.1.1 对称与反对称0926.1.2 对称类型0936.2 实例1：平面对称问题实例——带孔矩形板0936.2.1 问题描述0936.2.2 有限元分析过程0936.3 实例2：三维对称问题实例——汽车连杆1006.3.1 问题描述1006.3.2 有限元分析过程1006.4 实例3：轴对称问题实例——油缸1066.4.1 问题描述1066.4.2 有限元分析过程1066.5 实例4：圆周循环对称问题实例——带孔飞轮1126.5.1 问题描述1126.5.2 有限元分析过程112习题118第7章 梁单元分析问题1197.1 梁单元类型1197.2 实例1——悬臂梁1197.2.1 问题描述1197.2.2 有限元分析过程1207.3 实例2——简支梁1297.3.1 问题描述1297.3.2 有限元分析过程129习题136第8章 薄板、壳问题1388.1 壳单元类型1388.2 壳模型的建立——抽中面操作1398.3 壳单元应用实例——挂钩1398.3.1 问题描述1398.3.2 有限元分析过程140习题144第9章 装配体接触问题1469.1 接触类型1469.2 接触问题实例——螺栓连接1479.2.1 问题描述1479.2.2 有限元分析过程147习题153第10章 动力学问题15510.1 动力学分析概述15510.2 模态分析15610.2.1 模态分析理论基础15610.2.2 Workbench模态分析步骤15610.3 模态分析实例——飞机机翼15910.3.1 实例1：不带预应力的模态分析15910.3.2 实例2：带预应力的模态分析16310.4 谐响应分析16610.4.1 谐响应分析理论基础16610.4.2 谐响应分析步骤16710.5 谐响应分析实例——飞机机翼171习题179第11章 电-热-力耦合问题18011.1 传热学基础18011.1.1 传热学经典理论18011.1.2 热传递方式18011.1.3 温度场18111.1.4 传热学在工程领域中的应用18111.2 热应力耦合分析18211.2.1 热分析过程18211.2.2 热应力分析过程18611.3 实例1：热应力耦合分析——冷却栅管18711.3.1 问题描述18711.3.2 冷却栅管稳态热分析18811.3.3 冷却栅管热应力分析19411.4 实例2：电热耦合分析——平板式汽车氧传感器19711.4.1 问题描述19711.4.2 氧传感器电热耦合分析198习题204优化设计篇第12章 优化设计理论简介20812.1 概述20812.1.1 优化设计与传统设计方法的比较20812.1.2 优化设计一般过程20912.2 优化设计的数学模型21012.2.1 设计变量与设计空间21012.2.2 约束21112.2.3 目标函数21212.2.4 数学模型21212.2.5 应用实例21312.3 优化设计基本方法216习题218第13章 ANSYS Workbench拓扑优化22013.1 拓扑优化介绍22013.1.1 什么是拓扑优化22013.1.2 拓扑优化实现方法22113.1.3 拓扑优化设计流程22113.1.4 拓扑优化分析界面22213.2 拓扑优化工具22213.3 拓扑优化设置22313.4 设计结果与验证22313.4.1 拓扑优化求解结果22313.4.2 拓扑优化结果验证分析22413.5 拓扑优化实例——汽车轮毂22513.5.1 问题描述22513.5.2 汽车轮毂静力分析22513.5.3 汽车轮毂拓扑优化22713.5.4 汽车轮毂优化验证分析229习题233第14章 ANSYS Workbench尺寸优化23514.1 ANSYS Workbench设计探索优化介绍23514.1.1 设计探索优化模块及流程23514.1.2 模型参数化23614.1.3 相关性分析23914.1.4 DOE实验设计24114.1.5 响应面拟合24314.1.6 目标驱动优化24514.2 基于参数敏感性的响应面尺寸优化实例——发动机曲轴24814.2.1 问题描述24814.2.2 发动机曲轴静力分析24814.2.3 发动机曲轴模态分析25814.2.4 相关性分析26014.2.5 发动机曲轴尺寸优化设计264习题271可靠性分析篇第15章 可靠性基本概念与理论27415.1 概述27415.1.1 可靠性发展历程27415.1.2 可靠性定义27515.1.3 可靠性设计的基本内容27615.1.4 可靠性设计的特点27615.2 可靠性基础概念27715.2.1 可靠性与故障率27715.2.2 产品失效模型27915.2.3 产品的平均寿命28215.3 零件机械强度可靠性设计28315.3.1 应力-强度干涉模型28315.3.2 用分析法进行可靠性预计28315.3.3 受拉零件静强度的可靠性设计28515.3.4 梁的静强度可靠性设计288习题291第16章 ANSYS Workbench的六西格玛可靠性分析29216.1 六西格玛可靠性分析简介29216.2 六西格玛可靠性分析的基本步骤29316.3 六西格玛可靠性分析实例——连杆29316.3.1 问题描述29316.3.2 静力学分析29316.3.3 六西格玛分析297习题302参考文献303
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20世纪中后期以来，在社会经济发展需求的推动下，新的设计理念不断涌现，随着计算机技术的飞速发展，设计方法发生了革命性的变化。目前，现代设计方法的工程应用已经在世界范围内产生了巨大的社会效益和经济效益，各个高校纷纷在本科生中开设这些课程。现代设计方法涵盖了大多数新出现的设计方法和分析方法，除了较早的有限元法、优化设计、可靠性、计算机辅助设计、模糊设计外，像稳健设计、虚拟设计、绿色设计、并行工程、智能CAD、机电一体化设计、创新设计、动态设计、神经网络及其在机械工程中的应用、工程遗传算法、智能工程、价值工程、工业艺术造型设计、人机工程模块化设计、相似性设计、反求工程设计、建模与仿真技术、面向X的设计等都属于现代设计方法范畴。其中应用最广的还是有限元法、优化设计和可靠性、计算机辅助设计等技术。但是，目前市场上这方面的教材侧重于理论，而不是应用，如何利用相关理论解决实际工程问题介绍较少，学生面对枯燥晦涩的理论难以理解，容易望而生畏，知难而退，失去学习兴趣，即使理解了原理也不知道怎样运用相应的软件快速解决工程问题。而且这些教材要求课时较多。因此，编写一本适合应用型大学、特别针对以工程机械为设计分析对象的本科生和研究生的现代设计方法的教材，同时也可作为这些行业的工程技术人员的参考书是非常必要的。1．本书的内容本书以最新版本ANSYS Workbench 2021为软件工具，结合典型机械与结构工程应用实例，对常用现代机械设计方法（包括有限元分析、优化设计和可靠性分析）进行了详细的介绍。全书共16章，第1章为绪论；第2～11章为有限元分析篇，第12～14章为优化设计篇，第15、16章为可靠性分析篇。第1章绪论简要介绍了现代设计方法发展历程、特点以及常用的现代设计方法。第2～11章为有限元分析篇，其中，第2章以一个简单的例子—梯形板受拉，对有限元及ANSYS分析的基本思想及步骤进行了介绍；第3章结合实例详细介绍了ANSYS Workbench的分析流程，包括材料选择与定义、几何模型的建立、网格划分、施加边界条件、求解与查看结果；第4～9章结合工程机械实例，着重介绍有限元分析的平面问题、空间问题、对称问题、梁问题、板壳问题、接触问题；第10章介绍了动力学问题，包括模态分析、谐响应分析；第11章介绍了耦合问题，包括电-热耦合问题和热-力耦合问题。第12～14章为优化设计篇，其中，第12章主要介绍了优化设计的数学模型组成部分及建立；第13章结合汽车轮毂拓扑优化实例介绍ANSYS Workbench拓扑优化流程；第14章结合汽车发动机曲轴优化实例介绍ANSYS Workbench尺寸优化流程，包括模型参数化、相关性分析、DOE实验设计、响应面拟合及优化。第15、16章为可靠性分析篇，其中，第15章介绍了可靠性工程的基础知识以及机械零件的可靠性设计；第16章结合连杆实例，介绍ANSYS Workbench进行六西格玛可靠性分析的具体步骤。2．本书的特点本书主要特色是面向应用型大学人才的培养，目标是使得学生以最短的时间掌握现代设计方法的基本原理、实际运用步骤和方法，来解决机械实际工程问题。因此教材采用理论与实例结合的方法撰写，以“适当阐述原理、力求学以致用、着重实例示范”为宗旨，在课时有限的条件下，尽量避免过多的繁琐理论叙述，注重理论在实践中的应用。教材在对必要的理论介绍之后，运用ANSYS Workbench软件结合大量机械与结构方面的工程实例，针对各类机械实际工程问题进行专题讲解，将有限元分析、优化设计、可靠性分析等现代机械设计方法融合在一起，而不是简单介绍软件操作，使得学生进一步加深对理论的理解及提高解决实际问题的能力。本书中实例及习题资源可扫描封底二维码获取。3．编写分工及致谢本书由任继文、舒盛荣、邓芳芳编著，由任继文负责统筹规划。具体分工如下：任继文（第1、2章，第4～14章），舒盛荣（第15、16章），邓芳芳（第3章）。感谢孟宪颐、买买提明?艾尼等专家学者，正是通过讲授他们的著作使本人受益匪浅，同时本书也吸收了这些教材中的精华。另外，本书编写过程中还参阅了国内外相关论文论著，主要的都已列举于参考文献中，如有遗漏深表歉意！编写完稿过程中杨梦雪、刘钧、赖强煌、张冲等同学参加了校对工作，在此表示感谢！最后还要特别感谢华东交通大学专著基金的资助！由于本书涉及范围广，笔者学识有限，加之时间仓促，难免会有疏漏或不当之处，欢迎广大读者及业内人士予以指正。如果读者在阅读本书的过程中遇到问题或有其他意见或建议，请发邮件至：renjiwen@163.com。编著者
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