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内容简介

　　本书内容包括机电系统性能分析概述、机电系统优化设计的理论基础、机电系统优化设计中常用的优化方法、机电系统优化设计实例及MATLAB优化工具箱介绍、液压系统的优化设计、弹性力学基础理论、有限元法理论基础、ANSYS分析基础、注塑机合模系统有限元分析。本门教材主要突出有限元仿真与优化设计及分析，面向对象主要为机械类学生和机械行业从业人员。

目　　录

前言
绪论
第1章机电系统性能分析概述
1.1机电系统优化设计概述
1.1.1优化设计问题的引例
1.1.2优化设计的数学模型
1.1.3优化设计问题的分类
1.1.4优化设计的一般步骤
1.1.5常用的优化方法及其特点
1.2机电系统有限元法分析概述
1.2.1有限元法引例
1.2.2有限元法的计算步骤
第2章机电系统优化设计的理论基础
2.1函数的某些基本概念及性质

前言 
绪论 
第1章机电系统性能分析概述 
1.1机电系统优化设计概述 
1.1.1优化设计问题的引例 
1.1.2优化设计的数学模型 
1.1.3优化设计问题的分类 
1.1.4优化设计的一般步骤 
1.1.5常用的优化方法及其特点 
1.2机电系统有限元法分析概述 
1.2.1有限元法引例 
1.2.2有限元法的计算步骤


	 
第2章机电系统优化设计的理论基础 
2.1函数的某些基本概念及性质 
2.1.1函数的等值面(线). 
2.1.2函数的方向导数与梯度. 
2.1.3函数的泰勒展开式. 
2.1.4函数的凸性. 
2.2无约束优化问题的极值条件 
2.3有约束优化问题的极值条件 
2.4优化问题的数值计算迭代法 
2.4.1数值计算迭代法的基本思想及其格式 
2.4.2迭代计算的终止准则.


	 
第3章机电系统优化设计中常用的优化方法 
3.1一维搜索的优化方法 
3.1.1概述 
3.1.2搜索区间的确定 
3.1.3黄金分割法 
3.1.4二次插值法 
3.2无约束优化方法 
3.2.1坐标轮换法 
3.2.2鲍威尔法 
3.2.3梯度法 
3.2.4牛顿法 
3.2.5变尺度法 
3.3线性规划问题优化方法 
3.3.1线性规划的标准形式与基本性质 
3.3.2单纯形法 
3.4约束优化方法 
3.4.1随机方向搜索法 
3.4.2复合形法 
3.4.3惩罚函数法 
3.5多目标及离散变量优化方法 
3.5.1多目标优化概述 
3.5.2统一目标函数法 
3.5.3离散变量优化问题


	 
第4章机电系统优化设计实例及MATLAB优化工具箱介绍 
4.1汽车转向梯形的优化设计 
4.2螺栓组联接的优化设计 
4.3圆柱齿轮减速器的优化设计 
4.4注塑机合模系统的优化设计 
4.5起重机工作机构的优化设计 
4.6MATLAB优化工具箱 
4.6.1MATLAB介绍 
4.6.2MATLAB的优化工具箱 
4.6.3线性规划问题 
4.6.4非线性规划问题 
4.6.5其他问题介绍


	 
第5章液压系统的建模与仿真 
5.1液压系统计算机仿真的重要性 
5.2计算机仿真的基本概念 
5.3系统数学模型的建立 
5.4系统模型的求解 
5.5四阶龙格库塔法 
5.6液压系统仿真实例 
5.7运用MATLAB编写程序求解 
5.8运用Simulink搭建仿真模型求解 
5.8.1Simulink的功能 
5.8.2Simulink的特点 
5.8.3基于Simulink.建模方法


	 
第6章弹性力学基础理论 
6.1引言 
6.2弹簧系统的刚度矩阵 
6.2.1单个弹簧系统的分解与合成 
6.2.2组合弹簧的刚度矩阵 
6.2.3方程求解（约束条件的引入） 
6.2.4实例分析 
6.3杆系结构的有限元法简介 
6.3.1离散化 
6.3.2单元分析 
6.3.3整体分析 
6.3.4支撑条件的引入 
6.4弹性力学的基本知识 
6.4.1材料力学与弹性力学的关系 
6.4.2弹性力学的假设 
6.4.3应力的基本概念 
6.4.4虚功原理 
6.4.5弹性力学的三个基本方程 
6.4.6弹性力学的平面问题


	 
第7章有限元法理论基础 
7.1结构静力学问题的有限元法 
7.1.1平面问题的有限元模型 
7.1.2轴对称问题的有限元法 
7.1.3空间问题有限元法 
7.1.4等参数有限元法简介 
7.1.5单元与整体分析简介 
7.2结构动力学问题的有限元法 
7.2.1运动方程 
7.2.2质量方程 
7.2.3阻尼矩阵简介 
7.2.4结构自振频率与振型 
7.2.5振型叠加法求解结构的受迫振动 
7.3结构非线性有限元法简介 
7.3.1塑性力学问题 
7.3.2大位移问题


	 
第8章ANSYS分析基础 
8.1初步接触ANSYS 
8.1.1平面刚架静力分析 
8.1.2工字悬臂梁应力分析 
8.2ANSYS分析的基本步骤 
8.3文件管理 
8.3.1文件说明 
8.3.2ANSYS数据库中存储的数据 
8.4有限元模型的创建 
8.4.1实体建模的概念 
8.4.2坐标系 
8.4.3工作平面 
8.4.42D体素 
8.4.5图元的绘制、编号及删除 
8.4.6布尔操作 
8.4.7单元属性 
8.4.8网格划分 
8.4.9模型修正 
8.5加载、求解、结果后处理 
8.5.1载荷分类 
8.5.2加载 
8.5.3求解 
8.5.4结果后处理 
8.6结构静力分析过程与步骤 
8.6.1建立模型 
8.6.2施加载荷并求解 
8.6.3检查结果 
8.7标准光盘处于高速运行时的应力实例分析 
8.7.1建立模型 
8.7.2盘面的网格划分 
8.7.3定义边界条件 
8.7.4求解 
8.7.5查看结果 
8.8薄壁圆筒受力分析 
8.9轴类零件受拉分析 
8.10三角托架静力分析实例 
8.11齿轮泵应力分析 
8.12动力学分析的过程与步骤 
8.12.1模态分析 
8.12.2谐响应分析 
8.12.3瞬态动力学分析 
8.13带孔法兰模态分析 
8.14机翼模态分析 
8.15钢架支撑集中质量的瞬态动力学分析 
8.16非线性简要分析 
8.17非线性分析的过程与步骤. 
8.17.1建模. 
8.17.2加载求解. 
8.17.3查看结果. 
8.18金属圆盘弹塑性分析实例.


	 
第9章注塑机合模系统有限元分析 
9.1概述. 
9.1.1ANSYS优化设计的概念. 
9.1.2ANSYS优化设计的步骤. 
9.2问题描述. 
9.3分析步骤. 
9.3.1改变工作名. 
9.3.2定义参量初始值. 
9.3.3创建单元类型. 
9.3.4定义实常数. 
9.3.5定义材料特性. 
9.3.6创建关键点. 
9.3.7显示关键点号. 
9.3.8创建直线. 
9.3.9划分单元. 
9.3.10显示点、线、单元. 
9.3.11施加位移载荷. 
9.3.12施加力载荷. 
9.3.13求解. 
9.3.14定义单元表. 
9.3.15计算单元总体积. 
9.3.16提取单元总体积. 
9.3.17提取挠度最大值. 
9.3.18获得挠度最大值. 
9.3.19生成优化分析文件. 
9.3.20进入优化处理器并指定分析文件. 
9.3.21定义优化设计变量. 
9.3.22定义状态变量. 
9.3.23指定总体积为目标函数. 
9.3.24存储优化数据库. 
9.3.25指定优化方法. 
9.3.26运行优化程序. 
9.3.27列表显示得到的所有设计方案 
参考文献

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前　　言

　　前言优化设计是一种现代设计方法，其基本思想是：根据一般的设计理论、设计方法，遵循设计规范和国家标准等，把工程设计问题按实际需要转化成数学模型，然后应用优化技术和计算机技术从众多可用设计方案中找出最优的设计方案或尽可能完善的设计结果。
　　有限元法是计算机诞生以来，在计算数学、计算力学和计算工程科学领域内诞生的最有效的计算方法。
　　目前，有关优化设计和有限元分析的优秀教材有许多，但一般讲授起点比较高，尤其是有限元分析应用，大多数需要读者按照有限元原理编写程序，使读者很难在短时间内掌握有限元分析方法。本书从实际工程应用出发，按照从理论到实践的原则将两者有机地结合。前面几章系统地介绍了机械优化设计的理论和方法，为了进一步提高大家对机械优化设计的认识，通过大量的案例来说明解决一个工程实际问题的一般步骤和方法，并介绍了在机械优化设计中应用比较广泛的MATLAB优化工具箱，列举了优化工具箱中几种最常用的优化函数的编程方法及应用场合。后面几章重点介绍了分析软件ANSYS的应用，以一些浅显易懂的问题为例，简明扼要地讲述了相关问题的理论基础，然后，再结合具体的工程应用实例，以循序渐进的方式，通过利用分析软件ANSYS进行分析，加深对有限元原理的理解，并掌握ANSYS的分析过程，使读者很容易掌握优化设计与有限元应用。

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