现代设计理论与方法(第2版21世纪高等学校机械设计制造及其自动化专业系列教材)

本书全面系统地介绍了现代设计理论（计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、有限元分析、智能设计、虚拟设计、创新设计、绿色设计、全生命周期设计，以及摩擦学设计、工业设计、动力学设计、表面设计等），通过工程应用实例，加强学生对相关设计理论的理解与设计方法的掌握与运用，以提高大学生的创新设计能力，培养学生勇于探索，勇于开拓的精神和严肃认真，实事求是的科学作风。本书同时配套数字资源，方便学生自学。

本书介绍现代设计理论与方法，现代设计的概念、基本理论和应用技术，内容包括计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、有限元设计、智能设计、虚拟设计、创新设计、绿色设计、全生命周期设计等。本书内容丰富，具有系统性、优选性和实用性，并通过工程应用实例，加强读者对相关设计理论的理解与设计方法的掌握和运用。 本书取材新颖，内容充实，反映了编著者长期的研究成果和国内外的研究进展，可作为高等学校机械类各专业及其他相关专业高年级本科生的教材，也可作为工程技术人员继续教育的培训教材或研究生的学习参考书。

中国人工智能学会智能制造专业委员会副主任兼学术委员会主任、湖北省机械设计与传动专业委员会理事长、湖北省机械制造自动化副理事长、湖北省机电一体化专业委员会副理事长；中国科学院计算技术研究所智能处理开放研究实验室客座研究员；南昌大学、江苏大学、广西大学、长沙理工大学、三峡大学、上海第二工业大学、温州大学、南昌工程学院、湖北理工学院、福建三明学院等大学兼职教授；《中国机械工程》、《计算机辅助设计与图形学学报》、《振动、测试与诊断》、《工程图学学报》、《装备制造技术》、《武汉理工大学学报》等学术刊物的编委。 担任2008-2010国家科学技术奖励评审专家、国家自然科学基金委员会第十一届、第十二届工程与材料科学学部专家评审组成员。

第O章 绪论
0.1 机械设计的流程与特点
O.2 设计的重要性
0.2.1 设计在产品开发中的重要地位
O.2.2 设计理论和方法论
O.3 设计理论与方法论发展简史
0.3.1 萌芽期（19世纪一20世纪40年代）
0.3.2 成型期（20世纪50年代一20世纪60年代）
O.3.3 成熟期（20世纪70年代）
0.3.4 普及期（20世纪80年代以后）
O.4 现代设计方法的内涵
O.5 现代设计方法简介
O.6 现代设计方法的学习要求
第1章 计算机辅助设计
1.1 计算机辅助设计概述
1.1.1 基本概念
1.1.2 产品集成开发流程
1.1.3 CAD/CAM发展历程
1.1.4 CAD/CAM系统简介
1.1.5 CAD系统的种类
1.2 计算机辅助设计技术
1.2.1 图形系统与图形标准
1.2.2 图形几何变换
1.2.3 几何造型
1.3 协同设计
1.3.1 协同设计的基本概念
1.3.2 协同设计的支撑技术
1.3.3 协同设计的工作环境
1.3.4 设计实例——超声波电动机的实时协同设计
第2章 优化设计
2.1 概述
2.2 一维优化方法
2.2.1 搜索区间的确定
2.2.2 一维搜索的试探方法
2.3 无约束优化方法
2.3.1 坐标轮换法
2.3.2 牛顿法
2.4 约束优化方法
2.4.1 遗传算法
2.4.2 惩罚函数法
2.4.3 复合形法
2.5 多目标优化方法
2.5.1 多目标优化问题
2.5.2 主要目标法
2.5.3 统一目标法
2.6 工程优化设计应用
2.6.1 工程优化设计的一般步骤
2.6.2 工程优化设计实例
第3章 可靠性设计
3.1 机械失效与可靠性
3.1.1 可靠性定义及要点
3.1.2 失效的定义
3.1.3 产品可靠性寿命指标
3.1.4 可靠性特征量
3.2 可靠性设计流程
3.2.1 机械可靠性设计的基本特点
3.2.2 可靠性设计的主要内容
3.2.3 机械可靠性设计流程
3.3 零件静强度可靠性设计
3.3.1 应力强度干涉模型
3.3.2 可靠度计算方法
3.3.3 应力和强度分布都为正态分布时的可靠度计算
3.3.4 应力和强度分布都为对数正态分布时的可靠度计算
3.3.5 已知应力幅水平、相应的失效循环次数的分布和规定的寿命要求时零件的
可靠度计算
3.3.6 已知强度分布和大应力幅在规定寿命下的零件可靠度计算
3.3.7 疲劳应力下零件的可靠度计算
3.4 零件疲劳强度可靠性设计
3.4.1 疲劳强度可靠性设计基础
3.4.2 稳定变应力疲劳强度可靠性计算
3.4.3 不稳定变应力疲劳强度可靠度计算
3.5 机械系统可靠性设计
3.5.1 可靠性预测
3.5.2 系统可靠性分配
3.6 典型机械零件可靠性设计举例
3.6.1 机械零件可靠性设计概述
3.6.2 螺栓连接的可靠性设计
3.6.3 轴的刚度可靠性设计
第4章 有限元设计
4.1 有限元法的基本思想与工程应用
4.1.1 有限元法的基本思想
4.1.2 有限元法的工程应用
4.2 弹性力学有限元法的基本理论
4.2.1 弹性力学中的基本假设
4.2.2 弹性力学的基本方程
4.2.3 弹性力学的基本原理
4.3 弹性力学有限元的一般方法
4.3.1 结构离散化
4.3.2 单元位移模式和形函数
4.3.3 单元特性分析
4.3.4 坐标变换
4.3.5 建立整个结构的平衡方程
4.3.6 边界条件的处理
4.3.7 求解未知节点位移和计算单元应力
4.4 有限元设计分析中的若干问题
4.4.1 有限元离散模型的有效性确认
4.4.2 缩小解题规模的常用措施
4.5 有限元分析软件应用
4.5.1 有限元分析软件简介
4.5.2 有限元分析软件的基本组成
4.5.3 有限元分析软件的工作流程
第5章 智能设计
5.1 智能设计概述
5.1.1 智能设计的产生与领域
5.1.2 智能设计系统的功能构成
5.2 知识处理
5.2.1 知识的表示
5.2.2 知识获取
5.2.3 知识的应用
5.2.4 知识处理应用实例
5.3 智能设计系统构造方法
5.3.1 智能设计系统的复杂性
5.3.2 智能设计系统建造过程
第6章 虚拟设计
6.1 虚拟现实技术概述
6.1.1 虚拟现实的定义、特征及组成
6.1.2 虚拟现实VR、增强现实AR与混合现实MR
6.1.3 虚拟现实技术的主要应用领域
6.1.4 虚拟现实技术发展趋势及重点应用领域
6.2 虚拟现实技术体系结构
6.2.1 虚拟现实技术与计算机仿真的关系
6.2.2 虚拟现实技术体系结构
6.2.3 虚拟现实系统的分类
6.2.4 虚拟设计/制造系统的体系结构
6.3 虚拟现实硬件基础
6.3.13 D位置跟踪器
6.3.2 传感手套
6.3.3 三维鼠标
6.3.4 数据衣
6.3.5 触觉和力反馈的装置
6.3.6 立体显示设备
6.3.73 D声音生成器
6.4 虚拟设计建模基础
6.4.1 建模概论