数字样机建模与仿真(第2版)

本书系统介绍了数字样机的基本概念、基本原理和基本方法

本书依据国家标准《机械产品数字样机通用要求》，结合作者在数字样机技术应用方面的教学和科研成果，系统介绍了数字样机的基本概念、基本原理和基本方法、主要包括数字样机技术概述、数字样机美学设计、数字样机建模技术数字样机装配设计、数字样机运动仿真、数字样机结构分析、数字化人机工程设计、数字样机数据管理等内容。
本书可作为机械工程相关专业研究生或高年级本科生了解数字样机开发技术、培养其产品创新能力的教材，也可作为从事机械装备开发的工程技术人员的参考用书。

杨欣,男，汉族，河北农业大学教授、博导。主要从事农业机械、地面机器系统与车辆安全等方面的科研和教学工作。主讲《机械CAD/CAM》、《三维实体设计》、《农业机械仿真技术专题》等本科、研究生课程。获省级科技进步奖2项。发表论文80余篇，获批发明专利5项，实用新型68项，出版专著1部，编著2部，主编教材2部。

第1章数字样机技术概述
1.1数字样机的概念
1.1.1数字样机的定义
1.1.2数字样机支撑技术
1.1.3数字样机的分类
1.2数字样机的特点
1.2.1数字样机模型要求
1.2.2数字样机的虚拟性
1.2.3数字样机的真实性
1.3数字样机的应用与发展
1.3.1数字样机的应用
1.3.2数字样机的发展
1.3.3Aberdeen的研究

第2章数字样机美学设计
2.1机械美学概述
2.1.1机械美学的提出
2.1.2机械美学的内涵
2.1.3技术美学要求
2.2形态美学基本法则
2.2.1比例与尺度
2.2.2对称与均衡
2.2.3统一与变化
2.2.4稳定与轻巧
2.2.5节奏与韵律
2.2.6过渡与呼应
2.2.7对比与协调
2.2.8主从与重点
2.3数字样机渲染技术
2.3.1消隐与视觉样式
2.3.2色彩设计与颜色
2.3.3光照处理与阴影
2.3.4纹理处理与应用
2.3.5产品主调与配色
2.4曲线和曲面分析
2.4.1基本概念和术语
2.4.2曲线和曲面模型
2.4.3曲线和曲面评价
2.4.4曲率和曲面分析
2.5产品外形逆向设计
2.5.1逆向设计的基本步骤
2.5.2三维数据获取技术
2.5.3测量数据处理技术
2.5.4重构曲面模型分析
2.6基于CAD的机械美学设计
2.6.1计算机辅助工业设计
2.6.2数字样机美学设计要求
2.6.3基于CAD体现造型要素
2.6.4基于CAD体现形态美学

第3章数字样机建模技术
3.1产品建模概述
3.1.1产品建模定义
3.1.2数字样机模型信息
3.1.3三维建模核心
3.1.4几何模型类型
3.2实体建模技术
3.2.1构造实体几何法
3.2.2边界表示法
3.2.3扫描表示法
3.2.4AutoCAD建模简介
3.3特征建模技术
3.3.1特征定义和分类
3.3.2特征建模系统
3.3.3参数化设计
3.3.4变量化设计
3.4特征建模的实现
3.4.1Inventor特征建模简介
3.4.2创建草图特征
3.4.3创建放置特征
3.4.4模型物理属性
3.5典型零件建模实例
3.5.1型材零件建模
3.5.2轴类零件建模
3.5.3铸造零件建模
3.5.4钣金零件建模

第4章数字样机装配设计
4.1装配设计概述
4.1.1装配设计的概念
4.1.2装配体与装配树
4.1.3装配设计的进展
4.2装配关联设计
4.2.1装配约束的实现方法
4.2.2基于布局的关联设计
4.2.3基于参数的关联设计
4.2.4在位自适应关联设计
4.2.5基于衍生的关联设计
4.3工程导向设计
4.3.1螺纹连接设计
4.3.2轴零件设计
4.3.3键连接设计
4.3.4凸轮机构设计
4.3.5齿轮、蜗轮设计
4.3.6其他设计计算
4.4装配体控制与检查
4.4.1零部件显示控制与剖切
4.4.2装配关系查找与干涉检查
4.4.3运动模拟与冲突检查
4.4.4产品的装配分解与动画
4.4.5零部件的位置表达
4.4.6空间自由度检查
4.5生成二维工程图
4.5.1基础视图的生成
4.5.2投影视图的生成
4.5.3其他视图的生成
4.5.4图纸注释与说明

第5章数字样机运动仿真
5.1仿真技术概述
5.1.1仿真的定义和类型
5.1.2数字样机仿真的优势
5.1.3机械系统的运动仿真
5.1.4AIP运动仿真简介
5.2运动仿真的关键概念
5.2.1连接和自由度
5.2.2迁移度和运动链
5.2.3冗余和动力
5.3运动机理中的连接
5.3.1运动连接的类型
5.3.2手动创建运动连接
5.3.3把约束转换为连接
5.3.4连接的规则和特性
5.4物理特性和力学环境
5.4.1定义驱动条件
5.4.2初始条件和边界
5.4.3连接的力和力矩
5.4.4施加外力和重力
5.5仿真输入与输出
5.5.1输入图示器
5.5.2定义输入变量
5.5.3输出图示器
5.5.4输出运动变量

第6章数字样机有限元分析
6.1有限元分析概述
6.1.1有限元法的基本思想
6.1.2有限元分析的步骤
6.1.3协同有限元分析
6.1.4AWE协同仿真简介
6.2结构静力学分析
6.2.1分析过程
6.2.2等效应力
6.2.3主应力
6.2.4变形与安全系数
6.2.5结构改进
6.3振动模态分析
6.3.1模态分析的数学模型
6.3.2无约束条件下的模态分析
6.3.3有约束条件下的模态分析
6.3.4预应力对模态参数的作用
6.4结构拓扑优化
6.4.1机械优化设计概述
6.4.2CAE优化设计方法
6.4.3拓扑优化设计原理
6.4.4零件形状优化实例
6.5复杂数字样机的多学科协同仿真
6.5.1数字化多学科优化设计
6.5.2汽车多学科优化数学模型
6.5.3汽车协同优化与仿真流程
6.5.4汽车碰撞安全仿真实例

第7章数字化人机工程设计
7.1人机工程设计概述
7.1.1人机工程定义
7.1.2人机系统设计
7.2人体因素基础
7.2.1人体测量
7.2.2人体尺寸
7.2.3人体力学
7.2.4人体感觉
7.3人体模型
7.3.1二维人体物理模板
7.3.2三维数字化人体模型
7.3.3工程人体建模软件
7.3.4基于CAD的人体建模
7.3.5车辆工程用数字人体
7.4数字化人机工程设计
7.4.1作业空间布局设计
7.4.2座椅与工作台设计
7.4.3操纵装置设计
7.4.4显示装置设计
7.4.5驾驶室的设计
7.5基于JACK的果园作业平台人机工程设计
7.5.1JACK人体模型建模
7.5.2驾驶员舒适性分析
7.5.3作业人员舒适性分析
7.5.4驾驶工作负荷评估
7.5.5采摘工作负荷评估

第8章数字样机数据管理
8.1产品数据交换
8.1.1数据交换技术
8.1.2数据交换种类
8.1.3数据交换标准
8.2产品数据管理（PDM）
8.2.1PDM概念的产生
8.2.2PDM系统的结构
8.2.3PDM系统的功能
8.2.4PDM的技术规范
8.3产品生命周期管理（PLM）
8.3.1PLM概念的产生
8.3.2PLM系统的功能
8.3.3PLM与PDM的关系
8.4PLM/PDM系统的实施
8.4.1PLM/PDM实施的内容
8.4.2PLM/PDM实施的步骤
8.4.3PLM/PDM的信息建模
8.4.4PLM/PDM软件简介
8.5PLM发展现状和趋势
8.5.1国际PLM市场发展现状
8.5.2推动我国制造业实施PLM的措施
参考文献