机械优化设计技术与实例

内容简介

朱爱斌和朱永生编著的《机械优化设计技术与实例》分为三大部分，共40章，主要介绍机械优化设计的相关技术，包括基于数学软件MATLAB的机械优化设计、基于三维建模软件SolidWorks的机械优化设计和基于多体动力学软件ADAMS的机械优化设计，并以应用实例为主介绍了如何应用这些软件对机械优化设计问题进行分析、建模、求解以及对优化设计结果进行评估。《机械优化设计技术与实例》既可作为高等学校机电工程类专业本科生、研究生的教材，也可供从事机械设计的工程技术人员阅读和参考。

第1章绪论1

11机械优化设计的含义1

12优化设计与传统设计的比较2

13优化设计在CAD系统中的作用2

14机械优化设计发展概况3

15优化设计方法的工程应用领域4

16现代机械优化设计的发展趋势5第2章机械优化设计的基本概念和数学模型8

21优化问题的实例8

22机械优化设计的数学模型10

23优化问题分类和优化方法简介21

24优化的几何解释23第3章优化设计的基础理论26

31函数的泰勒（Taylor）表达式26

32二次型与正定矩阵28

33函数的等值面或线29

34函数的最速下降方向30

35凸函数34

36约束函数的性质36

37最优解与最优解条件37

38优化设计的数值解法与收敛准则44第4章一维优化方法48

41确定初始区间的进退法48

42黄金分割法（Golden Section Method）50

43牛顿法（Newton’s Method）53

44二次插值法（Quadratic Interpolation Method）54第5章无约束多维优化方法58

51梯度法（Gradient Method）58

52共轭梯度法62

53牛顿法69

54变尺度法(Variable Metric Method)72

55坐标轮换法（ Cyclic Coordinate Method）79

56单纯形法（Simplex Method）82

57鲍威尔法（Powell’s Method）88

58无约束优化方法的选用95第6章约束优化方法98

61约束随机方向搜索法99

62复合形法（Complex Method）102

63可行方向法107

64内点罚函数法（Interior Penalty Function Method）113

65外点罚函数法（Exterior Penalty Function Method）117

66混合罚函数法122第7章多目标优化设计方法127

71概述127

72统一目标函数法129

73主要目标函数法132

74功效系数法132

75权数的确定方法134

76优化计算实例137第8章机械模糊优化设计方法140

81概述140

82模糊优化设计的数学基础142

83模糊优化设计的基础性概念198

84对称模糊优化设计199

85非对称模糊优化设计208

86多目标模糊优化设计222第9章机械模糊优化设计实例233

91圆柱减振弹簧的模糊优化设计233

92装载机变速器的多目标模糊优化设计239

93考虑弹流润滑的齿轮传动多目标模糊优化设计253

94摆动活齿传动的多目标模糊可靠性优化设计255第10章遗传算法优化方法264

101概述264

102传统遗传算法266

103改进遗传算法280

104应用遗传算法进行机械优化设计281第11章MATLAB软件在优化设计中的应用287

111MATLAB系统简介287

112MATLAB基本使用方法288

113MATLAB优化工具箱293

114优化工具箱应用实例295参考文献301 2100433B

前言

绪论 1

第一章　 优化设计概述 5

第一节　 人字架的优化设计 6

第二节　 机械优化设计问题示例 9

第三节　 优化设计问题的数学模型 21

第四节　 优化设计问题的建模基础 25

第五节　 优化设计问题的基本解法 27

第二章　 优化设计的数学基础 30

第一节　 多元函数的方向导数与梯度 31

第二节　 多元函数的泰勒展开 35

第三节　 无约束优化问题的极值条件 37

第四节　 凸集、 凸函数与凸规划 40

第五节　 等式约束优化问题的极值条件 42

第六节　 不等式约束优化问题的极值条件 46

第三章　 一维搜索方法 55

第一节　 概述 56

第二节　搜索区间的确定与区间消去法原理 56

第三节　 一维搜索的试探方法 59

第四节　 一维搜索的插值方法 62

第四章　 无约束优化方法 67

第一节　 概述 68

第二节　 最速下降法 69

第三节　 牛顿型方法 73

第四节　 共轭方向及共轭方向法 75

第五节　 共轭梯度法 79

第六节　 变尺度法 83

第七节　 坐标轮换法 91

第八节　 鲍威尔方法 92

第九节　 单形替换法 99

习题 103

第五章　 线性规划 105

第一节　线性规划的标准形式与基本性质 106

第二节　 基本可行解的转换 113

第三节　 单纯形方法 118

第四节　 单纯形法应用举例 122

第五节　 修正单纯形法 139

习题 148

第六章　 约束优化方法 149

第一节　 概述 150

第二节　 随机方向法 152

第三节　 复合形法 156

第四节　 可行方向法 161

第五节　 惩罚函数法 171

第六节　 增广乘子法 178

第七节　非线性规划问题的线性化解法———线性逼近法 187

第八节　 广义简约梯度法 190

第九节　 二次规划法 194

第十节　 结构优化方法 196

第十一节　 遗传算法 209

习题 214

第七章　 多目标及离散变量优化方法 216

第一节　 多目标优化问题 217

第二节　 多目标优化方法 219

第三节　 离散变量优化问题 243

第四节　 离散变量优化方法 245

习题 264

第八章　 机械优化设计实例 266

第一节　 优化设计实践应用技巧 267

第二节　 机床主轴结构优化设计 270

第三节　 圆柱齿轮减速器的优化设计 273

第四节　 平面连杆机构的优化设计 280

第五节　 汽车悬架系统的优化设计 284

第六节　 热压机机架结构的优化设计 289

第七节　 月生产计划的最优安排 293

第八节　 运动模拟器的优化设计 295

附录　常用优化方法程序考核题及计算机

实习建议 300

附录 A　 常用优化方法程序考核题 301

附录 B　 计算机实习建议 302

参考文献 304

史丽晨，郭瑞峰主编的本书介绍了优化设计的基本理论、常用方法和优化工程软件应用方法。全书在基本优化理论阐述的基础上，着重于各种优化算法的MATLAB的实现。同时通过大量的机械优化设计实例的建模、求解过程的分析，力求使读者掌握机械优化设计的MATLAB编程方法和Pro/Engineer优化分析方法。本书内容选择上注重工程实用性和操作可行性，以达到提高读者分析问题和解决问题的能力。

《基于MATLAB和Pro/Engineer的机械优化设计》可作为高等院校机械工程及相关专业的本科生、研究生教材，也可作为工程技术人员进行优化设计的参考书，同时也可用作MATLAB和Pro/Engineer爱好者的入门参考书。