机械零件与系统优化设计建模及应用

　　简介 本书系统地介绍了机械优化设计的常用方法及最新的研究成果，包括多目标优化、非线性规划的灵敏度分析、模糊优化、可靠性优化、工程随机变量优化、智能优化等；同时对机械零件与系统的优化设计建模及应用作了较全面、详细的论述，且重点突出于工程应用。本书可使读者了解各种优化方法的适用条件和应用方法，书中大部分模型都有实际工程背景，可以方便地套用。本书可供机械设计工程、研究、开发技术人员参考，也可作为高等学校相关专业本科生、研究生教材。目录第1章 优化设计方法111 优化设计概述1111 优化设计的数学模型2 1111 传递转矩并承受弯矩的等截面轴的优化设计2 1112 优化设计的数学模型4112 优化过程的几何描述6113 迭代终止准则712 无约束优化方法 7 121 常用一维搜索方法8 1211 搜索区间的确定8 1212 0618法9 1213 一维搜索的其他方法11122 梯度法（最速下降法）121221 梯度法的基本思路121222 算例13 1223 梯度法讨论14 123 牛顿型方法161231 基本思路161232 算例171233 牛顿法的讨论18 124 共轭梯度法20125 变尺度法20 1251 DFP变尺度法22 1252 DFP变尺度法的计算步骤22 1253 BFGS变尺度法24126 坐标轮换法24 1261 坐标轮换法的基本思路25 1262 坐标轮换法的讨论26127 Powell方法27 1271 Powell的基本算法27 1272 改进Powell的算法29128 各种无约束优化方法的比较321281 迭代公式321282 各种方法的比较3213 约束优化33 131 惩罚函数法34 1311 内点惩罚函数法35 1312 外点惩罚函数法37 1313 SUMT方法的讨论38 1314 混合惩罚函数法40 1315 惩罚函数法的计算过程及框图41132 复合形法42 1321 初始复合形的生成421322 搜索策略431323 复合形法的讨论45133 简约梯度法及广义简约梯度法45 1331 简约梯度法45 1332 广义简约梯度法49 14 应用实例51141 行星轮系的优化设计51 142 键连接的优化设计53 1421 平键、楔键、切向键的失效形式及其优化数学模型53 1422 优化结果55143 滑块式万向接轴优化设计56 1431 优化模型的建立56 1432 优化方法的选择57 1433 计算结果及处理57144 汽车变截面钢板弹簧的优化设计58 1441 数学模型的建立591442 优化设计计算66 1443 计算结果分析67 参考文献68 第2章 机械优化设计的建模及优化方法评价6921 机械优化设计的一般过程69 22 机械优化设计建模的基本原则71 221 确定系统边界71 222 设计变量的选择72223 确定目标函数73224 建立约束函数74 23 机械优化设计数学模型的分析与变换78231 模型变换的概念及作用78232 尺度变换的概念80 233 模型线性化83234 将代数模型转化为几何规划85 24 优化方法的评价87241 考题的选择87 242 优化方法及程序的评价指标88243 评价结果89244 优化方法程序的选择方法90参考文献91 第3章 多目标优化设计的建模及应用9231 多目标优化设计的数学模型9232 多目标优化设计的求解方法93 321 统一目标法933211 线性加权法933212 理想点法933213 目标规划法943214 乘除法943215 功效系数法95322 主目标法95 323 分层序列法96 324 极大-极小法96 33 应用实例97 331 摆线针轮行星减速器多目标优化设计973311 基本尺寸的几何计算973312 建立优化设计的数学模型973313 多目标优化设计方法的选择1033314 计算实例103 332 四连杆变幅机构的多目标优化设计1043321 四连杆变幅机构分析104 3322 四连杆变幅机构优化的数学模型1053323 四连杆变幅机构的优化结果109参考文献110 第4章 非线性规划的灵敏度分析 11141 概述11242 使用几何规划进行灵敏度分析的原理和方法112 421 正定几何规划和带负数的几何规划灵敏度分析的基本 原理1124211 几何规划简介1124212 使用几何规划进行灵敏度分析的基本原理114422 使用几何规划进行灵敏度分析的算法117423 使用几何规划进行结构优化设计的灵敏度分析1204231 建立空心梁的优化设计的数学模型1204232 使用几何规划进行灵敏度分析1224233 应注意的问题125 43 使用惩罚函数法进行灵敏度分析的原理和方法125 431 一般参数非线性规划126 432 灵敏度分析的基本原理127 433 使用惩罚函数法进行灵敏度分析的基本原理13044 使用惩罚函数法进行起重机结构优化设计的灵敏度 分析133 441 起重机箱型主梁的优化问题133 442 灵敏度分析13445 使用惩罚函数法进行四连杆变幅机构优化的灵敏度 分析138 451 约束右边干扰时的灵敏度分析138 452 参变量干扰时的灵敏度分析142 453 四连杆变幅机构灵敏度分析的结果153参考文献156 第5章 模糊优化设计的建模及应用157 51 常规机械优化设计与模糊优化设计157 52 模糊优化设计的数学模型158 521 模糊优化的设计变量158 522 模糊优化设计的目标函数159523 模糊优化设计的约束条件159524 模糊优化的数学模型15953 模糊优化设计的基本含义及分类160 531 模糊优化设计的基本含义160 532 模糊优化设计的分类16054 对称模糊优化设计及其解法161541 对称模糊优化模型161 542 模糊优越集的其他形式162 543 非模糊目标函数极值的求解方法16355 模糊优化迭代的基本解法163 551 模糊优化迭代的基本原理163 552 对称模糊优化迭代的步骤165 56 非对称优化设计的数学模型166 561 非对称模糊优化设计的数学模型166 562 容差的确定168563 非对称模糊优化模型的水平截集法17157 多目标模糊优化173 571 常规多目标优化设计的模糊解法173 572 对称多目标模糊优化模型的求解175 573 普通多目标模糊优化模型的求解176 574 模糊综合评判的多目标优化解177 575 多目标模糊优化设计的理想点法17958 应用实例183 581 柱塞式液压泵系统模糊可靠性优化设计的研究1835811 柱塞泵系统可靠度模型的建立1835812 柱塞泵系统的模糊可靠度分配1845813 计算结果及结论187 582 圆柱形螺旋压缩弹簧的模糊多目标优化设计188 5821 多目标模糊优化模型的建立1895822 模糊约束的处理1915823 优化模型的求解193参考文献194 第6章 可靠性优化设计的建模及应用19561 机械可靠度计算模型195 611 机械零件应力-强度“干涉”模型195 612 应力、强度均为正态分布的可靠性模型197 613 应力和强度为其他分布时的可靠度计算198 614 机械零部件强度可靠性近似计算模型199 6141 图解近似计算模型1996142 概率分布的Edgeworth级数渐近展开近似计算模型2006143 Monta Carlo近似计算模型2016144 最大失效概率法2026145 其他近似计算方法的可靠度计算204 615 机械系统的可靠度计算2046151 串联系统的可靠度2046152 纯并联系统2056153 表决系统2056154 等待系统2066155 复杂机械系统20762 机械系统可靠度优化分配模型208 621 等分配模型208 622 相对失效率模型209 623 AGREE分配模型20963 机械可靠度优化设计210 631 机械可靠性优化设计的数学规划模型2106311 单元零部件可靠性优化设计的数学规划模型2116312 系统可靠性优化分配的数学规划模型2126313 系统可靠性优化设计的整体数学规划模型2126314 3种数学规划模型之间的关系及证明213 632 机械系统可靠性优化设计的实现策略2146321 耦合优化策略2146322 分解协调优化策略2146323 分散优化策略21764 应用实例218 641 行星轮传动系统的可靠性优化设计2186411 行星轮传动系统的优化设计模型2186412 行星轮传动系统可靠性优化设计过程220 6413 计算实例与分析221 642 装载机差速器的可靠性优化设计2226421 差速器齿轮齿根弯曲强度的可靠度计算2236422 差速器可靠性优化设计数学模型的建立2256423 优化方法及计算结果分析227参考文献228 第7章 工程随机变量优化设计建模及应用22971 工程随机变量优化设计的数学模型229 711 工程设计信息的不确定性229 712 工程随机优化设计的基本概念231 713 工程随机优化设计的几种基本模型2347131 统计均值模型2347132 概率约束函数模型2357133 风险设计模型2367134 容差设计模型2377135 补偿模型2387136 工程随机优化设计模型的统一形式23972 随机模型的求解方法239 721 随机拟次梯度法240 722 随机逼近法244 723 随机模拟搜索法24573 应用实例248 731 压力容器的概率优化设计2487311 压力容器的概率优化设计数学模型2497312 优化设计结果250 732 气动换向装置输出特性的容差最优设计2517321 设计条件2517322 容差设计模型的建立2527323 计算结果253 733 不完全概率信息的连杆可靠性优化设计2547331 连杆的力学模型2547332 连杆优化设计的数学模型2567333 连杆的优化求解257 734 V带传动的概率约束函数模型的优化设计2577341 建立V带传动的概率约束函数模型2587342 V带的优化求解263参考文献264 第8章 智能优化设计建模及应用26581 神经网络优化计算原理265 811 神经网络优化计算原理及过程266 812 用于机械优化设计的几种神经网络模型2668121 反馈神经网络2678122 多层前向神经网络26882 神经网络优化计算的工程应用270 821 齿轮传动机构人工神经网络辅助优化设计2708211 BP神经网络模型原理2708212 齿轮机构BP网络辅助优化设计272 822 盘式制动器多目标优化的神经网络方法2758221 建立盘式制动器优化设计的数学模型2758222 神经网络优化2798223 计算结果分析28083 用于机械优化设计的进化计算方法281 831 遗传算法2828311 遗传算法的计算步骤2828312 基于遗传算法的双万向轴优化设计283 832 进化策略应用于机械优化设计28784 基于过程的优化算法及在机床主轴中的应用287 841 基于过程的优化算法基本理论288 842 基于过程的机床主轴优化设计290 843 计算结果分析29285 结束语293参考文献293

暂缺《机械零件与系统优化设计建模及应用》作者简介

第1章优化设计方法1
11优化设计概述1
111优化设计的数学模型2
1111传递转矩并承受弯矩的等截面轴的优化设计2
1112优化设计的数学模型4
112优化过程的几何描述6
113迭代终止准则7
12无约束优化方法7
121常用一维搜索方法8
1211搜索区间的确定8
12120618法9
1213一维搜索的其他方法11
122梯度法（最速下降法）12
1221梯度法的基本思路12
1222算例13
1223梯度法讨论14
123牛顿型方法16
1231基本思路16
1232算例17
1233牛顿法的讨论18
124共轭梯度法20
125变尺度法20
1251DFP变尺度法22
1252DFP变尺度法的计算步骤22
1253BFGS变尺度法24
126坐标轮换法24
1261坐标轮换法的基本思路25
1262坐标轮换法的讨论26
127Powell方法27
1271Powell的基本算法27
1272改进Powell的算法29
128各种无约束优化方法的比较32
1281迭代公式32
1282各种方法的比较32
13约束优化33
131惩罚函数法34
1311内点惩罚函数法35
1312外点惩罚函数法37
1313SUMT方法的讨论38
1314混合惩罚函数法40
1315惩罚函数法的计算过程及框图41
132复合形法42
1321初始复合形的生成42
1322搜索策略43
1323复合形法的讨论45
133简约梯度法及广义简约梯度法45
1331简约梯度法45
1332广义简约梯度法49
14应用实例51
141行星轮系的优化设计51
142键连接的优化设计53
1421平键.楔键.切向键的失效形式及其优化数学模型53
1422优化结果55
143滑块式万向接轴优化设计56
1431优化模型的建立56
1432优化方法的选择57
1433计算结果及处理57
144汽车变截面钢板弹簧的优化设计58
1441数学模型的建立59
1442优化设计计算66
1443计算结果分析67
参考文献68
第2章机械优化设计的建模及优化方法评价69
21机械优化设计的一般过程69
22机械优化设计建模的基本原则71
221确定系统边界71
222设计变量的选择72
223确定目标函数73
224建立约束函数74
23机械优化设计数学模型的分析与变换78
231模型变换的概念及作用78
232尺度变换的概念80
233模型线性化83
234将代数模型转化为几何规划85
24优化方法的评价87
241考题的选择87
242优化方法及程序的评价指标88
243评价结果89
244优化方法程序的选择方法90
参考文献91
第3章多目标优化设计的建模及应用92
31多目标优化设计的数学模型92
32多目标优化设计的求解方法93
321统一目标法93
3211线性加权法93
3212理想点法93
3213目标规划法94
3214乘除法94
3215功效系数法95
322主目标法95
323分层序列法96
324极大-极小法96
33应用实例97
331摆线针轮行星减速器多目标优化设计97
3311基本尺寸的几何计算97
3312建立优化设计的数学模型97
3313多目标优化设计方法的选择103
3314计算实例103
332四连杆变幅机构的多目标优化设计104
3321四连杆变幅机构分析104
3322四连杆变幅机构优化的数学模型105
3323四连杆变幅机构的优化结果109
参考文献110
第4章非线性规划的灵敏度分析111
41概述112
42使用几何规划进行灵敏度分析的原理和方法112
421正定几何规划和带负数的几何规划灵敏度分析的基本
原理112
4211几何规划简介112
4212使用几何规划进行灵敏度分析的基本原理114
422使用几何规划进行灵敏度分析的算法117
423使用几何规划进行结构优化设计的灵敏度分析120
4231建立空心梁的优化设计的数学模型120
4232使用几何规划进行灵敏度分析122
4233应注意的问题125
43使用惩罚函数法进行灵敏度分析的原理和方法125
431一般参数非线性规划126
432灵敏度分析的基本原理127
433使用惩罚函数法进行灵敏度分析的基本原理130
44使用惩罚函数法进行起重机结构优化设计的灵敏度
分析133
441起重机箱型主梁的优化问题133
442灵敏度分析134
45使用惩罚函数法进行四连杆变幅机构优化的灵敏度
分析138
451约束右边干扰时的灵敏度分析138
452参变量干扰时的灵敏度分析142
453四连杆变幅机构灵敏度分析的结果153
参考文献156
第5章模糊优化设计的建模及应用157
51常规机械优化设计与模糊优化设计157
52模糊优化设计的数学模型158
521模糊优化的设计变量158
522模糊优化设计的目标函数159
523模糊优化设计的约束条件159
524模糊优化的数学模型159
53模糊优化设计的基本含义及分类160
531模糊优化设计的基本含义160
532模糊优化设计的分类160
54对称模糊优化设计及其解法161
541对称模糊优化模型161
542模糊优越集的其他形式162
543非模糊目标函数极值的求解方法163
55模糊优化迭代的基本解法163
551模糊优化迭代的基本原理163
552对称模糊优化迭代的步骤165
56非对称优化设计的数学模型166
561非对称模糊优化设计的数学模型166
562容差的确定168
563非对称模糊优化模型的水平截集法171
57多目标模糊优化173
571常规多目标优化设计的模糊解法173
572对称多目标模糊优化模型的求解175
573普通多目标模糊优化模型的求解176
574模糊综合评判的多目标优化解177
575多目标模糊优化设计的理想点法179
58应用实例183
581柱塞式液压泵系统模糊可靠性优化设计的研究183
5811柱塞泵系统可靠度模型的建立183
5812柱塞泵系统的模糊可靠度分配184
5813计算结果及结论187
582圆柱形螺旋压缩弹簧的模糊多目标优化设计188
5821多目标模糊优化模型的建立189
5822模糊约束的处理191
5823优化模型的求解193
参考文献194
第6章可靠性优化设计的建模及应用195
61机械可靠度计算模型195
611机械零件应力-强度“干涉”模型195
612应力.强度均为正态分布的可靠性模型197
613应力和强度为其他分布时的可靠度计算198
614机械零部件强度可靠性近似计算模型199
6141图解近似计算模型199
6142概率分布的Edgeworth级数渐近展开近似计算模型200
6143MontaCarlo近似计算模型201
6144最大失效概率法202
6145其他近似计算方法的可靠度计算204
615机械系统的可靠度计算204
6151串联系统的可靠度204
6152纯并联系统205
6153表决系统205
6154等待系统206
6155复杂机械系统207
62机械系统可靠度优化分配模型208
621等分配模型208
622相对失效率模型209
623AGREE分配模型209
63机械可靠度优化设计210
631机械可靠性优化设计的数学规划模型210
6311单元零部件可靠性优化设计的数学规划模型211
6312系统可靠性优化分配的数学规划模型212
6313系统可靠性优化设计的整体数学规划模型212
63143种数学规划模型之间的关系及证明213
632机械系统可靠性优化设计的实现策略214
6321耦合优化策略214
6322分解协调优化策略214
6323分散优化策略217
64应用实例218
641行星轮传动系统的可靠性优化设计218
6411行星轮传动系统的优化设计模型218
6412行星轮传动系统可靠性优化设计过程220
6413计算实例与分析221
642装载机差速器的可靠性优化设计222
6421差速器齿轮齿根弯曲强度的可靠度计算223
6422差速器可靠性优化设计数学模型的建立225
6423优化方法及计算结果分析227
参考文献228
第7章工程随机变量优化设计建模及应用229
71工程随机变量优化设计的数学模型229
711工程设计信息的不确定性229
712工程随机优化设计的基本概念231
713工程随机优化设计的几种基本模型234
7131统计均值模型234
7132概率约束函数模型235
7133风险设计模型236
7134容差设计模型237
7135补偿模型238
7136工程随机优化设计模型的统一形式239
72随机模型的求解方法239
721随机拟次梯度法240
722随机逼近法244
723随机模拟搜索法245
73应用实例248
731压力容器的概率优化设计248
7311压力容器的概率优化设计数学模型249
7312优化设计结果250
732气动换向装置输出特性的容差最优设计251
7321设计条件251
7322容差设计模型的建立252
7323计算结果253
733不完全概率信息的连杆可靠性优化设计254
7331连杆的力学模型254
7332连杆优化设计的数学模型256
7333连杆的优化求解257
734V带传动的概率约束函数模型的优化设计257
7341建立V带传动的概率约束函数模型258
7342V带的优化求解263
参考文献264
第8章智能优化设计建模及应用265
81神经网络优化计算原理265
811神经网络优化计算原理及过程266
812用于机械优化设计的几种神经网络模型266
8121反馈神经网络267
8122多层前向神经网络268
82神经网络优化计算的工程应用270
821齿轮传动机构人工神经网络辅助优化设计270
8211BP神经网络模型原理270
8212齿轮机构BP网络辅助优化设计272
822盘式制动器多目标优化的神经网络方法275
8221建立盘式制动器优化设计的数学模型275
8222神经网络优化279
8223计算结果分析280
83用于机械优化设计的进化计算方法281
831遗传算法282
8311遗传算法的计算步骤282
8312基于遗传算法的双万向轴优化设计283
832进化策略应用于机械优化设计287
84基于过程的优化算法及在机床主轴中的应用287
841基于过程的优化算法基本理论288
842基于过程的机床主轴优化设计290
843计算结果分析292
85结束语293
参考文献293