機(jī)械零件與系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計建模及應(yīng)用

　　簡介 本書系統(tǒng)地介紹了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的常用方法及最新的研究成果，包括多目標(biāo)優(yōu)化、非線性規(guī)劃的靈敏度分析、模糊優(yōu)化、可靠性優(yōu)化、工程隨機(jī)變量優(yōu)化、智能優(yōu)化等；同時對機(jī)械零件與系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計建模及應(yīng)用作了較全面、詳細(xì)的論述，且重點突出于工程應(yīng)用。本書可使讀者了解各種優(yōu)化方法的適用條件和應(yīng)用方法，書中大部分模型都有實際工程背景，可以方便地套用。本書可供機(jī)械設(shè)計工程、研究、開發(fā)技術(shù)人員參考，也可作為高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)本科生、研究生教材。目錄第1章 優(yōu)化設(shè)計方法111 優(yōu)化設(shè)計概述1111 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型2 1111 傳遞轉(zhuǎn)矩并承受彎矩的等截面軸的優(yōu)化設(shè)計2 1112 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型4112 優(yōu)化過程的幾何描述6113 迭代終止準(zhǔn)則712 無約束優(yōu)化方法 7 121 常用一維搜索方法8 1211 搜索區(qū)間的確定8 1212 0618法9 1213 一維搜索的其他方法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 梯度法討論14 123 牛頓型方法161231 基本思路161232 算例171233 牛頓法的討論18 124 共軛梯度法20125 變尺度法20 1251 DFP變尺度法22 1252 DFP變尺度法的計算步驟22 1253 BFGS變尺度法24126 坐標(biāo)輪換法24 1261 坐標(biāo)輪換法的基本思路25 1262 坐標(biāo)輪換法的討論26127 Powell方法27 1271 Powell的基本算法27 1272 改進(jìn)Powell的算法29128 各種無約束優(yōu)化方法的比較321281 迭代公式321282 各種方法的比較3213 約束優(yōu)化33 131 懲罰函數(shù)法34 1311 內(nèi)點懲罰函數(shù)法35 1312 外點懲罰函數(shù)法37 1313 SUMT方法的討論38 1314 混合懲罰函數(shù)法40 1315 懲罰函數(shù)法的計算過程及框圖41132 復(fù)合形法42 1321 初始復(fù)合形的生成421322 搜索策略431323 復(fù)合形法的討論45133 簡約梯度法及廣義簡約梯度法45 1331 簡約梯度法45 1332 廣義簡約梯度法49 14 應(yīng)用實例51141 行星輪系的優(yōu)化設(shè)計51 142 鍵連接的優(yōu)化設(shè)計53 1421 平鍵、楔鍵、切向鍵的失效形式及其優(yōu)化數(shù)學(xué)模型53 1422 優(yōu)化結(jié)果55143 滑塊式萬向接軸優(yōu)化設(shè)計56 1431 優(yōu)化模型的建立56 1432 優(yōu)化方法的選擇57 1433 計算結(jié)果及處理57144 汽車變截面鋼板彈簧的優(yōu)化設(shè)計58 1441 數(shù)學(xué)模型的建立591442 優(yōu)化設(shè)計計算66 1443 計算結(jié)果分析67 參考文獻(xiàn)68 第2章 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的建模及優(yōu)化方法評價6921 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的一般過程69 22 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計建模的基本原則71 221 確定系統(tǒng)邊界71 222 設(shè)計變量的選擇72223 確定目標(biāo)函數(shù)73224 建立約束函數(shù)74 23 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的分析與變換78231 模型變換的概念及作用78232 尺度變換的概念80 233 模型線性化83234 將代數(shù)模型轉(zhuǎn)化為幾何規(guī)劃85 24 優(yōu)化方法的評價87241 考題的選擇87 242 優(yōu)化方法及程序的評價指標(biāo)88243 評價結(jié)果89244 優(yōu)化方法程序的選擇方法90參考文獻(xiàn)91 第3章 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計的建模及應(yīng)用9231 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型9232 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計的求解方法93 321 統(tǒng)一目標(biāo)法933211 線性加權(quán)法933212 理想點法933213 目標(biāo)規(guī)劃法943214 乘除法943215 功效系數(shù)法95322 主目標(biāo)法95 323 分層序列法96 324 極大-極小法96 33 應(yīng)用實例97 331 擺線針輪行星減速器多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計973311 基本尺寸的幾何計算973312 建立優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型973313 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法的選擇1033314 計算實例103 332 四連桿變幅機(jī)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計1043321 四連桿變幅機(jī)構(gòu)分析104 3322 四連桿變幅機(jī)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型1053323 四連桿變幅機(jī)構(gòu)的優(yōu)化結(jié)果109參考文獻(xiàn)110 第4章 非線性規(guī)劃的靈敏度分析 11141 概述11242 使用幾何規(guī)劃進(jìn)行靈敏度分析的原理和方法112 421 正定幾何規(guī)劃和帶負(fù)數(shù)的幾何規(guī)劃靈敏度分析的基本 原理1124211 幾何規(guī)劃簡介1124212 使用幾何規(guī)劃進(jìn)行靈敏度分析的基本原理114422 使用幾何規(guī)劃進(jìn)行靈敏度分析的算法117423 使用幾何規(guī)劃進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的靈敏度分析1204231 建立空心梁的優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型1204232 使用幾何規(guī)劃進(jìn)行靈敏度分析1224233 應(yīng)注意的問題125 43 使用懲罰函數(shù)法進(jìn)行靈敏度分析的原理和方法125 431 一般參數(shù)非線性規(guī)劃126 432 靈敏度分析的基本原理127 433 使用懲罰函數(shù)法進(jìn)行靈敏度分析的基本原理13044 使用懲罰函數(shù)法進(jìn)行起重機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的靈敏度 分析133 441 起重機(jī)箱型主梁的優(yōu)化問題133 442 靈敏度分析13445 使用懲罰函數(shù)法進(jìn)行四連桿變幅機(jī)構(gòu)優(yōu)化的靈敏度 分析138 451 約束右邊干擾時的靈敏度分析138 452 參變量干擾時的靈敏度分析142 453 四連桿變幅機(jī)構(gòu)靈敏度分析的結(jié)果153參考文獻(xiàn)156 第5章 模糊優(yōu)化設(shè)計的建模及應(yīng)用157 51 常規(guī)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計與模糊優(yōu)化設(shè)計157 52 模糊優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型158 521 模糊優(yōu)化的設(shè)計變量158 522 模糊優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)159523 模糊優(yōu)化設(shè)計的約束條件159524 模糊優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型15953 模糊優(yōu)化設(shè)計的基本含義及分類160 531 模糊優(yōu)化設(shè)計的基本含義160 532 模糊優(yōu)化設(shè)計的分類16054 對稱模糊優(yōu)化設(shè)計及其解法161541 對稱模糊優(yōu)化模型161 542 模糊優(yōu)越集的其他形式162 543 非模糊目標(biāo)函數(shù)極值的求解方法16355 模糊優(yōu)化迭代的基本解法163 551 模糊優(yōu)化迭代的基本原理163 552 對稱模糊優(yōu)化迭代的步驟165 56 非對稱優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型166 561 非對稱模糊優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型166 562 容差的確定168563 非對稱模糊優(yōu)化模型的水平截集法17157 多目標(biāo)模糊優(yōu)化173 571 常規(guī)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計的模糊解法173 572 對稱多目標(biāo)模糊優(yōu)化模型的求解175 573 普通多目標(biāo)模糊優(yōu)化模型的求解176 574 模糊綜合評判的多目標(biāo)優(yōu)化解177 575 多目標(biāo)模糊優(yōu)化設(shè)計的理想點法17958 應(yīng)用實例183 581 柱塞式液壓泵系統(tǒng)模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計的研究1835811 柱塞泵系統(tǒng)可靠度模型的建立1835812 柱塞泵系統(tǒng)的模糊可靠度分配1845813 計算結(jié)果及結(jié)論187 582 圓柱形螺旋壓縮彈簧的模糊多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計188 5821 多目標(biāo)模糊優(yōu)化模型的建立1895822 模糊約束的處理1915823 優(yōu)化模型的求解193參考文獻(xiàn)194 第6章 可靠性優(yōu)化設(shè)計的建模及應(yīng)用19561 機(jī)械可靠度計算模型195 611 機(jī)械零件應(yīng)力-強(qiáng)度“干涉”模型195 612 應(yīng)力、強(qiáng)度均為正態(tài)分布的可靠性模型197 613 應(yīng)力和強(qiáng)度為其他分布時的可靠度計算198 614 機(jī)械零部件強(qiáng)度可靠性近似計算模型199 6141 圖解近似計算模型1996142 概率分布的Edgeworth級數(shù)漸近展開近似計算模型2006143 Monta Carlo近似計算模型2016144 最大失效概率法2026145 其他近似計算方法的可靠度計算204 615 機(jī)械系統(tǒng)的可靠度計算2046151 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度2046152 純并聯(lián)系統(tǒng)2056153 表決系統(tǒng)2056154 等待系統(tǒng)2066155 復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)20762 機(jī)械系統(tǒng)可靠度優(yōu)化分配模型208 621 等分配模型208 622 相對失效率模型209 623 AGREE分配模型20963 機(jī)械可靠度優(yōu)化設(shè)計210 631 機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型2106311 單元零部件可靠性優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型2116312 系統(tǒng)可靠性優(yōu)化分配的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型2126313 系統(tǒng)可靠性優(yōu)化設(shè)計的整體數(shù)學(xué)規(guī)劃模型2126314 3種數(shù)學(xué)規(guī)劃模型之間的關(guān)系及證明213 632 機(jī)械系統(tǒng)可靠性優(yōu)化設(shè)計的實現(xiàn)策略2146321 耦合優(yōu)化策略2146322 分解協(xié)調(diào)優(yōu)化策略2146323 分散優(yōu)化策略21764 應(yīng)用實例218 641 行星輪傳動系統(tǒng)的可靠性優(yōu)化設(shè)計2186411 行星輪傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計模型2186412 行星輪傳動系統(tǒng)可靠性優(yōu)化設(shè)計過程220 6413 計算實例與分析221 642 裝載機(jī)差速器的可靠性優(yōu)化設(shè)計2226421 差速器齒輪齒根彎曲強(qiáng)度的可靠度計算2236422 差速器可靠性優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的建立2256423 優(yōu)化方法及計算結(jié)果分析227參考文獻(xiàn)228 第7章 工程隨機(jī)變量優(yōu)化設(shè)計建模及應(yīng)用22971 工程隨機(jī)變量優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型229 711 工程設(shè)計信息的不確定性229 712 工程隨機(jī)優(yōu)化設(shè)計的基本概念231 713 工程隨機(jī)優(yōu)化設(shè)計的幾種基本模型2347131 統(tǒng)計均值模型2347132 概率約束函數(shù)模型2357133 風(fēng)險設(shè)計模型2367134 容差設(shè)計模型2377135 補(bǔ)償模型2387136 工程隨機(jī)優(yōu)化設(shè)計模型的統(tǒng)一形式23972 隨機(jī)模型的求解方法239 721 隨機(jī)擬次梯度法240 722 隨機(jī)逼近法244 723 隨機(jī)模擬搜索法24573 應(yīng)用實例248 731 壓力容器的概率優(yōu)化設(shè)計2487311 壓力容器的概率優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型2497312 優(yōu)化設(shè)計結(jié)果250 732 氣動換向裝置輸出特性的容差最優(yōu)設(shè)計2517321 設(shè)計條件2517322 容差設(shè)計模型的建立2527323 計算結(jié)果253 733 不完全概率信息的連桿可靠性優(yōu)化設(shè)計2547331 連桿的力學(xué)模型2547332 連桿優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型2567333 連桿的優(yōu)化求解257 734 V帶傳動的概率約束函數(shù)模型的優(yōu)化設(shè)計2577341 建立V帶傳動的概率約束函數(shù)模型2587342 V帶的優(yōu)化求解263參考文獻(xiàn)264 第8章 智能優(yōu)化設(shè)計建模及應(yīng)用26581 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化計算原理265 811 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化計算原理及過程266 812 用于機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的幾種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型2668121 反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)2678122 多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)26882 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化計算的工程應(yīng)用270 821 齒輪傳動機(jī)構(gòu)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輔助優(yōu)化設(shè)計2708211 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型原理2708212 齒輪機(jī)構(gòu)BP網(wǎng)絡(luò)輔助優(yōu)化設(shè)計272 822 盤式制動器多目標(biāo)優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法2758221 建立盤式制動器優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型2758222 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化2798223 計算結(jié)果分析28083 用于機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的進(jìn)化計算方法281 831 遺傳算法2828311 遺傳算法的計算步驟2828312 基于遺傳算法的雙萬向軸優(yōu)化設(shè)計283 832 進(jìn)化策略應(yīng)用于機(jī)械優(yōu)化設(shè)計28784 基于過程的優(yōu)化算法及在機(jī)床主軸中的應(yīng)用287 841 基于過程的優(yōu)化算法基本理論288 842 基于過程的機(jī)床主軸優(yōu)化設(shè)計290 843 計算結(jié)果分析29285 結(jié)束語293參考文獻(xiàn)293

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