機械優(yōu)化與可靠性設計

目錄

緒論

一、 現(xiàn)代設計的概念

二、 現(xiàn)代設計方法的產(chǎn)生背景

三、 現(xiàn)代設計方法的特點

第一篇 機械優(yōu)化設計

第一章 優(yōu)化設計概述

第一節(jié) 最優(yōu)化問題示例

第二節(jié) 優(yōu)化設計問題的數(shù)學模型

一、 設計變量

二、 設計點與設計空間

三、 約束條件

四、 目標函數(shù)

五、 優(yōu)化問題的數(shù)學模型

六、 模型的求解

七、 優(yōu)化問題的幾何解釋

第三節(jié) 優(yōu)化問題的基本解法

一、 最優(yōu)化問題的圖解法

二、 最優(yōu)化問題的下降迭代解法

三、 最優(yōu)化問題分類

四、 機械優(yōu)化主要步驟

習題

第二章 優(yōu)化設計的數(shù)學基礎

第一節(jié) 多元函數(shù)的方向導數(shù)與梯度

一、 方向導數(shù)

二、 方向余弦

三、 方向導數(shù)與偏導數(shù)的關系

四、 梯度

第二節(jié) 多元函數(shù)的泰勒展開

一、一元函數(shù)的Taylor 展開式

二、 二元函數(shù)的泰勒展開

三、 多元函數(shù)的泰勒展開

第三節(jié) 凸集、 凸函數(shù)

一、 凸集

二、 凸函數(shù)

第四節(jié) 最優(yōu)化問題存在的極值條件

一、 無約束問題的極值存在條件

二、 等式約束問題的極值存在條件

三、 不等式約束問題的極值存在條件

習題

第三章 一維搜索方法

第一節(jié) 概述

一、 一維問題概述

二、 α 的確定方法

三、 一維搜索的基本思想

第二節(jié) 搜索區(qū)間的確定與區(qū)間消去法原理

一、 確定搜索區(qū)間的外推法 (進退法)

二、 區(qū)間消去法原理

第三節(jié) 一維搜索的試探法 (黃金分割法)

一、 基本思路

二、 計算步驟

三、 程序框圖

四、 算法程序

第四節(jié) 一維搜索的插值方法 (二次插值法)

一、 基本思路

二、 計算步驟

三、 程序框圖

四、 算法程序

習題

第四章 無約束優(yōu)化方法

第一節(jié) 最速下降法

一、 基本思想

二、 計算步驟



機械優(yōu)化與可靠性設計

三、 程序框圖

四、 算法程序

五、 梯度法的特點

第二節(jié) 牛頓法

一、 原始牛頓法

二、 阻尼牛頓法

第三節(jié) 共軛梯度法

一、 共軛方向的概念

二、 基本思想

三、 共軛方向的構成

四、 程序框圖

五、 算法程序

第四節(jié) 變尺度法

一、 問題的提出

二、 基本思想

三、 計算步驟

四、 程序框圖

五、 算法程序

第五節(jié) 坐標輪換法

一、 基本思想

二、 計算步驟

三、 程序框圖

四、 算法程序

五、 坐標輪換法的特點

第六節(jié) 鮑威爾法

一、 原始鮑威爾法

二、 改進原始鮑威爾法

習題

第五章 約束優(yōu)化方法

第一節(jié) 約束隨機方向法

一、 基本思路

二、 方法介紹

三、 計算步驟

四、 程序框圖

五、 算法程序

六、 方法特點



目錄

第二節(jié) 復合形法

一、 基本思想

二、 復合形計算方法

三、 反射法的計算步驟

四、 程序框圖

五、 算法程序

六、 方法特點

第三節(jié) 可行方向法

一、 尋找邊界點的方法

二、 產(chǎn)生可行方向的條件

三、 最有利的可行方向的產(chǎn)生方法

四、 步長的確定

五、 收斂條件

六、 可行方向法的計算步驟

七、 程序框圖

八、 算法程序

第四節(jié) 懲罰函數(shù)法

一、 概述

二、 內(nèi)點懲罰函數(shù)法 (內(nèi)點法)

三、 外點懲罰函數(shù)法 (外點法)

四、 混合罰函數(shù)法

習題

第六章 多目標優(yōu)化方法與離散變量優(yōu)化問題

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 多目標優(yōu)化方法

一、 統(tǒng)一目標法

二、 主要目標法

三、 協(xié)調(diào)曲線法 (圖解法)

四、 設計分析法

第三節(jié) 離散變量的優(yōu)化問題

一、 窮舉法

二、 連續(xù)解離散化

三、 離散懲罰函數(shù)法

第四節(jié) 優(yōu)化結果分析

思考題



機械優(yōu)化與可靠性設計

第二篇 機械可靠性設計

第七章 可靠性的理論基礎

第一節(jié) 可靠性的定義和要點

第二節(jié) 可靠性特征量

一、可靠度R (t) 和不可靠度F (t)

二、失效概率密度 f (t)

三、失效率 λ (t)

四、 產(chǎn)品的特征壽命

五、 維修性特征量

第三節(jié) 隨機變量的概率分布及其數(shù)字特征

一、 離散型隨機變量的概率分布

二、 連續(xù)型隨機變量的概率分布

三、 隨機變量的數(shù)字特征

第四節(jié) 可靠性中常用的概率分布

一、 連續(xù)型分布

二、 離散型分布

習題

第八章 機械可靠性設計的基本方法

第一節(jié) 機械可靠性設計的主要內(nèi)容和方法

第二節(jié) 應力—強度干涉理論與可靠度計算的一般表達式

一、 應力—強度干涉理論

二、 可靠度計算的一般表達式

三、 隨機變量的統(tǒng)計特征值問題

第三節(jié) 隨機變量進行數(shù)學運算的常用方法

一、 矩法 (Taylor 展開法)

二、 變異系數(shù)法

三、 代數(shù)法

第四節(jié) 機械零件的可靠度計算

一、 強度、 應力都為正態(tài)分布時

二、 強度、 應力都為對數(shù)正態(tài)分布時

三、 強度、 應力在給定壽命條件時

四、 強度、 應力均為指數(shù)分布時

五、 強度為正態(tài) (指數(shù)) 分布, 應力為指數(shù) (正態(tài)) 分布時

第五節(jié) 可靠度與安全系數(shù)的關系



目錄

習題

第九章 典型機械零件的可靠性設計

第一節(jié) 螺栓聯(lián)結的可靠性設計

一、 受拉松螺栓的可靠性設計

二、 受拉緊螺栓聯(lián)結的可靠性設計

三、 受剪螺栓聯(lián)結的可靠性設計

第二節(jié) 軸的可靠性設計

一、 傳動軸可靠性設計

二、 轉軸可靠性設計

第三節(jié) 滾動軸承的疲勞壽命與可靠度

一、 滾動軸承壽命與可靠度之間的關系

二、 滾動軸承載荷和可靠度之間的關系

第四節(jié) 圓柱螺旋彈簧的可靠性設計

一、 確定失效應力分布

二、 確定強度分布

三、 用正態(tài)分布聯(lián)結方程求解

習題

第十章 系統(tǒng)可靠性模型與可靠性分配

第一節(jié) 系統(tǒng)可靠性模型

一、 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型

二、 并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性模型

三、 表決系統(tǒng)的可靠型模型

四、 儲備系統(tǒng)的可靠性模型

第二節(jié) 復雜系統(tǒng)可靠性預計

一、 系統(tǒng)邏輯圖法

二、 布爾真值表法

第三節(jié) 系統(tǒng)可靠性分配

一、 等同分配法

二、 相對失效率法與相對失效概率法

三、 AGREE 分配法

四、 數(shù)學規(guī)劃優(yōu)化分配法

五、 可靠度分配的一些原則

習題

第十一章 失效模式影響分析和故障樹分析

第一節(jié) FMEA 與 FTA 分析方法概述



機械優(yōu)化與可靠性設計

第二節(jié) 失效模式影響分析 (FMEA)

一、 FMECA 實施方法

二、 故障等級與致命度

第三節(jié) 故障樹的建立

一、 故障樹含義

二、 故障樹符號

三、 建故障樹的步驟

第四節(jié) 故障樹的定性分析

一、 最小割集與最小路集

二、 求最小割集的方法

三、 求最小路集的方法

四、 故障樹的定性分析

第五節(jié) 故障樹的定量分析

一、 概率計算法

二、 最小割集法

習題

第十二章 產(chǎn)品可靠性試驗

第一節(jié) 概述

一、 可靠性試驗的種類

二、 可靠性試驗計劃

第二節(jié) 指數(shù)分布壽命試驗

一、 壽命服從指數(shù)分布時平均壽命的確定

二、 MTBF 置信區(qū)間的確定

三、 壽命服從指數(shù)分布時可靠度及其置信區(qū)間

四、 當定時截尾試驗中無失效時

五、 當定數(shù)截尾試驗中僅發(fā)生一次時

六、 不同試驗類型和置信度下的試驗時間及樣本容量

第三節(jié) 加速壽命試驗

一、 逆冪律法

二、 過載應力試驗法

三、 百分壽命加速試驗法

習題

附錄