机械优化设计建模与优化方法评价

机械优化设计建模与优化方法评价 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:北京理工大学出版社
作者:万耀青
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1995-10
价格:9.95
装帧:平装
isbn号码:9787810450522
丛书系列:
图书标签:
  • 机械设计
  • 优化设计
  • 建模
  • 优化方法
  • 评价
  • 工程技术
  • 工业工程
  • 计算机辅助设计
  • 算法
  • 数学模型
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具体描述

《机械优化设计:原理、算法与应用》 《机械优化设计:原理、算法与应用》是一部系统阐述机械系统优化设计理论与实践的著作。本书深入浅出地介绍了优化设计的核心概念、基本原理,以及贯穿其中的数学建模方法和算法评价体系,旨在为读者构建一套严谨的优化设计知识框架。 本书内容涵盖以下几个关键方面: 第一部分:优化设计的理论基石 本部分将从优化设计的起源与发展入手,系统介绍其在现代机械工程领域的核心地位和不可替代的作用。我们将详细阐述优化设计的基本思想,即在满足一系列性能、可靠性、成本等约束条件下,寻找能够最大化或最小化某一目标函数的参数组合。 优化设计的定义与目标: 明确界定优化设计,并深入分析其多维度目标,如提高效率、降低能耗、减轻重量、增强强度、延长寿命、优化成本等。 优化设计的要素: 剖析优化设计涉及的关键要素,包括设计变量、目标函数、约束条件(等式约束和不等式约束)以及参数的取值范围。 数学建模: 重点介绍如何将复杂的机械设计问题转化为数学模型。这包括: 目标函数的建立: 如何从工程需求出发,量化描述需要优化的性能指标,例如功率、刚度、疲劳寿命、材料消耗等。 约束条件的表述: 如何将工程设计中的实际限制,如材料强度、空间尺寸、加工精度、装配要求、法规标准等,转化为精确的数学表达式。 设计变量的确定: 如何识别并定义能够影响系统性能的关键设计参数,例如几何尺寸、材料属性、载荷参数、边界条件等。 解的类型: 区分全局最优解和局部最优解,并探讨在实际工程中找到全局最优解的挑战性。 第二部分:核心优化算法解析 本部分将系统性地介绍和评价各类经典的与现代的优化算法,并分析它们在解决不同类型优化问题时的优势与劣势。 梯度类优化方法: 最速下降法: 阐述其基本原理,以及在解决凸优化问题时的收敛性。 牛顿法及其变种(拟牛顿法): 介绍如何利用二阶导数信息加速收敛,并讨论其在计算量上的权衡。 共轭梯度法: 详细讲解其原理,以及在大型线性方程组求解和非线性优化中的应用。 直接搜索法(无梯度法): 单纯形法(Nelder-Mead法): 介绍其几何直观性,以及在目标函数导数难以获得或不可靠时的适用性。 模式搜索法: 阐述其探索性搜索策略。 全局优化算法: 模拟退火法: 深入分析其模拟物理退火过程的原理,以及如何通过概率性跳出局部最优来寻找全局最优。 遗传算法: 详细介绍其基于自然选择和遗传机制的模拟进化过程,包括选择、交叉、变异等操作,并探讨其在复杂、多模态搜索空间中的强大能力。 粒子群优化算法(PSO): 讲解其受鸟群觅食行为启发的智能体协同搜索机制,以及其在参数寻优中的高效性。 差分进化算法(DE): 介绍其简单的算子和强大的全局搜索能力。 启发式与元启发式算法: 简要介绍其他各类具有广泛应用潜力的算法,如蚁群算法、粒子群优化算法的变种等。 算法评价标准: 收敛速度: 衡量算法找到最优解所需的时间或迭代次数。 鲁棒性: 算法对初始猜测值、噪声数据以及问题规模变化的敏感程度。 全局搜索能力: 算法跳出局部最优并找到全局最优的能力。 计算复杂度: 算法在每一步迭代或求解整个问题所需的计算资源。 实现难度: 算法的复杂程度以及易于编程实现的能力。 第三部分:优化设计在机械工程中的应用 本部分将通过一系列具体的机械工程案例,展示如何将优化设计理论与算法应用于解决实际工程问题。 结构优化: 强度优化: 如何通过调整梁、板、壳等结构的截面参数,在保证足够的强度和刚度的前提下,实现材料的最小化。 刚度优化: 如何提高结构的整体或局部刚度,以满足变形要求。 模态优化: 如何调整结构参数以获得期望的固有频率,避免共振。 拓扑优化: 探索在给定的设计空间内,如何最优地分布材料,以获得轻质高强的结构。 机构与传动优化: 连杆机构优化: 如何优化连杆长度、关节位置,以获得特定的运动轨迹或输出特性。 齿轮传动优化: 如何优化齿轮的齿形、模数、齿数,以提高传动效率、降低噪声、延长寿命。 凸轮机构优化: 如何设计凸轮轮廓,以获得平稳、无冲击的运动。 材料选择与性能优化: 如何根据载荷、环境、成本等因素,选择最优的材料组合,以实现最佳的性能指标。 参数化设计与变量控制: 如何通过参数化建模,方便地修改设计变量,并利用优化算法自动寻找最优参数。 与其他工程学科的结合: 与有限元分析(FEA)的结合: 阐述如何将优化算法与FEA软件相结合,实现高效的结构和性能分析与优化。 与计算流体动力学(CFD)的结合: 探讨如何在流体动力学问题中应用优化设计,如翼型、叶轮等。 本书的特点: 理论与实践相结合: 既讲解了优化设计的严谨数学理论,也提供了丰富的工程应用实例。 算法全面性: 涵盖了从梯度法到启发式算法的多种主流优化方法。 评价体系清晰: 提供了量化的算法评价标准,帮助读者选择最适合特定问题的算法。 深度与广度兼备: 既有对基本原理的深入剖析,也有对前沿应用方向的展望。 《机械优化设计:原理、算法与应用》将成为机械工程师、设计人员、研究学者以及相关领域学生的宝贵参考资料,助力他们掌握先进的优化设计技术,创造出更高效、更经济、更可靠的机械产品。

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目录信息

读后感

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当我看到《机械优化设计建模与优化方法评价》这个书名时,脑海中立刻浮现出无数复杂的机械图纸和数据图表。我一直在思考,如何才能在保证机械性能的前提下,最大化其生命周期内的价值,降低整体成本。这本书的书名“建模”二字,让我猜测其会深入探讨如何将现实世界中的机械结构和运动规律,转化为可计算、可分析的数学模型。这可能涉及到材料力学、结构动力学、流体力学等多个学科的知识。我期待书中能详细阐述各种建模技术,例如参数化建模、基于物理的建模,甚至是如何处理非线性、非连续性等复杂现象。而“优化方法评价”部分,则是我最为期待的。我明白,好的设计离不开高效的优化。这本书是否会像一位经验丰富的导师,带领我们去审视各种优化算法的内在逻辑?比如,它是否会深入剖析不同算法的搜索策略、收敛条件,以及它们在处理高维、多模态、约束复杂问题时的优缺点?我希望通过阅读此书,我能形成一种批判性的思维,能够根据具体问题的特性,准确判断哪种优化方法最适合,从而避免“盲人摸象”式的尝试,提高设计的效率和成功率。

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这本《机械优化设计建模与优化方法评价》的书名,光是读着就充满了科学的严谨和工程的实用。我一直对如何让机械设计在满足性能需求的同时,还能最大限度地节约材料、降低成本、提升效率充满好奇。尤其是在当今竞争日益激烈的市场环境中,一个微小的设计改进都可能带来巨大的经济效益。这本书的出现,仿佛为我打开了一扇通往精密机械世界的大门。我设想,书中定会详细阐述各种常见的机械部件,比如轴、齿轮、弹簧、轴承等,如何从最初的粗略构思,一步步转化为数学模型。书中对“建模”的侧重,让我看到了从实际问题到抽象数学语言的严谨转化过程,这本身就是一项挑战。而“优化方法评价”更是直指核心,我期待着书中能对不同的优化算法,如遗传算法、模拟退火、粒子群优化等等,进行深入的剖析,不仅介绍它们的原理,更重要的是,能够从实际应用的角度,评价它们在处理不同类型机械优化问题时的优劣势,比如收敛速度、全局搜索能力、对初值依赖程度等等。这样的评价,将极大地帮助我这个读者,在面对复杂的设计难题时,能够选择最合适、最有效的优化工具。我甚至在想,书中是否会包含一些实际案例的研究,将理论与实践相结合,让我能更直观地理解这些优化方法是如何在真实世界中发挥作用的。

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《机械优化设计建模与优化方法评价》——这个书名自带一种学术的光环,让我联想到那些在实验室里辛勤耕耘的学者们。我一直对机械设计的“艺术”与“科学”之间的界限感到好奇。机械设计不仅仅是功能的实现,更是一门关于如何以最经济、最可靠的方式实现这些功能的科学。这本书的标题“建模”二字,让我猜测书中会详细讲解如何构建数学模型来描述机械系统的行为,这可能涉及到微分方程、代数方程组,甚至是更复杂的动力学方程。我期待着书中能从物理原理出发,逐步推导出模型的建立过程,而不仅仅是提供现成的公式。我个人尤其关注的是“优化方法评价”这部分。我深知,一个设计方案的好坏,很大程度上取决于所采用的优化策略。我希望书中能够对各种经典的以及前沿的优化算法进行系统性的梳理和评介,比如梯度下降法、牛顿法、共轭梯度法等经典方法,以及模糊逻辑、神经网络等人工智能驱动的优化技术。书中是否会探讨这些方法在求解不同类型优化问题时的收敛性、鲁棒性以及计算复杂度?我渴望从书中获得一套评价和选择优化方法的“思维框架”,而不是简单地罗列各种算法名称。

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读到《机械优化设计建模与优化方法评价》这个书名,我的脑海中立刻浮现出那些在CAD/CAE软件中忙碌的身影,以及背后那些精妙绝伦的数学公式。我对设计优化的理解,一直停留在基础的参数调整阶段,但这本书似乎指向了更深层次的理论和方法。我对“建模”部分尤其感兴趣,它意味着如何将复杂的物理实体,转化为可以在计算机中进行运算和分析的模型。这其中涉及到的力学分析、材料属性的数学描述,甚至是边界条件的设定,都让我充满求知欲。我猜想,书中可能会从有限元分析(FEA)等经典方法讲起,介绍如何建立精确的几何模型和网格,然后如何施加载荷和约束。更进一步,它可能还会探讨如何将这些模型与多物理场耦合,比如热-力耦合、流-固耦合等,这些都是现代复杂机械系统设计中不可或缺的环节。而“优化方法评价”部分,我则期待它能超越简单的算法介绍,而是深入探讨不同优化算法的适用性。例如,对于某些具有复杂非线性约束的问题,哪些算法表现更出色?对于大规模的优化问题,又该如何选择计算效率高的方法?我希望书中能够提供清晰的比较标准和评价维度,帮助读者理解每种方法的“天花板”在哪里,以及在实际工程中应注意的陷阱。

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《机械优化设计建模与优化方法评价》这个书名,听起来就非常学术化且专业,对于任何从事机械设计、工程分析或相关研究的读者来说,都具有极大的吸引力。我对“建模”的理解,不仅仅是绘制三维模型,更重要的是如何将其转化为能够进行数值计算和分析的数学描述。这本书是否会从最基础的力学原理出发,讲解如何建立不同机械系统(如梁、板、壳、曲柄滑块机构等)的数学模型,并详细介绍如何处理模型的离散化、边界条件和初始条件的设定?我非常好奇书中会如何“评价”优化方法。在我看来,优化方法种类繁多,每种方法都有其适用范围和局限性。我期待书中能够提供一个清晰的评价体系,比如从收敛速度、计算效率、鲁棒性、全局搜索能力、对初值敏感度等方面,对各种经典的和前沿的优化算法(如遗传算法、粒子群算法、粒子群优化、差分进化算法、以及一些基于机器学习的优化方法)进行深入的比较和分析。这种评价,将有助于我这个读者更好地理解各种方法的优劣,从而在实际工程项目中,能够做出更明智的选择,避免陷入不必要的计算陷阱。

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