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| 內容簡介： |
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本书全面介绍了机械结构优化方法，包括针对不同动态分析问题谱元法的动态仿真建模方法及其结构动态响应优化、考虑所有节点等效静态载荷法的结构动态响应优化、将优化要素与结构几何特点及工程要求结合的结构静态优化等。本书共7章：第1章绪论，第2章为基于谱元法的结构动态分析，第3章为基于时间谱元法的动态响应优化，第4章为基于面向所有节点等效静态载荷的模态叠加法结构动态响应优化，第5章为基于局部特征子结构方法的连续结构优化，第6章为基于子结构平均单元能量的结构动态特性优化，第7章为基于节点里兹势能主自由度的结构动态缩减方法。
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| 關於作者： |
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毛虎平，现为中北大学机械工程学院副教授、硕士生导师，2011年毕业于华中科技大学机械设计及理论专业，获工学博士学位。主要研究方向为结构动态仿真及优化；动力机械及工程。主持国家自然科学基金面上项目1项，山西省自然科学基金面上项目各1项，企业横向项目1项；作为主要成员，参与国家863高技术研究发展计划项目1项，国家自然基金2项，总装备集团项目2项，山西省联合基金项目1项。独著专著1部，发明专利1项，参编教材1部，发表学术论文48篇，EI收录10篇。
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| 目錄：
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第1章绪论1
1.1 本书研究目的和意义3
1.2国内外研究概况4
1.2.1结构优化研究概况4
1.2.2基于仿真的优化研究概况15
1.3本书主要研究内容、主要创新点与组织结构19
1.3.1主要研究内容19
1.3.2主要创新点21
1.3.3组织结构22
第2章基于谱元法的结构动态分析方法23
2.1谱元法24
2.1.1瞬态和稳态响应分析26
2.1.2全部状态变量的全局组装和求解29
2.2任意载荷振动问题分析的Chebyshev谱元法30
2.2.1振动问题及其积分形式30
2.2.2时间单元划分31
2.2.3振动微分方程离散31
2.2.4边界条件施加34
2.3聚集单元谱元法在承受冲击载荷结构动态分析中的应用34
2.3.1线性结构动态响应方程及其转化形式36
2.3.2聚集单元划分36
2.3.3单元分析38
2.3.4集成总体谱元方程及求解40
2.4非线性振动分析的Chebyshev谱元法40
2.4.1非线性振动问题的Newton-Raphson方法41
2.5算例分析42
2.5.1任意载荷振动问题分析42
2.5.2聚集单元谱元法52
2.5.3非线性振动分析60
2.6本章小结65
第3章基于时间谱元法的动态响应优化方法67
3.1机械结构动态响应优化模型69
3.2动态响应优化方法70
3.3线性单自由度系统的最优化设计70
3.4线性两自由度减振器最优化设计79
3.5汽车悬架系统动态响应优化设计91
3.5.1路况一96
3.5.2路况二101
3.6本章小结107
第4章基于面向所有节点等效静态载荷的模态叠加法结构动态
响应优化方法108
4.1模态叠加法110
4.2等效静态载荷法111
4.3关键时间点集113
4.4方法流程114
4.5算例分析115
4.5.1124杆桁架结构尺寸优化115
4.5.218杆桁架结构尺寸与形状混合优化121
4.6本章小结127
第5章基于局部特征子结构方法的连续结构优化方法129
5.1连续结构优化问题描述132
5.2子结构法132
5.3子结构法的实施134
5.4 基于子结构法的优化迭代136
5.5 算例分析138
5.5.1 空腹梁设计138
5.5.2 柴油机活塞设计143
5.6 本章小结152
第6章基于子结构平均单元能量的结构动态特性优化方法154
6.1 结构动态特性优化问题描述156
6.2结构平均单元能量157
6.2.1影响结构动态特性的因素157
6.2.2平均单元能量分析158
6.3子结构划分160
6.4基于子结构平均单元能量的结构动态特性优化 方法的实施164
6.5124杆桁架结构优化设计165
6.5.1采用本章所提方法进行优化165
6.5.2基于几何特征和经验确定设计变量及其取值范围172
6.5.3采用式（6.3）的优化模型寻优比较两种方法174
6.6本章小结177
第7章基于节点里兹势能主自由度的结构动态缩减方法178
7.1节点里兹势能计算及主自由度选择180
7.2构造缩减系统181
7.3基于节点里兹势能主自由度的结构动态缩减方法的实施183
7.4算例分析184
7.4.1圆柱曲板184
7.4.2曲轴188
7.5本章小结191
参考文献193
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| 內容試閱：
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人类行为和自然进化均与最优化紧密相关。工程师通过调整各种参数使得产品性能达到最优；制造商则设计不同的加工过程使生产率最高、生产成本最低或产品性能最好；自然系统的进化是优胜劣汰的过程，可使各种生物在最恶劣的条件下最适宜地生存；物理系统会自然地趋于能量最低的状态。
产品建模与仿真优化的最终目的是实现产品的优化设计。仿真优化是指基于系统仿真的参数优化，它针对仿真模型建立优化问题，采用相关的优化搜索算法进行求解，是基于仿真的目标或和约束的优化问题。基于仿真的优化根据仿真问题的类型分为静态优化和动态优化。基于仿真的动态优化又可分为基于仿真的动态响应优化、基于仿真的动态特性优化和基于仿真的动态疲劳优化。基于仿真的动态优化不仅是仿真优化问题而且是动态优化问题。
机械结构几乎都是在动态载荷环境下工作的，其各种性能都是依赖于时间的函数。为了提升机器动态性能，动态优化非常必要。然而，当前动态优化设计理论与方法难以适应现代化产品设计的需要。传统的机械结构优化几乎都是静态优化，没有考虑由于动态载荷的作用而产生的动态效应，即在静态力作用下，应用经典优化算法优化，难以实现动态载荷作用下机器性能最佳；另外，即便进行动态优化，也只是直接进行优化，由于动态分析的复杂性和高耗时性，直接进行动态优化收敛速度极慢，甚至发散。鉴于此，中北大学于2007年将作者派往华中科技大学攻读博士学位，师从动态仿真优化专家陈立平教授和吴义忠教授，重点研究结构在动态载荷作用下的优化理论与方法。本书系统总结了作者自2007年以来的研究成果。
本书章节安排如下：第1章绪论，主要介绍本书所做研究的目的、意义，以及国内外研究概况；第2章基于谱元法的结构动态分析，主要介绍任意载荷振动问题分析的Chebyshev谱元法、聚集单元谱元法在承受冲击载荷结构动态分析中的应用和非线性振动分析的Chebyshev谱元法；第3章基于时间谱元法的动态响应优化，主要介绍机械结构动态响应优化模型、动态响应优化方法、线性单自由度系统的最优化设计、线性两自由度减振器最优化设计和汽车悬架系统动态响应优化设计；第4章基于面向所有节点等效静态载荷的模态叠加法结构动态响应优化，主要介绍模态叠加法、等效静态载荷法和关键时间点集；第5章基于局部特征子结构方法的连续结构优化，主要介绍连续结构优化问题描述和子结构法；第6章基于子结构平均单元能量的结构动态特性优化，主要介绍结构动态特性优化问题描述、结构平均单元能量、子结构划分和基于平均单元能量的结构动态优化的实施；第7章基于节点里兹势能主自由度的结构动态特性缩减方法，主要介绍节点里兹势能计算及主自由度选择、构造缩减系统和基于节点里兹能主自由度的结构动态缩减实施。
本书涉及的研究工作得到了国家自然科学基金项目基于等效体积应变静态载荷的解空间谱元离散关键点方法及其在结构动态响应优化中的应用（资助号：51275489）和山西省自然科学基金项目基于能量评价PDOFs的多子结构精简等效静态载荷和刚体模态分离解析梯度的复杂结构动态响应优化基础研究（资助号：201701D121082）的资助，在此表示诚挚的谢意。同时，中北大学机电工程学院的郭保全副教授，中北大学能源与动力工程学院的张艳岗副教授、王强副教授、王艳华副教授、王军博士、刘勇博士、赵利华博士、王英博士、郑利峰博士、高鹏飞硕士等为本书的研究提出了许多宝贵建议，硕士生田力、刘鑫等在本书的写作修改方面做了大量工作，在此一并表示衷心感谢！
由于结构优化是一个具有挑战性的研究领域，且仍处于蓬勃发展阶段，加之作者水平有限，本书难免存在疏漏之处，敬请读者批评指正。
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