先进设计理论与方法

2000年获得日本国立宫崎大学工学博士学位，2001年上海交通大学机械工程博士后流动站出站，上海交通大学机械与动力工程学院长聘（终身）教授、博士生导师。现任中国汽车工程学会汽车安全技术分会副主任委员，上海市汽车工程学会汽车可靠性专业委员会副主任，国家重点实验室“机械工业汽车底盘机械零部件强度与可靠性评价”学术委员会委员；中国机械工程学会高级会员，美国ASME《Journal of Mechanical Design》副主编等。获得省部级奖3项。发表论文230余篇，取得发明发明专利30余项。

前 言

第1章绪论/1

1.1先进设计的内涵与意义/1

1.1.1先进设计的内涵/1

1.1.2先进设计的意义/2

1.2先进设计的特点/3

1.3先进设计的原则/4

1.3.1功能满足原则/4

1.3.2经济合理原则/5

1.3.3社会适用原则 /5

1.3.4质量保障原则/5

1.3.5工艺优良原则/7

1.4先进设计方法/7

1.4.1优化设计方法/7

1.4.2基于仿真的设计/8

1.4.3不确定性设计/8

1.4.4多子系统层级设计/8

1.4.5多尺度建模与设计/9

1.4.6轻量化设计/9

1.4.7智能设计 /10

复习思考题 /10

第2章优化设计方法 / 11

2.1基本概念和理论 /11

2.1.1基本概念/11

2.1.2基本理论 /12

2.2进化算法/16

2.2.1遗传算法 /16

2.2.2差分进化算法/21

2.3群智能优化算法/23

2.3.1欰群算法 /23

2.3.2 粒子群算法 / 27

2.3.3人工鱼群算法/29

2.4其他智能优化算法 /33

2.4.1模拟退火算法 /33

2.4.2免疫算法 /38

2.5多目标优化方法/43

2.5.1线性加权组合法 /44

2.5.2功效系数法 /45

2.5.3.主要目标法 /46

2.6 MATLAB在优化设计中的应用 / 46

2.6.1 MATLAB 软件简介 / 46

2.6.2应用实例/47

复习思考题/52

第3章 基于仿真的设计 / 53

3.1计算机辅助设计/53

3.1.1 CAD系统 / 53

3.1.2计算机辅助图形处理/55

3.1.3CAD建模技术 / 58

3.2计算机辅助工程分析/62

3.2.1有限元基本原理 /62

3.2.2建模与仿真分析 /67

3.3试验设计/69

3.3.1均匀设计 /70

3.3.2正交设计 /72

3.3.3拉丁超立方设计 /72

3.4代理模型技术/74

3.4.1多项式响应面 /74

3.4.2径向基函数/75

3. 4. 3 Kriging / 77

3.4.4混沌多项式展开/79

3.4.5多保真度代理模型/81

3.5 敏感性分析 / 84

3.5.1 局部敏感性分析 /85

3.5.2 全局敏感性分析 /88

自适应序列采样/90

应用案例/91

3.7.1翼子板结构优化设计/91

3.7.2 翼子板铺层优化设计方法 / 93

3.7.3 以安装点刚度为目标的Kniging模型构建/ 94

3.7.4. 翼子板铺层优化设计研究 /97

复习思考题 /98

第4章不确定性设计/100

4.1 基本概念和理论/100

4.1.1基本概念 /100

4.1.2基本理论/101

4.2不确定性量化/104

4.2.1参数不确定性/104

4.2.2 代理模型不确定性 / 109

4.3不确定性传递/110

4.3.1基于数字模拟的方法/110

4.3.2基于局部展开的方法/111

4.3.3 基于数值积分的方法/115

4.3.4基于函数展开的方法/117

4.4不确定性变换/120

4.4.1正交变换/121

4.4.2 Rosenblatt 变换 / 122

4.4.3 Nataf变换 / 123

4.4.4 Copula 及Vine Copula理论 / 124

4.5 随机过程与随机场 / 127

4.5.1 随机过程 / 127

4.5.2随机场 /129

4.5.3随机离散理论/130

4.6多源不确定性分析/134

4.6.1不确定性源/134

4.6.2 耦合量化与分析 /135

……

7.4.5应用案例/282

复习思考题 /288

第8章智能设计/290

8.1概述/290

8.2特征工程/290

8.2.1特征理解 /291

8.2.2特征增强/

8.2.3 特征转换 / 294

8.3数据挖掘 /294

8.3.1分类方法/294

8.3.2聚类方法/308

8.3.3降维分析/313

8.4基于机器学习的设计/319

8.4.1神经网络 /319

8.4.2 深度生成模型 /326

8.5基于数字李生的设计/329

8.5.1 物理实体 /330

8.5.2虚拟实体 /330

8.5.3服务 /331

8.5.4李生数据 /331

8.5.5连接 /332

8.6数据驱动的智能设计 /333

8.6.1 数据驱动的力学超材料设计 / 333

8.6.2大数据专家系统 /335

复习思考题 /337

参考文献/338

本教材共分八章，着重介绍了各种现代先进设计的基本概念、原理、方法、特点、应用以及发展方向。第一章对先进设计理念、特点、原则以及先进设计方法进行概述；第二章介绍优化设计方法；第三章介绍基于仿真的设计方法；第四章介绍不确定性设计方法；第五章介绍多子系统层级设计方法；第六章介绍多尺度建模与设计方法；第七章介绍轻量化设计方法；第八章介绍智能设计方法。全书在每章后面都附有适量的复习思考题。