本书系统介绍了机械产品数字化设计的基本理论、方法及其在工程实践中的应用。全书共8章，内容涵盖绪论、数字化建模理论概述、多体动力学分析、有限元法基础、优化设计基础，以及SolidWorks、ADAMS和ANSYS等主流工程软件的应用。书中结合现代设计技术的发展趋势，详细阐述了从传统设计到数字化设计的演进过程，强调了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）和优化设计在现代机械工程中的核心作用。
本书注重理论与实践的结合，通过丰富的工程案例和图表说明，帮助读者深入理解复杂机械系统的设计原理和分析方法。书中还提供了大量实际问题的解决方案，旨在培养读者的创新思维和解决实际工程问题的能力。各章内容循序渐进，从基础概念到高级应用，适合机械工程及相关专业的本科生和研究生学习使用，也可作为工程技术人员的参考用书。
第1章 绪论 1
1.1 设计与设计方法 1
1.1.1 设计的概念和定义 1
1.1.2 数字化设计的本质与类型 1
1.2 机械产品设计 2
1.2.1 现代机械 2
1.2.2 创新产品开发 2
1.2.3 机械产品设计的三个阶段 3
1.2.4 机械产品设计的一般进程 4
1.3 传统设计与数字化设计 4
1.3.1 设计的发展与变迁 5
1.3.2 数字化设计的手段与特征 7
1.3.3 现代设计方法的内容与范畴 9
思考题 11
第2章 数字化建模理论概述 12
2.1 计算机辅助设计的概念 12
2.2 CAD系统 13
2.2.1 CAD系统的组成 13
2.2.2 CAD系统的功能和特征 17
2.3 CAD造型方法 19
2.3.1 几何造型 19
2.3.2 特征造型 22
2.3.3 曲线曲面造型 23
思考题 25
第3章 多体动力学分析 26
3.1 多体系统 26
3.2 广义坐标与广义力 27
3.2.1 广义坐标与虚位移 27
3.2.2 虚功与广义力 28
3.2.3 拉格朗日方程 29
3.3 约束方程 30
3.3.1 约束方程的定义 30
3.3.2 非独立变量与独立变量的关系 31
3.3.3 含有非独立变量的动力学方程 32
3.4 多刚体的动力学方程 33
3.4.1 多刚体的动能及质量矩阵 33
3.4.2 多刚体的惯性力 35
3.4.3 系统动力学方程的组集及求解 37
思考题 39
应用题 39
第4章 有限元法基础 40
4.1 弹性力学基本原理 40
4.1.1 弹性力学的基本假定 41
4.1.2 弹性力学中的基本概念 41
4.2 有限元法的基本思想 48
4.2.1 有限元法求解步骤 49
4.2.2 有限元法的优势与不足 50
4.2.3 有限元法的应用领域 51
4.3 有限元分析中的若干问题 52
4.3.1 有限元建模的基本原则 52
4.3.2 有限元建模中的一般方法 53
4.3.3 减小模型规模的常用措施 57
4.3.4 计算结果的处理 58
思考题 58
第5章 优化设计基础 60
5.1 优化设计概述 60
5.2 优化设计的建模 64
5.2.1 设计变量与设计空间 65
5.2.2 约束 66
5.2.3 目标函数 67
5.2.4 数学模型 68
5.3 优化设计问题的基本解法 71
5.3.1 一维搜索方法 73
5.3.2 确定初始区间的方法 73
5.3.3 0.618法（黄金分割法） 75
5.3.4 无约束优化设计方法 77
5.3.5 Powell法 77
5.3.6 变尺度法 78
思考题 81
第6章 机械结构几何建模技术：SolidWorks软件应用 82
6.1 SolidWorks软件介绍 82
6.2 SolidWorks软件的界面 83
6.3 SolidWorks软件的建模操作 86
6.3.1 零件设计 87
6.3.2 装配设计 90
6.3.3 曲面设计 92
6.4 SolidWorks参数化建模方法 99
思考题 102
第7章 机械系统运动学/动力学分析计算：ADAMS软件应用 103
7.1 ADAMS软件简介 103
7.2 创建模型 104
7.2.1 创建曲柄连杆机构 104
7.2.2 创建凸轮机构 114
7.2.3 创建起重机 122
7.2.4 创建弹簧阻尼器 137
7.3 参数分析 147
7.3.1 设计研究 148
7.3.2 试验设计 148
7.4 参数化建模实例—夹紧机构 149
7.5 优化设计 160
7.5.1 模型参数化 160
7.5.2 设计研究 161
7.5.3 优化设计与分析 163
思考题 166
应用题 166
第8章 有限元分析技术：ANSYS软件应用 168
8.1 ANSYS软件介绍 168
8.2 ANSYS软件界面与基本操作 170
8.3 ANSYS软件分析基本流程 172
8.3.1 前处理 172
8.3.2 施加载荷、设置求解参数并求解 173
8.3.3 后处理 173
8.4 ANSYS软件分析结果后处理 173
8.5 ANSYS联合仿真与参数优化方法 176
8.5.1 利用ADAMS软件生成构件的边界条件 176
8.5.2 利用ANSYS软件对刚性构件进行有限元分析 176
8.5.3 利用ADAMS软件对刚柔耦合模型进行仿真分析 177
8.5.4 Matlab与ANSYS联合仿真 177
思考题 178
参考文献 179
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