结构优化设计-21世纪高等学校新理念教材建设工程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:东北大学出版社

作者:郭鹏飞

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2005-12-1

价格:27

装帧:简裝本

isbn号码:9787811022223

丛书系列:

图书标签:

• 结构优化设计
• 优化算法
• 有限元分析
• 工程结构
• 新理念教材
• 高等教育
• 结构力学
• 数值方法
• 学科建设
• 21世纪教材

《结构优化设计：探索新纪元的工程智慧》 本书并非《结构优化设计-21世纪高等学校新理念教材建设工程》，而是着眼于结构优化设计这一工程领域的精髓，旨在深入剖析其核心理念、前沿方法与实际应用，引领读者跨入理性、高效、绿色发展的工程新纪元。 在当今科技飞速发展、资源日益珍贵的时代，结构优化设计已不再是可有可无的附加项，而是提升工程性能、降低成本、实现可持续发展的关键驱动力。本书正是以此为出发点，系统性地梳理和阐述了结构优化设计的理论框架与实践路径。 理论基石：精益求精的理性思维 本书首先从理论层面，深入浅出地剖析了结构优化设计的哲学基础和核心概念。我们探讨了“最优”在工程设计中的多重含义——从材料消耗的最少化，到结构性能的最大化，再到制造成本的最小化，以及环境影响的最小化。本书强调，结构优化设计是一种系统性的、迭代式的思维方式，它要求工程师在设计之初就将性能、效率和可持续性置于核心地位。 我们追溯了结构优化设计的发展脉络，从早期基于经验和简化模型的方法，到如今依赖于先进的数学算法和计算工具的自动化流程。本书详细介绍了各种优化算法，包括但不限于： 梯度法及其变种： 如最速下降法、共轭梯度法等，它们通过计算目标函数的梯度方向来搜索最优解，适用于连续优化问题。 启发式算法： 如遗传算法（GA）、粒子群优化（PSO）、模拟退火（SA）等，这些算法模拟自然界中的进化或物理过程，擅长处理复杂的、非线性的、多模态的优化问题，尤其是在搜索空间巨大的情况下表现出色。 确定性算法： 如线性规划、非线性规划、整数规划等，这些方法在特定条件下能够保证找到全局最优解，是许多优化问题的理论基础。 本书不仅介绍了这些算法的原理，更侧重于阐述它们在结构设计中的适用性、优缺点以及如何根据具体问题选择和调整参数。我们还深入探讨了目标函数和约束条件的建立，这包括如何将工程师的意图和实际工程需求转化为数学模型，以及如何处理各种实际工程中的约束，如材料强度、刚度、稳定性、制造工艺、成本限制等。 技术前沿：数字化驱动的创新实践 随着计算机技术的飞速发展，结构优化设计早已摆脱了手工计算的束缚，进入了数字化、智能化时代。本书重点介绍了现代结构优化设计所依赖的关键技术： 有限元分析（FEA）： 作为结构分析的基石，FEA技术被广泛应用于精确评估结构在不同工况下的力学响应。本书详细阐述了如何将FEA模型与优化算法相结合，实现设计参数的迭代更新和性能的持续改进。我们探讨了模型简化、网格划分、边界条件设置等对优化结果准确性和效率的影响。 拓扑优化（Topology Optimization）： 拓扑优化是结构优化设计中极具颠覆性的一种方法，它能够在预设的材料域内，通过材料的“生成”与“移除”，寻找出最优的材料分布形态，从而实现结构的轻量化和性能提升。本书深入剖析了拓扑优化的基本原理，如SIMP（Solid Isotropic Material with Penalization）方法、ESS（Evolutionary Structural Optimization）方法等，并展示了如何通过拓扑优化设计出仿生结构、新型轻量化结构等。 形态优化（Shape Optimization）和尺寸优化（Sizing Optimization）： 本书还系统介绍了形态优化和尺寸优化方法，前者关注结构边界或界面的形状优化，后者则侧重于优化结构的截面参数、壁厚等。我们详细介绍了这些方法在解决特定工程问题中的应用，如降低应力集中、提高抗疲劳性能等。 多学科耦合优化（Multidisciplinary Design Optimization, MDO）： 现代工程往往涉及多个学科的相互影响，如力学、热学、流体力学、电磁学等。本书探讨了如何通过MDO技术，在优化结构的同时，兼顾其他学科的性能需求，实现整体性能的协同优化，例如航空航器的气动-结构耦合优化、电子设备的散热-结构耦合优化等。 人工智能与机器学习在优化设计中的应用： 随着人工智能的兴起，机器学习技术正被越来越多地应用于结构优化设计中，例如利用神经网络预测结构响应，利用强化学习搜索优化策略，或利用生成模型设计新型结构。本书将介绍这些前沿技术如何赋能更智能、更高效的结构优化设计。 应用范畴：赋能百业的工程创新 结构优化设计并非局限于某一特定领域，其强大的普适性和显著的效益使其在众多工程领域得到了广泛而成功的应用。本书将通过丰富的案例研究，展现结构优化设计的魅力： 航空航天工程： 从飞机机翼、发动机部件到航天器结构，轻量化与高强度是航空航天领域永恒的追求。结构优化设计能够显著减轻飞行器的结构重量，提高燃油效率，增强结构刚度和抗载能力。 汽车工程： 在汽车制造中，轻量化直接关系到燃油经济性和操控性能。结构优化设计被广泛应用于车身、底盘、发动机支架等关键部件的设计，以实现减重、提升碰撞安全性、优化 NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能。 土木与建筑工程： 桥梁、高层建筑、隧道等大型基础设施的设计，需要高度关注材料的经济性、结构的安全性以及抗震性能。结构优化设计能够帮助工程师找到更经济、更安全的结构形式，减少材料消耗，提高结构的整体稳定性。 机械制造： 机器人、精密仪器、重型机械等的设计，都离不开对结构强度、刚度、抗疲劳性和轻量化的综合考量。结构优化设计能够为这些复杂机械设备提供更优化的结构布局和参数配置。 生物医学工程： 假肢、医疗器械、植入物等的设计，需要同时满足力学性能、生物相容性和人体工程学要求。结构优化设计在这些领域能够帮助设计出更贴合人体、更具功能性的医疗产品。 能源领域： 风力涡轮机叶片、太阳能电池板支架、储能设备等的设计，也受益于结构优化设计，以提高能量转换效率、降低制造成本、增强可靠性。 未来的展望：迈向智能化与可持续发展的无限可能 结构优化设计是一个充满活力和不断发展的领域。本书在结尾处，将对该领域的未来发展趋势进行展望，包括： 实时优化与自适应设计： 随着传感器技术和智能制造的发展，未来的结构设计将能够实现实时监测和自适应调整，以应对不断变化的工况和环境。 与增材制造（3D打印）的深度融合： 增材制造技术的出现，为结构优化设计提供了前所未有的自由度，能够实现复杂、非线性、仿生化的结构形态，为设计理念的突破带来可能。 绿色优化与可持续设计： 更加关注材料的生命周期评估、可回收性以及环境影响，将成为结构优化设计的重要发展方向，推动工程走向真正的可持续发展。 人机协作与知识融合： 未来的优化设计将更加强调人与机器的协作，结合工程师的经验和创造力，以及人工智能的计算和分析能力，共同创造更卓越的设计。 本书致力于为工程师、研究人员以及对结构优化设计感兴趣的学生提供一本兼具理论深度和实践指导的参考书。通过阅读本书，您将能够深刻理解结构优化设计的核心价值，掌握先进的设计方法，并将其应用于实际工程中，为创造更高效、更安全、更可持续的未来贡献力量。

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这本书的叙述风格和内容组织方式，给我一种强烈的“学院派”色彩。文字相当严谨，充满了精确的数学推导和公式证明，这对于想打下坚实理论基础的读者来说无疑是好事。每一步推导都清晰可见，逻辑链条非常完整，保证了读者不会在阅读过程中因为概念跳跃而感到困惑。然而，这种详尽的理论铺陈，也带来了一个潜在的问题：阅读体验略显枯燥。我希望在讲解复杂的优化算法时，能穿插一些更生动的工程实例或者历史背景，来帮助读者理解这些抽象概念的实际意义和发展脉络。比如，当讲到灵敏度分析时，如果能结合一个实际的桥梁结构或航空部件的例子，展示优化迭代的过程，那会更有启发性。总而言之，它更像是一本教科书，而不是一本引人入胜的工程设计手册，需要读者有足够的耐心和毅力去深入钻研那些复杂的数学模型。

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这本书的排版和图表质量是值得称赞的。图示清晰，逻辑性强，特别是那些表示力流线、应力分布的示意图，帮助我快速理解了优化前后的结构变化。但在某些关键步骤的插图上，我发现缺少了一些细微的注释或标注，使得一些优化概念的解释略显模糊。比如，在介绍拓扑优化边界条件敏感性时，如果没有配合高质量的、带有详细图例说明的图片，读者很容易对“有效区域”的界定产生误解。此外，作为一本面向“新理念”的教材，我期望在介绍的案例中能看到更多近十年来的创新成果，比如与增材制造（3D打印）工艺深度结合的设计实例。目前展示的案例偏向传统制造约束下的优化，这在一定程度上削弱了其“面向未来”的口号所应有的分量。

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从一个注重实践的工程师角度来看，这本书在方法论上的覆盖面令人印象深刻。它不仅涵盖了静态结构优化，对动态响应优化、多目标优化这些更复杂的场景也有所涉及。这一点非常重要，因为现代工程设计很少是单一目标驱动的。我特别留意了关于求解器和算法的章节，希望能看到对现代优化算法，比如遗传算法、粒子群优化等，有深入的比较和分析。虽然书中提及了这些方法，但感觉讨论深度还停留在“是什么”的层面，而对于“在什么情况下用什么最好”的指导性内容相对较少。如果能增加一些关于软件实现、参数设置对优化结果影响的探讨，那这本书的实用价值会倍增。目前看来，它提供了一个很好的理论框架，但将这个框架转化为实际的、高效的优化方案，还需要读者自己去探索和摸索工具的“脾气秉性”。

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拿到这本书的时候，我主要关注的是它在结构优化设计领域的深度和广度。我期望这本书能提供一些突破性的见解，毕竟名字里带着“21世纪新理念”这样的字眼，总让人觉得它应该包含一些前沿的、不同于传统教材的视角。书的整体装帧和排版看起来很专业，印刷质量也属上乘，这至少给了人一种可靠的感觉。不过，当我翻阅目录时，心里稍微有些忐忑，因为很多章节的标题看起来还是比较偏向基础理论的阐述，比如材料力学、有限元分析这些经典内容。我真正期待的是那些关于拓扑优化、形状优化在现代工程实践中的具体应用案例，以及如何利用先进的计算工具来实现这些设计。如果这本书能更侧重于将理论与实际工程问题紧密结合，用更贴近现代工程师思维的方式去组织内容，那它的价值会大大提升。目前来看，它似乎更像是一本扎实的、偏学术性的教材，对于那些希望快速掌握实际优化工具使用的读者来说，可能需要额外的实践经验来补充。

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这本书的知识体系构建得非常系统和完整，从力学基础到优化理论，再到具体的算法实现，形成了一个完整的闭环。这对于自学者来说是一个福音，因为它提供了一条清晰的学习路径，不需要东拼西凑参考其他教材。然而，我发现书中对于如何处理实际工程中的“噪声”和“不确定性”的讨论显得有些不足。在理想化的数学模型下，优化结果往往非常完美，但在现实的制造和服役环境中，材料性能的波动、载荷的不确定性是常态。如果这本书能在“鲁棒优化设计”或“可靠性优化”方面投入更多笔墨，指导读者如何设计出更能抵抗环境变化的结构，那它就不仅仅是一本优化理论书，而是一本真正的工程设计宝典了。总而言之，它是一块非常坚实的理论基石，但需要读者自己去添砖加瓦，应对现实世界的复杂性。

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