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出版者:

作者:[德] 施密特

出品人:

页数:437

译者:

出版时间:2010-11

价格:69.80元

装帧:

isbn号码:9787111308485

丛书系列:

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• 计算机技术
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现代土木工程结构优化设计理论与实践 作者： 张伟，李明 出版社： 科技教育出版社 出版日期： 2023年10月 --- 内容简介 本书深入探讨了现代土木工程领域中，结构优化设计的核心理论、先进方法及其在实际工程中的应用。面对日益严苛的性能要求、环境约束和成本控制，传统的设计方法已显现出局限性。本书旨在为结构工程师、设计人员、研究人员以及土木工程专业高年级学生提供一个全面且深入的视角，理解如何通过科学的优化手段，实现结构的轻量化、高效率、高可靠性和可持续性。 全书结构严谨，内容覆盖了从基础优化理论到复杂工程问题求解的全过程。我们不仅关注结构强度和刚度，更强调在多目标约束下的性能平衡与提升，尤其关注新型材料和智能制造技术对结构设计范式的革新影响。 第一部分：优化设计基础与理论框架 本部分奠定结构优化设计的理论基石。 第一章：结构优化设计概述 本章首先界定结构优化的概念、历史沿革及其在现代工程中的战略地位。重点阐述了优化设计的必要性，包括资源节约、性能提升和风险最小化。随后，详细介绍了结构优化问题的数学模型构建方法，包括目标函数（如最小重量、最小变形、最大固有频率）、设计变量（截面尺寸、材料分布、拓扑布局）和约束条件（强度、稳定性、位移、服务性要求）的精确表达。本章强调了实际工程中“理想模型”与“现实可行性”之间的桥接。 第二章：经典优化算法回顾与应用 本章系统回顾了经典的数学规划方法在结构优化中的应用。重点解析了线性规划（LP）、非线性规划（NLP），特别是序列二次规划（SQP）和牛顿法在处理光滑、可导优化问题时的优势与局限。针对工程中常见的非凸性问题，引入了罚函数法和内点法等处理约束条件的有效策略。本章通过具体的算例，展示如何利用这些经典算法解决简单的梁、桁架尺寸优化问题。 第三章：随机性与可靠性优化理论 现代工程结构面临着材料性能波动、荷载不确定性以及环境随机变化等挑战。本章聚焦于可靠性结构设计（RSD）和可靠性优化。系统介绍了概率论在结构分析中的应用，包括随机变量的描述、性能函数的概率计算。核心内容涵盖了一阶可靠性方法（FORM）和二阶可靠性方法（SORM），并探讨了如何将可靠性指标作为目标函数或约束条件，实现结构在预定安全水平下的最优设计。本章还引入了不确定性量化（UQ）的方法，为评估设计鲁棒性提供工具。 第二部分：先进优化方法与智能算法 本部分侧重于处理工程中遇到的复杂、高维、多峰值优化问题的先进算法。 第四章：拓扑优化：从概念到实现 拓扑优化是实现结构材料最佳分布的前沿技术。本章详细阐述了均匀性有限元法（HUFEM）和密度法（SIMP/BESO）等主流拓扑优化方法的原理。重点分析了材料去除与保留的判定标准、网格依赖性问题（Mesh Dependency）的消除技术，以及如何通过后处理技术将优化结果转化为可制造的结构形式。本章提供了大量的2D和3D拓扑优化案例，展示了如何揭示自然的、生物启发式的承载路径。 第五章：启发式与进化算法在结构优化中的应用 针对结构优化问题常出现的非凸性、多模态性以及计算成本高昂的特点，本章深入介绍了启发式算法，特别是遗传算法（GA）、粒子群优化（PSO）和模拟退火（SA）。详细分析了这些算法的编码策略、适应度函数设计以及参数调优技巧。与传统梯度方法相比，本章着重论述了进化算法在处理离散设计变量和复杂约束时的强大泛化能力。 第六章：基于代理模型的响应面法与机器学习辅助优化 在有限元分析成本极高的大型结构优化中，使用代理模型（Surrogate Models）替代昂贵的全精度模拟至关重要。本章介绍了响应面法（RSM）、径向基函数（RBF）和高斯过程模型（Kriging）的构建。更进一步，本章探讨了如何利用深度学习模型（如神经网络）来快速预测结构响应，并将这些快速模型嵌入到迭代优化循环中，显著加速多学科优化（MDO）的进程。 第三部分：多学科耦合与实际工程应用 本部分将理论与实践相结合，探讨复杂工程系统中的优化策略。 第七章：多目标与多学科优化（MDO） 现代工程设计往往涉及多个相互冲突的目标（如成本、重量、刚度、热性能）。本章系统介绍了帕累托最优集的概念，并探讨了实现多目标优化的关键技术，如加权求和法、ε-约束法和线性化方法。随后，本章将视角扩展到MDO领域，重点分析了耦合和解耦策略在处理气动弹性、结构-热耦合、以及结构-制造约束集成优化中的应用。 第八章：制造约束与增材制造（AM）下的结构优化 先进制造技术，尤其是增材制造（3D打印），极大地拓宽了结构优化的边界。本章专门探讨了如何将制造约束集成到设计过程中。内容包括：如何约束悬垂角以适应特定打印方向，如何考虑最小特征尺寸限制，以及如何利用拓扑优化设计出复杂晶格结构（Lattice Structures）。本章提供了基于增材制造的设计（DfAM）的优化案例，展示了新型材料在优化结构中的潜力。 第九章：大型结构与动态响应优化 针对桥梁、高层建筑和航空航天结构等，动态性能至关重要。本章深入研究了结构的振动控制和抗震优化。重点包括：模态分析、频率控制优化，以及如何通过优化阻尼器的布置和参数来实现结构对特定地震波的最小响应。本章还涉及基于时程分析的极限状态优化方法。 第十章：案例研究与未来展望 本章通过对实际工程项目（如某新型超轻量化空间桁架或高性能车辆底盘）的优化设计流程进行详尽解说，总结了理论与实践的结合点。最后，本章展望了结构优化设计领域的未来发展方向，包括拓扑优化的实时反馈、基于AI的自主设计系统，以及材料与结构一体化设计的新范式。 --- 本书特点： 1. 理论与应用并重： 既有扎实的数学基础，又有大量工程实例支撑。 2. 前沿技术覆盖： 深度剖析了拓扑优化、增材制造约束优化等当前热点领域。 3. 注重实践操作： 提供了算法选择和模型构建的实用指导。 本书适合于从事土木、结构、机械、航空航天等领域的设计工程师、研究生以及相关领域的科研人员参考使用。

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《高端装备可靠性工程与寿命预测》这本书，风格非常严谨和学术化，读起来需要一定的专业基础和耐心。它深入探讨了装备在长期服役过程中如何保持其性能和可靠性。书中详细介绍了基于状态监测（CBM）的预测性维护模型，运用了大量的统计学和概率论工具来量化风险。我特别关注了疲劳分析和损伤累积模型的构建方法，作者结合了材料科学的知识来解释宏观失效现象，这种跨学科的融合令人印象深刻。虽然内容偏向理论深度，但它对于提升关键制造设备的设计寿命、降低非计划停机时间具有至关重要的指导意义。这本书更像是一部面向研发人员和高级维护专家的参考宝典，它推动我们从“事后维修”向“事前预防”的思维转变。

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这部名为《先进制造技术与数字化转型》的著作，可以说是对当前制造业升级趋势的一次深刻剖析。它不仅仅停留在技术层面，更着重于战略和管理视角，探讨了如何利用数字化技术重塑生产模式。书中关于增材制造（3D打印）在复杂零部件生产中的应用、虚拟仿真技术在工艺优化中的作用，都体现了很强的时代前沿性。我对其中关于数字化供应链整合的章节印象深刻，它揭示了从设计、生产到物流全链条打通的必要性与挑战。作者在讨论“工业4.0”的落地实践时，并未过度美化，而是客观地指出了企业在数据安全、人才培养等方面需要面对的现实困难，这种务实的态度让读者感到非常可靠。这本书无疑为那些致力于推动企业实现智能化升级的管理人员和工程师提供了宝贵的行动指南。

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我最近翻阅了《数控机床编程与操作实用手册》，感觉它简直是车间操作人员的“圣经”。这本书的实用性超乎我的想象，几乎涵盖了从G代码和M代码的基础语法到复杂五轴加工路径规划的全部内容。它没有过多地纠缠于冗长的理论推导，而是直接聚焦于如何高效、准确地编写和调试程序。书中的大量实例，从简单的二维轮廓铣削到复杂的曲面加工，都附带了详细的参数说明和刀具选择建议，让人可以直接在机床上进行验证和学习。特别是关于刀具补偿和误差修正的章节，为我解决实际生产中的精度难题提供了立竿见影的帮助。对于那些需要快速上手掌握数控技术的人来说，这本书的价值是无可替代的，它将复杂的编程艺术转化为了清晰易懂的操作步骤。

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《现代装配技术与柔性制造系统》这本书，为我们描绘了一幅高效、灵活的未来车间蓝图。它侧重于如何将不同的制造单元有机地组织起来，以适应小批量、多品种的生产需求。书中对机器人抓取路径规划、视觉引导的精密装配流程，以及柔性生产线（FMS）的调度算法进行了细致的梳理。我发现，作者在强调自动化优势的同时，也花了相当的篇幅来探讨人机协作（Cobots）在复杂装配任务中的作用，这体现了一种务实的人本主义理念。通过阅读，我对如何优化工装夹具设计以适应快速换型需求有了全新的理解。这本书的重点在于系统的集成与协同，它让我们看到，单一设备的先进性远不如整个制造系统的高效协同来得更有价值。

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《工业自动化与过程控制系统》这本书给我带来了全新的视角。它系统地阐述了现代工业生产中自动化系统的构建、运行和维护。书中对于传感器技术、执行器选择以及PLC编程的讲解深入浅出，即便是对自动化初学者来说，也能很快掌握核心概念。特别值得一提的是，作者在介绍分布式控制系统（DCS）时，结合了多个实际案例，使得抽象的理论变得具象化。我尤其欣赏它在系统集成和网络通信方面的论述，这在当前工业物联网的大背景下显得尤为重要。读完后，我对如何设计一个稳定可靠的自动化生产线有了更清晰的认识，对于理解现代智能制造的底层逻辑也大有裨益。这本书的图文并茂，配图清晰准确，为理解复杂的控制流程提供了极大的便利。

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