solidThinking Inspire优化设计基础与工程应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

徐成斌 路明村 张卫明 著

图书标签:

• 优化设计
• SolidThinking Inspire
• 结构优化
• 拓扑优化
• 轻量化设计
• 工程应用
• 有限元分析
• 产品设计
• 创新设计
• 机械设计

店铺： 碧海箫音图书专营店

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111555926

商品编码：29668507906

包装：平装-胶订

出版时间：2016-12-01

基本信息

书名：solidThinking Inspire优化设计基础与工程应用

定价：49.00元

作者：徐成斌 路明村 张卫明

出版社：机械工业出版社

出版日期：2016-12-01

ISBN：9787111555926

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

---

1. 澳汰尔公司官方指定用书，澳汰尔一线工程师倾力打造。2. 案例精挑细选，均为实际工程案例，方便读者快速掌握软件操作技能。

内容提要

---

《solidThinking Inspire优化设计基础与工程应用》详细介绍了solidThinking的拓扑优化软件Inspire的功能、使用方法，并介绍了使用该软件解决工程问题的案例。通过具体的软件操作过程帮助读者掌握软件功能以及在一些特殊工程情况下的使用技巧。　　《solidThinking Inspire优化设计基础与工程应用》针对读者包括希望学习solidThinking软件的工程技术人员、高校学生和相关专业的教师。

目录

---

作者介绍

---

文摘

---

序言

---

深度洞察：结构优化设计原理与实践 本书并非直接介绍特定软件的操作技巧，而是致力于为读者构建一套坚实的结构优化设计理论体系，并辅以贴近工程实际的案例分析，旨在培养读者从根本上理解并运用优化设计解决工程难题的能力。我们相信，掌握了核心原理，即便面对不同的软件工具，也能够游刃有余。 第一部分：优化设计理论基石 第一章：优化设计的缘起与发展 工程设计的挑战与机遇： 深入探讨传统工程设计中材料浪费、性能瓶颈、成本压力等普遍存在的痛点，引出结构优化设计作为应对这些挑战的强大手段。 优化设计的基本概念： 清晰界定“优化”、“目标函数”、“设计变量”、“约束条件”等核心术语，为后续的学习奠定基础。 学科交叉的魅力： 阐述优化设计如何融合了数学、力学、计算机科学、材料科学等多个学科的知识，强调其跨学科的特性。 历史的回顾与前瞻： 简要梳理优化设计思想的萌芽、发展历程，并展望其在人工智能、生物仿生等前沿技术驱动下的未来趋势。 第二章：数学基础——理解优化的语言 向量与矩阵： 详细讲解向量和矩阵在描述工程问题和进行计算时的作用，包括基本运算、线性方程组求解等。 多元函数与微积分： 重点阐述多元函数的泰勒展开、梯度、Hessian矩阵等概念，为理解目标函数的局部特性和搜索方向提供理论依据。 线性代数与特征值分析： 介绍特征值和特征向量在分析结构稳定性、模态等问题中的应用，与后续的拓扑优化有着紧密的联系。 优化算法的数学原理： 深入剖析几类经典的优化算法，如梯度下降法、牛顿法、共轭梯度法等，解释其迭代过程、收敛条件和优缺点，但避免涉及具体软件的实现细节。 第三章：结构力学与有限元方法——分析的利器 弹性力学基础： 回顾应力、应变、本构关系等基本概念，为理解结构在载荷作用下的响应打下基础。 有限元方法的原理： 详细阐述有限元法的离散化思想、单元构建、形函数选取、刚度矩阵组装、载荷向量施加以及方程求解的全过程。 边界条件与载荷的精确施加： 强调在有限元模型中正确设置固定约束、位移约束、力载荷、压力载荷以及温度载荷的重要性。 结构的响应分析： 讲解如何利用有限元方法获取结构的位移、应力、应变、应变能等关键信息，这些信息将作为评估结构性能的依据。 有限元模型的质量评估： 探讨网格密度、单元类型选择、边界条件准确性等对仿真结果精度的影响。 第四章：优化设计的基本方法与算法 基于响应面法的优化： 介绍如何通过构建响应面函数来逼近复杂的真实响应，从而简化优化过程。 可靠性灵敏度分析： 阐述如何评估设计参数的变化对结构性能的影响程度，为提高设计的鲁棒性提供指导。 多目标优化理论： 探讨当存在多个相互冲突的优化目标时，如何寻找帕累托最优解集，实现多方面的性能权衡。 算法的分类与选择： 介绍遍历搜索、随机搜索、启发式算法（如遗传算法、粒子群优化）等不同类型的优化算法，并分析它们在不同问题中的适用性。 算法的收敛性与效率： 讨论影响算法收敛速度和计算效率的关键因素，以及如何根据问题特性选择合适的算法。 第二部分：结构优化设计在工程中的应用 第五章：拓扑优化——从概念到创新的催化剂 拓扑优化的核心思想： 深入解析拓扑优化如何通过材料的“填充”与“去除”来寻找最优的材料分布，从而在给定设计空间内实现最佳性能。 经典的拓扑优化方法： 详细介绍SIMP（Solid Isotropic Material with Penalization）方法、Level Set方法等主流的拓扑优化算法的数学模型和求解流程。 密度法与厚度法的区别与联系： 阐明不同拓扑优化方法在处理材料密度和几何形状变化上的差异。 材料属性与失效准则： 讨论在拓扑优化过程中如何考虑材料的各向同性、各向异性以及屈服、断裂等失效模式。 拓扑优化结果的解释与后处理： 强调如何解读优化生成的复杂几何形状，以及如何通过CAD软件进行修复和再设计。 第六章：形状优化——精雕细琢，化繁为简 形状优化的目标与策略： 阐述形状优化如何通过改变结构的边界形状来改善其力学性能，例如减小应力集中、提高刚度等。 基于节点移动的形状优化： 介绍如何通过节点坐标的调整来驱动边界的变化，并将其与有限元分析相结合。 变形梯度方法： 深入探讨变形梯度在描述几何形状变化和梯度计算中的作用。 平滑性与可制造性： 讨论在形状优化过程中如何保证优化边界的平滑性，并考虑实际制造工艺的限制。 与拓扑优化的协同： 探讨如何将拓扑优化得到的粗略形状进一步通过形状优化进行精细化设计。 第七章：尺寸优化——参数的精妙调控 尺寸优化的定义与应用： 明确尺寸优化的概念，即在给定结构拓扑和形状下，通过调整结构的尺寸参数（如梁的厚度、板的宽度、孔的直径等）来优化性能。 参数化建模与几何映射： 介绍如何将结构尺寸参数化，并通过几何映射技术将尺寸的变化应用于有限元模型。 灵敏度分析在尺寸优化中的作用： 重点阐述如何通过灵敏度分析来高效地指导尺寸参数的更新。 常见的尺寸优化问题： 举例说明如何通过尺寸优化来降低重量、提高强度、控制模态频率等。 第八章：参数化建模与优化集成 参数化建模的优势： 强调参数化模型在工程设计中的灵活性和高效性，能够方便地进行设计变动。 CAD/CAE/Optimization之间的协同： 探讨如何构建一个无缝集成的设计流程，实现CAD模型、CAE仿真与优化算法的高效联动。 变量链接与约束的建立： 讲解如何在参数化模型中准确定义设计变量、目标函数和约束条件，并将其传递给优化器。 自动化设计流程的构建： 阐述如何通过脚本或高级接口实现设计、仿真、优化的全流程自动化，大幅提高设计效率。 第三部分：工程应用案例与进阶探讨 第九章：典型工程领域的优化设计实践 航空航天领域的应用： 轻量化设计： 分析飞机机翼、机身、发动机支架等部件的优化设计案例，如何减重同时保证强度和刚度。 减振降噪： 探讨通过结构优化来降低结构振动和噪声传播的策略。 热管理优化： 介绍如何优化散热器、热交换器等结构以提高传热效率。 汽车工程领域的应用： 车身结构强度与刚度优化： 分析白车身、底盘等部件的优化设计，提升碰撞安全性与操控性能。 发动机部件优化： 探讨活塞、连杆、曲轴等关键部件的轻量化与强度提升。 底盘悬挂系统优化： 优化减震器、控制臂等部件的结构，提升舒适性与操控性。 机械制造领域的应用： 机床结构优化： 提高机床的刚度和精度，减少动态变形。 模具设计优化： 优化模具的冷却效率、强度和使用寿命。 机器人手臂优化： 减轻手臂重量，提高运动速度和精度。 生物医学工程领域的应用： 仿生结构设计： 学习生物结构的优化原理，设计更高效、更轻巧的医疗器械。 植入物设计： 优化骨科植入物（如人工关节、骨板）的力学性能，提高生物相容性。 微流控芯片设计： 优化流道结构，提高流体控制精度和效率。 第十章：高级优化技术与前沿展望 尺寸相关的优化（Topological Derivative）： 介绍如何通过拓扑导数来更精确地控制材料的移除或添加，实现更精细的拓扑优化。 多尺度优化： 探讨如何在不同尺度上同时进行优化，例如宏观结构与微观材料组织的协同优化。 异种材料结构优化： 针对包含多种材料的复合结构，研究如何进行优化设计。 考虑制造约束的优化： 深入分析铸造、锻造、增材制造（3D打印）等不同制造工艺对优化设计的影响，以及如何将制造约束融入优化过程。 优化与机器学习的结合： 展望如何利用机器学习预测优化结果，加速优化进程，以及如何从大量优化数据中学习设计模式。 未来发展方向： 探讨优化设计在智能制造、可持续发展、极端环境应用等领域的广阔前景。 通过本书的学习，读者将不再局限于对特定软件工具的机械操作，而是能够深入理解结构优化设计的科学原理，掌握分析和解决复杂工程问题的强大方法论，从而在实际工程设计中，做出更明智、更高效、更具创新性的决策。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得，真正的设计是艺术与科学的结合，而这本书恰好在我看来，将这个理念完美地体现在了 Inspire 的优化设计中。它没有像很多技术手册那样，冰冷地列出各种命令和参数，而是从“为什么”出发，深入浅出地讲解了 Inspire 背后的设计逻辑和哲学。书中最让我受益匪浅的部分，是关于“形状演化”和“材料分布”的深入探讨。作者通过生动的比喻，比如将材料比作“可塑的泥土”，将优化过程比作“雕塑家精雕细琢”，让我深刻理解了拓扑优化是如何在满足性能需求的前提下，找到最“自然”也是最“高效”的材料分布方式。书中还详细介绍了如何根据不同的材料特性，例如金属、复合材料等，来调整优化参数，这对于我这样需要处理多种材料的设计师来说，非常有价值。而且，书中的案例非常贴近实际工业生产，比如汽车零部件的减重、医疗器械的结构设计等，这些都让我看到了 Inspire 巨大的应用潜力。我感觉，这本书不仅仅是软件的使用指南，更是一本帮助我提升设计思维和解决实际工程问题的宝典。

评分☆☆☆☆☆

这本书彻底颠覆了我对工业设计软件的认知。我一直以为，设计软件就是用来“画图”的，而 Inspire 却让我看到了“智慧设计”的可能性。它不是简单地让你按照自己的想法来画，而是让你“赋予”设计生命，让软件帮你找到最优的解决方案。书中关于“仿生设计”和“生物启发式优化”的章节，让我大开眼界。通过模仿自然界中的生物结构，例如蜂窝状结构、骨骼结构等，来优化产品性能，这简直是太酷了！我以前从未想过，设计还可以从大自然中汲取灵感。而且，书中还详细介绍了如何将 Inspire 的优化结果与3D打印等增材制造技术相结合，这为我打开了全新的设计思路。传统制造方式的限制，在增材制造面前几乎不复存在，而 Inspire 的优化能力，更是如虎添翼。这本书的语言风格也很吸引人，不像是枯燥的技术文档，更像是一位经验丰富的工程师在和你分享他的心得体会，让我读起来津津有味，也更加深入地理解了 Inspire 的核心价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是给我打开了新世界的大门！一直以来，我对结构优化的认知都停留在比较基础的层面，觉得就是个“削减”的过程。但 Inspire 让我看到了更深层次的可能性，它不仅仅是简单地移除材料，而是在整个设计流程中扮演着一个主动的角色。书里关于拓扑优化算法的讲解，虽然一开始有点烧脑，但作者用了很多形象的比喻和实际案例，比如桥梁的受力分析，飞机零件的轻量化，让我能逐步理解那些复杂的数学模型是如何转化为实际的设计方案的。最让我惊喜的是，它不仅仅关注“优化”本身，还花了相当大的篇幅来讲述如何将优化结果“落地”，比如如何处理优化后的不规则几何形状，如何进行后续的模具设计和制造。这一点对于我这样一个工程背景的人来说，简直是福音。我之前也尝试过一些优化软件，但很多时候拿到手的优化结果都无法直接使用，导致大量的返工。而这本书提供的思路，让我觉得 Inspire 更有“工程思维”，它考虑到了实际生产中的各种限制和挑战。看完之后，我迫不及待地想把书中的方法应用到我正在进行的那个项目上，感觉效率和创新性都能得到极大的提升。

评分☆☆☆☆☆

说实话，一开始是被“优化设计”这个主题吸引，觉得或许能找到一些快速提升产品性能的“捷径”。拿到这本书后，我花了点时间粗略翻阅，然后被其中一个章节深深吸引住了——那就是关于 Inspire 在航空航天领域的应用案例。书中详细剖析了如何利用 Inspire 对飞机起落架、机翼蒙皮等关键部件进行轻量化设计，以及这些优化如何直接影响飞机的燃油效率和载重能力。我尤其对书中关于“负载工况”和“约束条件”的设定部分印象深刻。作者并没有简单地告诉你怎么点按钮，而是深入讲解了在实际工程中，需要考虑哪些力、哪些固定方式，以及哪些区域是不能被轻易优化的。这种“由浅入深”的讲解方式，加上大量高清的渲染图和流程示意图，让整个过程变得清晰可见。我甚至觉得，这本书不仅仅是教你用一个软件，更重要的是在传授一种“思考优化”的设计哲学。我之前也接触过一些偏理论的书籍，读起来枯燥乏味，但这本书通过案例驱动，让理论知识变得生动有趣，也让我对 Inspire 这个软件产生了浓厚的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种工程新手来说，学习一款新的设计软件总是充满了挑战，但这本书真的是让我感觉“上手”了很多。它没有上来就扔给我一堆晦涩难懂的术语，而是从最基础的概念讲起，比如什么是“应力集中”，什么是“刚度”，以及这些概念是如何与优化设计紧密联系的。书中的操作步骤非常详细，而且配有很多截图，我跟着书中的指示一步步操作，很快就熟悉了 Inspire 的基本界面和常用功能。我尤其喜欢它关于“参数化设计”和“形状调整”的章节。它让我明白，优化设计不仅仅是“一锤子买卖”，而是一个迭代和优化的过程。你可以先通过拓扑优化得到一个初步的形状，然后再根据实际需求进行一些微调，比如圆角、倒角等，让优化结果更符合制造工艺。这本书的优点在于，它在讲解软件操作的同时，也穿插了很多实际的工程案例，让我能理解这些操作背后的意义，而不是机械地模仿。感觉学完这本书，我真的可以开始用 Inspire 来解决一些实际的设计问题了。