solidThinking Inspire優化設計基礎與工程應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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徐成斌 路明村 張衛明 著

圖書標籤:

• 優化設計
• SolidThinking Inspire
• 結構優化
• 拓撲優化
• 輕量化設計
• 工程應用
• 有限元分析
• 産品設計
• 創新設計
• 機械設計

店鋪： 碧海簫音圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111555926

商品編碼：29668507906

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2016-12-01

基本信息

書名：solidThinking Inspire優化設計基礎與工程應用

定價：49.00元

作者：徐成斌 路明村 張衛明

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2016-12-01

ISBN：9787111555926

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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1. 澳汰爾公司官方指定用書，澳汰爾一綫工程師傾力打造。2. 案例精挑細選，均為實際工程案例，方便讀者快速掌握軟件操作技能。

內容提要

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《solidThinking Inspire優化設計基礎與工程應用》詳細介紹瞭solidThinking的拓撲優化軟件Inspire的功能、使用方法，並介紹瞭使用該軟件解決工程問題的案例。通過具體的軟件操作過程幫助讀者掌握軟件功能以及在一些特殊工程情況下的使用技巧。　　《solidThinking Inspire優化設計基礎與工程應用》針對讀者包括希望學習solidThinking軟件的工程技術人員、高校學生和相關專業的教師。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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深度洞察：結構優化設計原理與實踐 本書並非直接介紹特定軟件的操作技巧，而是緻力於為讀者構建一套堅實的結構優化設計理論體係，並輔以貼近工程實際的案例分析，旨在培養讀者從根本上理解並運用優化設計解決工程難題的能力。我們相信，掌握瞭核心原理，即便麵對不同的軟件工具，也能夠遊刃有餘。 第一部分：優化設計理論基石 第一章：優化設計的緣起與發展 工程設計的挑戰與機遇： 深入探討傳統工程設計中材料浪費、性能瓶頸、成本壓力等普遍存在的痛點，引齣結構優化設計作為應對這些挑戰的強大手段。 優化設計的基本概念： 清晰界定“優化”、“目標函數”、“設計變量”、“約束條件”等核心術語，為後續的學習奠定基礎。 學科交叉的魅力： 闡述優化設計如何融閤瞭數學、力學、計算機科學、材料科學等多個學科的知識，強調其跨學科的特性。 曆史的迴顧與前瞻： 簡要梳理優化設計思想的萌芽、發展曆程，並展望其在人工智能、生物仿生等前沿技術驅動下的未來趨勢。 第二章：數學基礎——理解優化的語言 嚮量與矩陣： 詳細講解嚮量和矩陣在描述工程問題和進行計算時的作用，包括基本運算、綫性方程組求解等。 多元函數與微積分： 重點闡述多元函數的泰勒展開、梯度、Hessian矩陣等概念，為理解目標函數的局部特性和搜索方嚮提供理論依據。 綫性代數與特徵值分析： 介紹特徵值和特徵嚮量在分析結構穩定性、模態等問題中的應用，與後續的拓撲優化有著緊密的聯係。 優化算法的數學原理： 深入剖析幾類經典的優化算法，如梯度下降法、牛頓法、共軛梯度法等，解釋其迭代過程、收斂條件和優缺點，但避免涉及具體軟件的實現細節。 第三章：結構力學與有限元方法——分析的利器 彈性力學基礎： 迴顧應力、應變、本構關係等基本概念，為理解結構在載荷作用下的響應打下基礎。 有限元方法的原理： 詳細闡述有限元法的離散化思想、單元構建、形函數選取、剛度矩陣組裝、載荷嚮量施加以及方程求解的全過程。 邊界條件與載荷的精確施加： 強調在有限元模型中正確設置固定約束、位移約束、力載荷、壓力載荷以及溫度載荷的重要性。 結構的響應分析： 講解如何利用有限元方法獲取結構的位移、應力、應變、應變能等關鍵信息，這些信息將作為評估結構性能的依據。 有限元模型的質量評估： 探討網格密度、單元類型選擇、邊界條件準確性等對仿真結果精度的影響。 第四章：優化設計的基本方法與算法 基於響應麵法的優化： 介紹如何通過構建響應麵函數來逼近復雜的真實響應，從而簡化優化過程。 可靠性靈敏度分析： 闡述如何評估設計參數的變化對結構性能的影響程度，為提高設計的魯棒性提供指導。 多目標優化理論： 探討當存在多個相互衝突的優化目標時，如何尋找帕纍托最優解集，實現多方麵的性能權衡。 算法的分類與選擇： 介紹遍曆搜索、隨機搜索、啓發式算法（如遺傳算法、粒子群優化）等不同類型的優化算法，並分析它們在不同問題中的適用性。 算法的收斂性與效率： 討論影響算法收斂速度和計算效率的關鍵因素，以及如何根據問題特性選擇閤適的算法。 第二部分：結構優化設計在工程中的應用 第五章：拓撲優化——從概念到創新的催化劑 拓撲優化的核心思想： 深入解析拓撲優化如何通過材料的“填充”與“去除”來尋找最優的材料分布，從而在給定設計空間內實現最佳性能。 經典的拓撲優化方法： 詳細介紹SIMP（Solid Isotropic Material with Penalization）方法、Level Set方法等主流的拓撲優化算法的數學模型和求解流程。 密度法與厚度法的區彆與聯係： 闡明不同拓撲優化方法在處理材料密度和幾何形狀變化上的差異。 材料屬性與失效準則： 討論在拓撲優化過程中如何考慮材料的各嚮同性、各嚮異性以及屈服、斷裂等失效模式。 拓撲優化結果的解釋與後處理： 強調如何解讀優化生成的復雜幾何形狀，以及如何通過CAD軟件進行修復和再設計。 第六章：形狀優化——精雕細琢，化繁為簡 形狀優化的目標與策略： 闡述形狀優化如何通過改變結構的邊界形狀來改善其力學性能，例如減小應力集中、提高剛度等。 基於節點移動的形狀優化： 介紹如何通過節點坐標的調整來驅動邊界的變化，並將其與有限元分析相結閤。 變形梯度方法： 深入探討變形梯度在描述幾何形狀變化和梯度計算中的作用。 平滑性與可製造性： 討論在形狀優化過程中如何保證優化邊界的平滑性，並考慮實際製造工藝的限製。 與拓撲優化的協同： 探討如何將拓撲優化得到的粗略形狀進一步通過形狀優化進行精細化設計。 第七章：尺寸優化——參數的精妙調控 尺寸優化的定義與應用： 明確尺寸優化的概念，即在給定結構拓撲和形狀下，通過調整結構的尺寸參數（如梁的厚度、闆的寬度、孔的直徑等）來優化性能。 參數化建模與幾何映射： 介紹如何將結構尺寸參數化，並通過幾何映射技術將尺寸的變化應用於有限元模型。 靈敏度分析在尺寸優化中的作用： 重點闡述如何通過靈敏度分析來高效地指導尺寸參數的更新。 常見的尺寸優化問題： 舉例說明如何通過尺寸優化來降低重量、提高強度、控製模態頻率等。 第八章：參數化建模與優化集成 參數化建模的優勢： 強調參數化模型在工程設計中的靈活性和高效性，能夠方便地進行設計變動。 CAD/CAE/Optimization之間的協同： 探討如何構建一個無縫集成的設計流程，實現CAD模型、CAE仿真與優化算法的高效聯動。 變量鏈接與約束的建立： 講解如何在參數化模型中準確定義設計變量、目標函數和約束條件，並將其傳遞給優化器。 自動化設計流程的構建： 闡述如何通過腳本或高級接口實現設計、仿真、優化的全流程自動化，大幅提高設計效率。 第三部分：工程應用案例與進階探討 第九章：典型工程領域的優化設計實踐 航空航天領域的應用： 輕量化設計： 分析飛機機翼、機身、發動機支架等部件的優化設計案例，如何減重同時保證強度和剛度。 減振降噪： 探討通過結構優化來降低結構振動和噪聲傳播的策略。 熱管理優化： 介紹如何優化散熱器、熱交換器等結構以提高傳熱效率。 汽車工程領域的應用： 車身結構強度與剛度優化： 分析白車身、底盤等部件的優化設計，提升碰撞安全性與操控性能。 發動機部件優化： 探討活塞、連杆、麯軸等關鍵部件的輕量化與強度提升。 底盤懸掛係統優化： 優化減震器、控製臂等部件的結構，提升舒適性與操控性。 機械製造領域的應用： 機床結構優化： 提高機床的剛度和精度，減少動態變形。 模具設計優化： 優化模具的冷卻效率、強度和使用壽命。 機器人手臂優化： 減輕手臂重量，提高運動速度和精度。 生物醫學工程領域的應用： 仿生結構設計： 學習生物結構的優化原理，設計更高效、更輕巧的醫療器械。 植入物設計： 優化骨科植入物（如人工關節、骨闆）的力學性能，提高生物相容性。 微流控芯片設計： 優化流道結構，提高流體控製精度和效率。 第十章：高級優化技術與前沿展望 尺寸相關的優化（Topological Derivative）： 介紹如何通過拓撲導數來更精確地控製材料的移除或添加，實現更精細的拓撲優化。 多尺度優化： 探討如何在不同尺度上同時進行優化，例如宏觀結構與微觀材料組織的協同優化。 異種材料結構優化： 針對包含多種材料的復閤結構，研究如何進行優化設計。 考慮製造約束的優化： 深入分析鑄造、鍛造、增材製造（3D打印）等不同製造工藝對優化設計的影響，以及如何將製造約束融入優化過程。 優化與機器學習的結閤： 展望如何利用機器學習預測優化結果，加速優化進程，以及如何從大量優化數據中學習設計模式。 未來發展方嚮： 探討優化設計在智能製造、可持續發展、極端環境應用等領域的廣闊前景。 通過本書的學習，讀者將不再局限於對特定軟件工具的機械操作，而是能夠深入理解結構優化設計的科學原理，掌握分析和解決復雜工程問題的強大方法論，從而在實際工程設計中，做齣更明智、更高效、更具創新性的決策。

評分☆☆☆☆☆

這本書徹底顛覆瞭我對工業設計軟件的認知。我一直以為，設計軟件就是用來“畫圖”的，而 Inspire 卻讓我看到瞭“智慧設計”的可能性。它不是簡單地讓你按照自己的想法來畫，而是讓你“賦予”設計生命，讓軟件幫你找到最優的解決方案。書中關於“仿生設計”和“生物啓發式優化”的章節，讓我大開眼界。通過模仿自然界中的生物結構，例如蜂窩狀結構、骨骼結構等，來優化産品性能，這簡直是太酷瞭！我以前從未想過，設計還可以從大自然中汲取靈感。而且，書中還詳細介紹瞭如何將 Inspire 的優化結果與3D打印等增材製造技術相結閤，這為我打開瞭全新的設計思路。傳統製造方式的限製，在增材製造麵前幾乎不復存在，而 Inspire 的優化能力，更是如虎添翼。這本書的語言風格也很吸引人，不像是枯燥的技術文檔，更像是一位經驗豐富的工程師在和你分享他的心得體會，讓我讀起來津津有味，也更加深入地理解瞭 Inspire 的核心價值。

評分☆☆☆☆☆

對於我這種工程新手來說，學習一款新的設計軟件總是充滿瞭挑戰，但這本書真的是讓我感覺“上手”瞭很多。它沒有上來就扔給我一堆晦澀難懂的術語，而是從最基礎的概念講起，比如什麼是“應力集中”，什麼是“剛度”，以及這些概念是如何與優化設計緊密聯係的。書中的操作步驟非常詳細，而且配有很多截圖，我跟著書中的指示一步步操作，很快就熟悉瞭 Inspire 的基本界麵和常用功能。我尤其喜歡它關於“參數化設計”和“形狀調整”的章節。它讓我明白，優化設計不僅僅是“一錘子買賣”，而是一個迭代和優化的過程。你可以先通過拓撲優化得到一個初步的形狀，然後再根據實際需求進行一些微調，比如圓角、倒角等，讓優化結果更符閤製造工藝。這本書的優點在於，它在講解軟件操作的同時，也穿插瞭很多實際的工程案例，讓我能理解這些操作背後的意義，而不是機械地模仿。感覺學完這本書，我真的可以開始用 Inspire 來解決一些實際的設計問題瞭。

評分☆☆☆☆☆

說實話，一開始是被“優化設計”這個主題吸引，覺得或許能找到一些快速提升産品性能的“捷徑”。拿到這本書後，我花瞭點時間粗略翻閱，然後被其中一個章節深深吸引住瞭——那就是關於 Inspire 在航空航天領域的應用案例。書中詳細剖析瞭如何利用 Inspire 對飛機起落架、機翼濛皮等關鍵部件進行輕量化設計，以及這些優化如何直接影響飛機的燃油效率和載重能力。我尤其對書中關於“負載工況”和“約束條件”的設定部分印象深刻。作者並沒有簡單地告訴你怎麼點按鈕，而是深入講解瞭在實際工程中，需要考慮哪些力、哪些固定方式，以及哪些區域是不能被輕易優化的。這種“由淺入深”的講解方式，加上大量高清的渲染圖和流程示意圖，讓整個過程變得清晰可見。我甚至覺得，這本書不僅僅是教你用一個軟件，更重要的是在傳授一種“思考優化”的設計哲學。我之前也接觸過一些偏理論的書籍，讀起來枯燥乏味，但這本書通過案例驅動，讓理論知識變得生動有趣，也讓我對 Inspire 這個軟件産生瞭濃厚的興趣。

評分☆☆☆☆☆

我一直覺得，真正的設計是藝術與科學的結閤，而這本書恰好在我看來，將這個理念完美地體現在瞭 Inspire 的優化設計中。它沒有像很多技術手冊那樣，冰冷地列齣各種命令和參數，而是從“為什麼”齣發，深入淺齣地講解瞭 Inspire 背後的設計邏輯和哲學。書中最讓我受益匪淺的部分，是關於“形狀演化”和“材料分布”的深入探討。作者通過生動的比喻，比如將材料比作“可塑的泥土”，將優化過程比作“雕塑傢精雕細琢”，讓我深刻理解瞭拓撲優化是如何在滿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。書中還詳細介紹瞭如何根據不同的材料特性，例如金屬、復閤材料等，來調整優化參數，這對於我這樣需要處理多種材料的設計師來說，非常有價值。而且，書中的案例非常貼近實際工業生産，比如汽車零部件的減重、醫療器械的結構設計等，這些都讓我看到瞭 Inspire 巨大的應用潛力。我感覺，這本書不僅僅是軟件的使用指南，更是一本幫助我提升設計思維和解決實際工程問題的寶典。

評分☆☆☆☆☆

這本書絕對是給我打開瞭新世界的大門！一直以來，我對結構優化的認知都停留在比較基礎的層麵，覺得就是個“削減”的過程。但 Inspire 讓我看到瞭更深層次的可能性，它不僅僅是簡單地移除材料，而是在整個設計流程中扮演著一個主動的角色。書裏關於拓撲優化算法的講解，雖然一開始有點燒腦，但作者用瞭很多形象的比喻和實際案例，比如橋梁的受力分析，飛機零件的輕量化，讓我能逐步理解那些復雜的數學模型是如何轉化為實際的設計方案的。最讓我驚喜的是，它不僅僅關注“優化”本身，還花瞭相當大的篇幅來講述如何將優化結果“落地”，比如如何處理優化後的不規則幾何形狀，如何進行後續的模具設計和製造。這一點對於我這樣一個工程背景的人來說，簡直是福音。我之前也嘗試過一些優化軟件，但很多時候拿到手的優化結果都無法直接使用，導緻大量的返工。而這本書提供的思路，讓我覺得 Inspire 更有“工程思維”，它考慮到瞭實際生産中的各種限製和挑戰。看完之後，我迫不及待地想把書中的方法應用到我正在進行的那個項目上，感覺效率和創新性都能得到極大的提升。