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結構智能設計與優化(智能製造方向清華大學出版社十五五規劃教材)

  • 作者：編者:高傑//張春江//高亮//王琳|責編:劉楊
  • 出版社：清華大學
  • ISBN：9787302710424
  • 出版日期：2026/04/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：313
人民幣：RMB 69 元      售價：元
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內容大鋼
    本書在緒論部分簡要介紹了經典結構優化設計和現代結構優化設計，後續整個內容分為8章，包含拓撲優化概述、智能優化演算法基礎、有限單元法、非均勻有理B樣條、幾何分析、變密度方法、幾何拓撲優化方法、基於智能優化演算法的結構優化設計。其中前兩章主要為使讀者快速了解本書關注的對象近幾年發展的概況，使讀者對該研究領域有一個初步的認識，第3章和第6章構成了經典拓撲優化學習體系，第5章和第7章構成了幾何拓撲優化學習體系，第2章和第8章構成了結構智能優化設計學習體系，分別面向不同學習需求的讀者。
    本書主要面向高等院校工科類大三、大四學生，需要掌握一定的課程基礎知識，主要包括理論力學、材料力學、彈性力學和運籌優化。為了幫助學生更好地理解和掌握書中理論與方法，每章內容盡量配備了詳盡的MATLAB代碼示例，並對代碼進行了細緻的註釋和說明，因此需要學生提前學習MATLAB編程基礎知識。在本書學習過程中，力求學生做到基礎理論學習與程序編程緊密結合，對書中的案例和相應的結果進行探討。編寫本書的初衷主要是為工科類本科生提供基礎且內容翔實的教材，為後續從事「結構智能設計與優化」領域工作的學生或工程師提供良好的入門教材，幫助大家儘快理解和掌握本領域的基礎知識。
作者介紹
編者:高傑//張春江//高亮//王琳|責編:劉楊
目錄
緒論
  1 經典結構優化設計
  2 現代結構優化設計
第1章 拓撲優化概述
  1.1 引言
  1.2 基本內涵
  1.3 方法研究概述
    1.3.1 均勻化方法
    1.3.2 變密度方法
    1.3.3 水平集方法
    1.3.4 等幾何拓撲優化方法
  1.4 應用研究概述
    1.4.1 力學超材料微結構設計
    1.4.2 材料/結構跨尺度優化設計
    1.4.3 大規模並行拓撲優化設計
    1.4.4 複雜結構拓撲優化設計
    1.4.5 AI驅動的結構智能化設計
  本章習題
  參考文獻
第2章 智能優化演算法基礎
  2.1 引言
  2.2 遺傳演算法
    2.2.1 遺傳演算法簡介
    2.2.2 遺傳演算法的生物學基礎
    2.2.3 遺傳演算法的基本操作
    2.2.4 遺傳演算法的應用與運算流程
    2.2.5 遺傳演算法設計與實現
  2.3 粒子群優化演算法
    2.3.1 粒子群優化演算法簡介
    2.3.2 粒子群優化演算法的生物學基礎
    2.3.3 粒子群優化演算法的基本操作
    2.3.4 粒子群優化演算法設計與實現
  2.4 差分進化演算法
    2.4.1 差分進化演算法簡介
    2.4.2 差分進化演算法的基本操作
    2.4.3 差分進化演算法的應用與運算流程
    2.4.4 差分進化演算法設計與實現
  2.5 其他智能優化演算法
    2.5.1 蟻群優化演算法
    2.5.2 人工蜂群優化演算法
  本章習題
  參考文獻
第3章 有限單元法
  3.1 引言
  3.2 偏微分方程
    3.2.1 等效積分形式
    3.2.2 等效積分弱形式
    3.2.3 加權余量法：伽遼金法
  3.3 固體力學的基本方程
  3.4 有限元基本格式

    3.4.1 一般流程
    3.4.2 合適的空間
    3.4.3 弱形式及其解的性質
    3.4.4 區域離散化
    3.4.5 形函數
    3.4.6 位移函數
    3.4.7 應變場求解
    3.4.8 離散化系統平衡方程
  3.5 四節點四邊形單元
    3.5.1 形函數
    3.5.2 應變-位移矩陣
    3.5.3 單元剛度矩陣
  3.6 八節點六邊形單元
    3.6.1 形函數
    3.6.2 應變-位移矩陣
    3.6.3 單元剛度矩陣
  3.7 高斯積分
    3.7.1 一維積分法則
    3.7.2 正方形區域的二維積分法則
    3.7.3 立方體區域的三維積分法則
  本章習題
  參考文獻
第4章 非均勻有理B樣條
  4.1 引言
  4.2 Clark關於B樣條的定義
    4.2.1 基函數
    4.2.2 約束條件
    4.2.3 n階連續性要求的B樣條基函數
  4.3 B樣條的遞推定義與演算法
    4.3.1 節點向量
    4.3.2 遞推定義基本原理
    4.3.3 B樣條基函數基本構造
  4.4 B樣條基函數的基本性質
    4.4.1 局部支撐性
    4.4.2 凸組合性
    4.4.3 B樣條基函數在節點處的連續性
    4.4.4 B樣條基函數與Bernstein基函數的關係
    4.4.5 B樣條函數導數的遞推性質
    4.4.6 二次均勻B樣條曲線
    4.4.7 B樣條實體
  4.5 非均勻B樣條曲線與曲面
    4.5.1 非均勻基B樣條基函數
    4.5.2 非均勻基B樣條節點矢量的確定
    4.5.3 非均勻B樣條曲線及其插值
  4.6 有理B樣條
    4.6.1 一次有理B樣條曲線和曲面
    4.6.2 二次有理B樣條曲線和曲面
  4.7 非均勻有理B樣條
    4.7.1 NURBS曲線、曲面的定義與性質
    4.7.2 NURBS曲線曲面的基本演算法

    4.7.3 NURBS曲線和曲面的應用
  4.8 NURBS工具包：MATLAB
    4.8.1 核心架構
    4.8.2 基本模塊
    4.8.3 經典案例：帶彎頭的管道
  本章習題
  參考文獻
第5章 等幾何分析
  5.1 引言
  5.2 關鍵概念
  5.3 理論框架
    5.3.1 經典概念
    5.3.2 在計算域上定義函數
    5.3.3 數值方法
    5.3.4 邊界條件
    5.3.5 線彈性
  5.4 IGA與經典FEM的對比分析
    5.4.1 代碼架構
    5.4.2 相似與差異
  5.5 IGA程序演算法實施
    5.5.1 核心架構
    5.5.2 基本模塊
    5.5.3 經典案例：承受均勻面內拉伸的無限大平板圓孔應力分析
  本章習題
  參考文獻
第6章 變密度方法
  6.1 引言
  6.2 基本原理
  6.3 剛度最大化模型
    6.3.1 數學優化模型
    6.3.2 剛度矩陣
    6.3.3 過濾數值方案
  6.4 靈敏度分析
  6.5 最優準則法
    6.5.1 Kuhn-Tucker最優化條件
    6.5.2 優化準則法基本理論
  6.6 數值實施
    6.6.1 二維拓撲優化99行程序簡要說明
    6.6.2 三維拓撲優化169行程序簡要說明
  6.7 數值案例討論
    6.7.1 二維標準案例
    6.7.2 三維標準案例
  本章習題
  參考文獻
第7章 等幾何拓撲優化方法
  7.1 引言
  7.2 方法整體框架
  7.3 密度分佈函數
    7.3.1 控制點密度
    7.3.2 平滑機制

    7.3.3 密度分佈函數
  7.4 線彈性等幾何分析
    7.4.1 伽遼金法
    7.4.2 剛度矩陣
  7.5 拓撲優化模型
    7.5.1 數學優化模型
    7.5.2 靈敏度分析
  7.6 程序詳解：IgaTop2D
    7.6.1 程序框架
    7.6.2 關鍵變數名解釋
    7.6.3 程序解釋
  7.7 數值案例討論
    7.7.1 懸臂樑
    7.7.2 1/4圓環
    7.7.3 3D Michell結構
    7.7.4 3D類橋粱結構
  本章習題
  參考文獻
第8章 基於智能優化演算法的結構優化設計
  8.1 引言
  8.2 經典結構優化設計問題舉例
    8.2.1 三角桁架結構的尺寸優化問題
    8.2.2 壓力彈簧優化問題
    8.2.3 複合材料層合板鋪層順序優化問題
  8.3 優化設計中約束處理方法
    8.3.1 約束優化問題
    8.3.2 約束處理方法
    8.3.3 方法應用實例
  8.4 數值案例討論與程序實現
    8.4.1 三角桁架結構的尺寸優化設計
    8.4.2 壓力彈簧問題
    8.4.3 複合材料層合板鋪層順序優化
  本章習題
  參考文獻

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