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工程結構現代設計方法(簡體書)
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商品簡介
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目次

商品簡介

本教材在討論現代設計和工程設計特點的基礎上,結合土木水利類工程結構設計的特點,重點介紹設計方法學、工程設計、結構優化設計、可靠度設計、有限元設計、計算機輔助設計、人工神經網絡及遺傳算法、智能工程等現代設計方法,并對近年發展起來的三維設計、并行設計等其他現代設計方法做了各有側重的介紹。目的使學生在較少的學時內,了解現代設計與傳統設計的區別,理解各種常用現代設計方法可以解決的實際結構工程問題及解決問題的思路,并初步掌握一些常用方法在結構工程中的應用。?
本書可作為高等工科院校土木、水利類專業高年級本科生和研究生的教材,也可供相關業的工程技術人員參考。

名人/編輯推薦

《土木工程科學研究暨研究生教學叢書:工程結構現代設計方法》由張社榮,崔激,王超編著,科學出版社出版。《土木工程科學研究暨研究生教學叢書:工程結構現代設計方法》可作為高等工科院校土木、水利類專業高年級本科生和研究生的教材,也可供相關業的工程技術人員參考。

隨著計算機技術的快速進步,各種現代設計方法不斷涌現和發展,在不同的領域內解決大量科研和生產問題,強有力地推動了社會生產力的發展。但我國的產品設計工作與國際設計水平相比,仍存在較大差距。為盡快改變這種狀況,更新設計觀念,學習并逐步采用國際先進的設計方法,是我國設計工作當前面臨的重要問題。對主要培養科技人員和工程技術人員的高等院校來說,要求學生掌握現代設計方法,也是研究生教育階段的一項重要任務。
相比機械、電器、航天等領域的設計工作,土木、水利類等領域則偏重于工程結構的設計,且具有較為鮮明的特色:一是涉及介質龐雜,鋼材、混凝土、塑料、土、水等都是設計產品的組成部分,各介質之間的關系縱橫交錯,沒有明顯的規律,同時產品外延也更難以明確界定;二是邊界條件更為復雜,存在更多的不確定性,有些邊界條件并沒有成熟的約束方程來加以描述;三是產品設計、制造和運用周期更長,設計過程必須考慮材料性能、作用方式等隨時間的變化狀況。以上這些特點的存在,使得土木、水利類結構設計中應用現代設計方法存在一定的挑戰。
掌握現代設計方法對研究生階段的學習有非常重要的作用。據不完全統計,我國工學類90%以上的碩士和博士論文的研究中至少運用了一種現代設計方法,對學生的專業素養訓練具有不可替代的作用。基于此種認識,“工程結構現代設計方法”課程已作為天津大學土木、水利類研究生(工學碩士和工程碩士)選修課和必修課講授10年,效果良好,為學生了解現代科技發展、工程設計理念、開拓思路、培養創新精神提供了重要途徑。通過全國高校水利教學指導委員會、水利工程碩士研究生教學協調組宣傳介紹,有多個學校土木、水利學科開設“現代設計方法”課程,為培養學生解決問題能力,引導創新思維發揮了重要作用。
目前高等院校缺乏針對土木、水利學科的有關現代設計方面的專門教材,教學效果不可避免地存在一定缺憾。本教材是在現代設計和工程設計的基礎上,結合土木、水利類工程結構設計的特點,重點介紹設計方法學、工程設計、可靠性設計、有限元法、計算機輔助設計、人工神經元計算方法、工程遺傳算法、智能工程等現代設計方法,并對近年發展起來的三維設計、并行工程等其他現代設計方法做了各有側重的介紹。通過本教材的學習,力求使學生了解現代設計與傳統設計的區別,理解各種常用現代設計方法可以解決的實際結構工程問題及解決問題的思路,并初步掌握一些常用方法在結構工程中的應用。通過本教材的學習,使科技人員的后備軍在未來可以熟練的運用現代設計方法,使結構設計工作朝著更新的境界、更獨創的構思、更高的效率和更完美的滿足社會需求前進。
參加本書編寫的有:張社榮(第二、三、五章)、崔溦(第一、六、八、九、十章)、王超(第四、七章)。
本書參考了許多國內外文獻資料,在此向原作者表示感謝!由于本書體系是新的嘗試,限于編者水平,疏漏之處在所難免,懇請廣大讀者批評指正。
最后衷心感謝嚴磊博士在本書編寫過程中給予的支持,感謝高蕊、胡安奎、王瀏劉、呂楊、潘飛、陳王在文字與圖形處理中給予的大力幫助。特別感謝天津大學研究生院“創新人才培養項目”對本書的出版資助。

編 者
2013年5月于天津

目次

前言
第一章 緒論
1.1 現代設計
1.1.1 現代設計的概念
1.1.2 現代設計的分類
1.1.3 現代設計的特征
1.1.4 現代設計的特點
1.1.5 現代設計和傳統設計的區別
1.2 結構工程設計
1.2.1 結構工程設計
1.2.2 結構設計階段劃分
1.3 現代設計的發展趨勢展望
第二章 設計方法學
2.1 概述
2.1.1 設計方法學及其研究對象
2.1.2 設計系統
2.1.3 設計類型與設計原則
2.2 技術系統及其確定
2.2.1 技術系統
2.2.2 信息集約
2.2.3 調研預測
2.2.4 可行性報告
2.3 功能分析設計法
2.3.1 功能概念
2.3.2 確定總功能
2.3.3 功能分析
2.3.4 功能元求解
2.3.5 方案綜合
2.3.6 設計工具
2.3.7 小結
2.4 評價決策
2.4.1 評價目標樹
2.4.2 確定目標重要性系數(加權系數)
2.4.3 簡單評價法
2.4.4 評分法
2.4.5 技術經濟評價法
2.4.6 模糊評價法
2.5 創新思維與技法
2.5.1 創造力開發
2.5.2 創造性思維
2.5.3 創新技法
2.6 現代設計的目標
第三章 工程設計
3.1 工程設計概述
3.1.1 工程設計的定義和特點
3.1.2 工程設計階段和進程
3.2 工程結構系統的軟設計理論
3.2.1 工程設計理論的發展方向
3.2.2 事物的確定性和不確定性
第四章 結構優化設計
4.1 概述
4.1.1 函數的極值
4.1.2 傳統結構設計與結構優化設計
4.1.3 結構最優化設計的基本概念
4.1.4 工程結構優化設計發展
4.1.5 優化設計方法分類
4.2 最優準則法
4.2.1 滿應力準則法
4.2.2 齒行法
4.2.3 桁架滿位移設計
4.2.4 能量準則法
4.3 無約束優化算法
4.3.1“成功失敗”法
4.3.2 Fibonacci法
4.3.3“0.618”法
4.3.4 牛頓法
4.3.5 變尺度法
4.3.6 共軛方向法
4.4 線性規劃問題
4.4.1 線性規劃問題的數學模型
4.4.2 線性規劃問題的解法
4.4.3 線性規劃問題的對偶問題
4.5 非線性規劃問題
4.5.1 拉格朗日乘子法
4.5.2 庫恩塔克條件
4.5.3 罰函數法
4.5.4 可行方向法
4.5.5 復形法
4.5.6 序列二次規劃
4.5.7 罰乘子法
第五章 結構可靠度分析
5.1 結構可靠度基本概念
5.1.1 結構的功能要求
5.1.2 結構的極限狀態
5.1.3 結構可靠度與可靠度指標
5.2 結構可靠度常用分析方法
5.2.1 均值一次二階矩方法
5.2.2 改進的一次二階矩方法
5.2.3 JC法
5.2.4 蒙特卡羅法
5.2.5 響應面法
5.2.6 結構失效概率的優化模型(優化法/幾何法)
5.3 結構系統可靠度
5.3.1 串聯體系及其可靠度計算方法
5.3.2 并聯體系及其可靠度計算方法
5.3.3 概率網絡估算技術
5.3.4 Ditlevsen窄界限法
5.4 系統可靠度方法在土木水利工程中的應用
5.4.1 靜定桁架承載力可靠度分析
5.4.2 重力壩層間抗滑穩定體系的動力可靠度分析
第六章 有限元設計
6.1 概述
6.1.1 有限元法的基本思想
6.1.2 有限元法的應用
6.2 有限元法的基本步驟
6.2.1 引例
6.2.2 有限元法的基本步驟
6.3 彈性力學平面問題的有限元法
6.4 其他常用單元的剛度矩陣
6.4.1 矩形單元
6.4.2 等參數單元
6.5 有限元軟件的應用
6.5.1 有限元軟件技術
6.5.2 有限元法及工程設計中的CAE分析
6.5.3 水利與土木工程常用有限元分析軟件
第七章 計算機輔助設計
7.1 概述
7.1.1 計算機輔助設計的系統構成
7.1.2 計算機輔助設計系統的開發原理
7.1.3 計算機輔助設計的工作過程
7.2 三維設計方法技術及其主流軟件環境評測
7.2.1 工程設計中的三維設計方法
7.2.2 三維設計技術在土木水利行業的運用現狀
7.2.3 通用三維設計軟件環境技術指標評測
7.3 現代化土木水利行業三維設計工程運用
7.3.1 復雜建筑群施工過程三維仿真
7.3.2 復雜地質三維實體構形
7.3.3 三維開挖設計關鍵技術
7.3.4 建筑物三維實體建模
7.3.5 廠房機電設備三維裝配設計
7.3.6 工程三維布置理論及可視化效果展示
7.4 復雜結構三維設計應用實例
7.4.1 基于CATIA的復雜工程三維實體建模與結構分析
7.4.2 輔助功能模塊的實現
7.4.3 結論
第八章 人工神經網絡及遺傳算法
8.1 人工神經網絡優化設計方法
8.1.1 人工神經網絡簡述
8.1.2 人工神經元模型
8.1.3 人工神經網絡模型的拓撲結構
8.1.4 人工神經網絡的運行過程
8.1.5 BP網絡的改進算法及優化設計
8.2 遺傳算法與工程設計
8.2.1 概述
8.2.2 遺傳算法的基本流程
8.2.3 遺傳算法的定理與假設
8.2.4 遺傳算法的應用設計
8.3 人工神經網絡和遺傳算法應用實例
8.3.1 人工神經網絡在洪水預報中的應用
8.3.2 遺傳算法在渡槽結構優化設計中的應用
8.3.3 基于人工神經網絡和遺傳算法的土石壩位移反演分析
8.3.4 人工神經網絡在結構損傷識別中的應用
第九章 智能工程
9.1 概述
9.1.1 智能工程的基本概念和原則
9.1.2 智能工程的研究內容與方法
9.1.3 智能工程與人工智能及智能設計的區別與聯系
9.2 知識的獲取及表達
9.2.1 知識的概念
9.2.2 知識獲取
9.2.3 知識表述
9.3 知識的運用
9.3.1 知識的推理
9.3.2 推理中的搜索策略
9.3.3 推理控制策略
9.3.4 元推理機的設計
9.4 專家系統
9.4.1 專家系統概述
9.4.2 專家系統的結構
9.4.3 專家系統開發工具
9.5 應用實例——數據挖掘技術的應用
9.5.1 數據挖掘技術
9.5.2 數據挖掘技術在大壩安全決策支持系統中的應用
第十章 現代設計方法的其他知識
10.1 并行設計
10.1.1 并行設計過程
10.1.2 并行設計的關鍵技術
10.2 虛擬設計
10.2.1 虛擬現實與虛擬設計
10.2.2 虛擬設計的關鍵技術
10.3 反求工程設計
10.3.1 反求工程的一般概念
10.3.2 反求工程技術的相關內容
10.4 綠色設計
10.4.1 綠色設計基本概念與發展趨勢
10.4.2 綠色設計的內容與方法
10.5 模塊化設計
10.5.1 模塊化設計基本概念與特點
10.5.2 模塊的創建與再設計
10.6 現代設計的其他方法
10.6.1 價值工程
10.6.2 人機工程
10.6.3 相似性設計
10.6.4 三次設計
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