智能优化设计:等几何拓扑优化方法与应用
本书全面系统地介绍了等几何拓扑优化方法的理论基础与应用场景,并结合实际案例进行了详细的讲解和分析。读者对象主要是理工科相关专业的高年级本科生、研究生和工程师,对于从事相关研究和工程实践的人士也具有一定的参考价值。

作者:高亮、高杰、肖蜜、郭玉杰

丛书名:智能制造系列教材

定价:69元

印次:1-1

ISBN:9787302684848

出版日期:2025.04.01

印刷日期:2025.04.09

图书责编:刘杨

图书分类:教材

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" 本书是一本关于智能优化设计方法的教材,主要介绍了B样条、NURBS和T样条在曲线和曲面建模中的优势和应用,以及有限单元法在结构力学等领域的数值模拟方法。同时,深入讲解了等几何分析方法和拓扑优化的经典方法,并详细介绍了等几何拓扑优化的理论及其在工程实践中的应用效果。此外,还探讨了等几何拓扑优化方法在壳体结构设计中的基本原理。最后,通过MATLAB数值实施的方式,向读者展示了如何利用MATLAB软件进行等几何拓扑优化的具体操作步骤和技巧。 本书全面系统地介绍了等几何拓扑优化方法的理论基础与应用场景,并结合实际案例进行了详细的讲解和分析。读者对象主要是理工科相关专业的高年级本科生、研究生和工程师,对于从事相关研究和工程实践的人士也具有一定的参考价值。"

高亮,现任华中科技大学副校长。1996年毕业于西安电子科技大学,获学士学位。2002年毕业于华中科技大学,获博士学位。科睿唯安“全球高被引科学家”,首届腾讯科学探索奖获得者,IET Fellow, 国家杰出青年基金获得者。承担国家自然科学基金重点项目、973课题、863项目、基础科研计划及企业委托课题等项目30余项。出版中文著作7部,英文专著4部,授权发明专利40余项,发表SCI论文430余篇。

前言 在现代工程装备研制追求高产品质量与短研发周期的时代背景下,优化设计扮演着至关重要的角色。随着计算技术的迅猛发展,智能优化设计已经成为工程师和设计师提高产品质量、缩短研发周期的必备工具。等几何拓扑优化方法作为一种新兴的数值分析技术,允许设计师在保持几何精确性的同时进行结构优化设计,极大地丰富了结构设计的可能性和自由度。本书致力于为读者提供一个全面而深入的视角,探讨智能优化设计的最新理论、方法及其在实际工程中的应用。 在本书中,我们对等几何拓扑优化方法进行了深入剖析,通过详细阐述其理论框架、代码实现及工程案例,帮助读者建立坚实的研究基础,以应对未来工程领域的各项挑战。一方面,深入探讨等几何拓扑优化的理论框架、算法实现以及与传统优化技术的不同之处。通过一系列精选的案例研究,我们展示了如何将理论应用于实践,解决实际问题,并从中提炼出一般性的指导原则和最佳实践。另一方面,我们更致力于为读者提供一本系统性强、实用性强的教材,该教材既符合教学特点和规律,又反映智能优化设计学科的发展水平,满足现代装备工程应用的实际需求。 本书共分9章。第1章深入探讨了等几何分析的基本概念和方法,为后续章节的内容打下坚实的理论基础。第2章介绍了一些经典的拓扑优化方法,包括变密度法、水平集方法、移动组件法、泡泡法。第3章和第4章介绍了基于非均匀有理B样条(non-uniform rational B-spline,NURBS)和多片NURBS的等几何拓扑优化方法,这些方法在保持几何形状连续性的同时,能够有效地进行结构材料的分布优化,为工程设计带来了全新的可能性。第5章进一步探讨了基于等...

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第1章等几何分析

1.1等几何分析概述

1.2样条函数及几何造型

1.2.1B样条函数及其导数

1.2.2B样条几何

1.2.3B样条函数细化

1.2.4非均匀有理B样条

1.3弹性力学基本方程

1.3.1弹性力学的几个基本概念

1.3.2弹性力学基本方程

1.3.3二维弹性力学基本方程

1.4等效积分弱形式及其近似求解方法

1.4.1弹性力学基本方程的张量形式

1.4.2等效积分弱形式

1.4.3基于等效积分形式的近似求解方法——伽辽金法与里茨方法

1.5有限元基本思想及等参变换

1.5.1有限元基本思想

1.5.2等参有限元

1.6等几何分析的基本流程

1.6.1控制方程弱形式及其等几何离散

1.6.2数值积分

1.6.3单元刚度矩阵以及载荷向量组装

1.6.4边界条件施加

1.6.5等几何分析基本流程

1.6.6等几何分析与有限元分析的对比

1.7经典案例

1.7.1二维无限大带孔方板受面内拉伸载荷作用

1.7.2三维Scordelis-Lo屋顶受自重作用

1.8本章小结

习题

参考文献

第2章经典拓扑优化方法

2.1简要概述

2.2问题描述

2.3变密度法

2.3.1发展概况

2.3.2基本原理

2.3.3结构刚度最大化模型

2.3.4最优准则法

2.3.5常见数值问题

2.3.6过滤实施方案

2.3.7程序实施

2.3.8常见案例

2.4水平集方法

2.4.1发展概况

2.4.2基本原理

2.4.3Hamilton-Jacobi方程

2.4.4Hamilton...

本书通过MATLAB数值实施的方式,向读者展示了如何利用MATLAB软件进行等几何拓扑优化的具体操作步骤和技巧。