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數字樣機建模與仿真（簡體書）
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目次
書摘/試閱
商品簡介
把創意快速變為現實，降低創新的成本，提高創造的效率，是現代製造企業增強競爭力的重要因素。《數字樣機建模與仿真》依據最新國家標準《機械產品數字樣機通用要求》（gb/t 26100—2010），結合作者在數字樣機技術應用方面的教學和科研成果，系統介紹了數字樣機的基本概念、基本原理和基本方法，主要內容包括緒論、數字樣機美學設計、數字樣機建模技術、數字樣機裝配設計、數字樣機運動仿真、數字樣機有限元分析、數字化人機工程設計、數字樣機數據管理等內容。《數字樣機建模與仿真》可作為機械工程相關專業研究生或高年級本科生瞭解數字樣機開發技術，培養其產品創新能力的教材，也可作為從事機械裝備開發的工程技術人員的參考用書。
名人/編輯推薦
本書理論與實踐相結合，吸收了大量同類文獻和最新研究成果，應用了最新的AIP、ANSYS等教育版和試用版工程軟件詳解數字樣機構建與仿真實例，系統完善，圖文并茂、語言簡潔、思路清晰。特別一提的是將數字化人機工程設計納入其中，豐富了數字樣機技術內涵和工程應用領域。
目次
第1章 緒論
1．1 數字樣機的概念
1．1．1 數字樣機的定義
1．1．2 數字樣機支撐技術
1．1．3 數字樣機的分類
1．2 數字樣機的特點
1．2．1 數字樣機模型要求
1．2．2 數字樣機的虛擬性
1．2．3 數字樣機的真實性
1．3 數字樣機的應用與發展
1．3．1 數字樣機的應用
1．3．2 數字樣機技術的發展
1．3．3 Aberdeen的研究
第2章 數字樣機美學設計
2．1 機械美學概述
2．1．1 機械美學的提出
2．1．2 機械美學的內涵
2．2 基于CAD的機械美學設計
2．2．1 計算機輔助工業設計
2．2．2 基于CAD體現造型要素
2．2．3 基于CAD體現形態美學
2．2．4 數字樣機美學設計要求
2．3 數字樣機渲染技術
2．3．1 消隱與視覺樣式
2．3．2 色彩設計與顏色
2．3．3 光照處理與陰影
2．3．4 紋理處理與應用
2．4 曲線和曲面分析
2．4．1 基本概念和術語
2．4．2 曲線和曲面模型
2．4．3 曲線和曲面評價
2．4．4 曲率和曲面分析
2．5 逆向外形設計
2．5．1 逆向設計的基本步驟
2．5．2 三維數據采集方法
2．5．3 測量數據處理技術
2．5．4 模型重構與分析
第3章 數字樣機建模技術
3．1 產品建模概述
3．1．1 產品建模定義
3．1．2 數字樣機模型信息
3．1．3 三維建模核心
3．1．4 幾何模型類型
3．2 實體建模技術
3．2．1 構造實體幾何法
3．2．2 邊界表示法
3．2．3 掃描表示法
3．2．4 AutoCAD建模簡介
3．3 特征建模技術
3．3．1 特征定義和分類
3．3．2 特征建模系統
3．3．3 參數化設計
3．3．4 變量化設計
3．4 特征建模的實現
3．4．1 Inventor特征建模簡介
3．4．2 創建草圖特征
3．4．3 創建放置特征
3．4．4 零件建模與物理屬性
第4章 數字樣機裝配設計
4．1 裝配設計概述
4．1．1 裝配設計的概念
4．1．2 裝配體與裝配樹
4．1．3 裝配設計的進展
4．2 裝配關聯設計
4．2．1 裝配約束的實現方法
4．2．2 基于布局的關聯設計
4．2．3 基于參數的關聯設計
4．2．4 在位自適應關聯設計
4．2．5 基于衍生的關聯設計
4．3 工程導向設計
4．3．1 螺紋連接設計
4．3．2 軸零件設計
4．3．3 鍵連接設計
4．3．4 凸輪機構設計
4．3．5 齒輪、蝸輪設計
4．3．6 其他設計計算
4．4 裝配體控制與檢查
4．4．1 零部件顯示控制與剖切
4．4．2 裝配關系查找與干涉檢查
4．4．3 運動模擬與沖突檢查
4．4．4 產品的裝配分解與動畫
4．4．5 零部件的位置表達
4．4．6 空間自由度檢查
4．5 生成二維工程圖
4．5．1 基礎視圖的生成
4．5．2 投影視圖的生成
4．5．3 其他視圖的生成
4．5．4 圖紙注釋與說明
第5章 數字樣機運動仿真
5．1 仿真技術概述
5．1．1 仿真的定義和類型
5．1．2 數字樣機仿真的優勢
5．1．3 機械系統的運動仿真
5．1．4 ADAMS軟件簡介
5．2 運動仿真的關鍵概念
5．2．1 機械連接和自由度
5．2．2 遷移度和運動鏈
5．2．3 冗余和動力
5．3 運動機理中的連接
5．3．1 運動連接的類型
5．3．2 手動創建運動連接
5．3．3 把約束轉換為連接
5．3．4 連接的規則和特性
5．4 物理特性和力學環境
5．4．1 定義驅動條件
5．4．2 初始條件和邊界
5．4．3 連接的力和力矩
5．4．4 施加外力和重力
5．5 仿真輸入與輸出
5．5．1 輸入圖示器
5．5．2 定義輸入變量
5．5．3 輸出圖示器
5．5．4 輸出運動變量
第6章 數字樣機有限元分析
6．1 有限元分析概述
6．1．1 有限元法的基本思想
6．1．2 有限元分析的步驟
6．1．3 協同有限元分析
6．1．4 AWE協同仿真簡介
6．2 結構的靜力學分析
6．2．1 分析過程
6．2．2 等效應力
6．2．3 主應力
6．2．4 變形與安全系數
6．2．5 結構改進
6．3 振動模態分析
6．3．1 模態分析的數學模型
6．3．2 無約束條件下的模態分析
6．3．3 有約束條件下的模態分析
6．3．4 預應力對模態參數的作用
6．4 結構拓撲優化
6．4．1 機械優化設計概述
6．4．2 CAE優化的設計方法
6．4．3 拓撲優化的設計原理
6．4．4 形狀拓撲優化實例
6．5 復雜數字樣機的多學科協同仿真
6．5．1 數字化多學科優化設計
6．5．2 汽車多學科優化的數學模型
6．5．3 汽車協同優化與仿真流程
6．5．4 汽車碰撞安全仿真實例
第7章 數字化人機工程設計
7．1 人機工程設計概述
7．1．1 人機工程的定義
7．1．2 人機系統設計
7．2 人體因素的基礎
7．2．1 人體測量
7．2．2 人體尺寸
7．2．3 人體力學
7．2．4 人體感覺
7．3 人體模型
7．3．1 二維人體物理模板
7．3．2 三維數字化人體模型
7．3．3 工程人體建模軟件
7．3．4 基于CAD的人體建模
7．3．5 車輛工程用數字人體
7．4 數字化人機工程設計
7．4．1 作業空間布局設計
7．4．2 座椅與工作臺設計
7．4．3 操縱裝置設計
7．4．4 顯示裝置設計
7．4．5 車輛駕駛室的設計
第8章 數字樣機數據管理
8．1 產品數據交換
8．1．1 數據交換技術
8．1．2 數據交換種類
8．1．3 數據交換標準
8．2 產品數據管理(PDM)
8．2．1 PDM概念的產生
8．2．2 PDM系統的結構
8．2．3 PDM系統的功能
8．2．4 PDM的技術規范
8．3 產品生命周期管理(PLM)
8．3．1 PLM概念的產生
8．3．2 PLM系統的功能
8．3．3 PLM與PDM的關系
8．4 PLM／PDM系統的實施
8．4．1 PLM／PDM實施的內容
8．4．2 PLM／PDM實施的步驟
8．4．3 PLM／PDM的信息建模
8．4．4 PLM／PDM軟件簡介
8．5 PLM最新解決方案
8．5．1 云計算的概念
8．5．2 基于云端的PLM
參考文獻
書摘/試閱
4.1.3裝配設計的進展
數字樣機裝配設計有兩個重要任務，一個是動態識別與建立零件之間的裝配關系；另一個是實時控制零件模型參數和模型大小的變化。現代三維設計軟件大都提供了多種方法來支持設計者完成上述兩個重要任務，實現設計構思的順利表達。完成從概念設計到詳細設計過程的映射需要“自頂向下”的設計模式，裝配關系的自動識別不僅有效地精簡了裝配設計建模的交互操作，而且增強了裝配系統進行裝配關系定義的靈活性與智能性。
利用幾何驅動（Geometry Driving）技術實時控制零件模型參數和大小的變化，也是裝配設計過程中始終存在并起到核心作用的關鍵技術之一。幾何驅動技術主要包括參數驅動（Parameter Driving）、關系驅動（Nexus Driving）和知識驅動（Knowledge Driving）等。
參數驅動又稱尺寸驅動（Size Driving），是在模型控制能力上從實體建模到特征建模的進展。幾何模型由有限個特征組成，特征之間由可調整的參數進行位置控制，特征本身也具有可控制的參數，特征的基礎輪廓也同樣被有限個參數所約束。這種數據結構使得從基礎輪廓到模型整體，全部由有限數量的參數進行控制。其中，參數與被控制對象之間的關系一般是一對一關系，而一個參數可以引用另一個參數的尺寸參數關系來控制。參數驅動一般不改變幾何模型的拓撲結構。當設計構思改變需要修改幾何模型時，可以直接修改尺寸參數以驅動其特征發生變化，進而完成幾何模型的更新。關系牽動是通過更改零部件之間的裝配關系、位置關系、形狀關系、數據關系等，實現一系列基于裝配關系和結構關系的改變和控制，順利實現幾何模型的多層次關聯更新。關系驅動真正做到了“牽一發而動全局”，在保證幾何模型之間正確關系的前提下，突破了參數驅動中一對一的模型控制模式，使得模型之間關系的維護更加方便。知識驅動是利用人類的知識驅動幾何模型變化，如設計者的經驗、專業知識、標準規則等。知識驅動可以使設計者在設計過程中僅按照知識的要求輸入工程約束條件，不需要接觸模型對其尺寸和裝配關系等進行直接修改，而是按照軟件自動計算的結果進行確認。
人類的設計活動在本質上是一個復雜的智能決策過程，產品方案的確定、分析模型的建立、主要參數的決策、幾何結構的評價和選優等環節，都需要設計人員的創造性活動、知識和經驗，很大程度上是依賴于人的思考和思維。很多知識和經驗是可以通過數據來描述的，如機械設計手冊中規定的某零件規格尺寸，這些人類積累的設計知識都以知識庫的形式集成在數字樣機開發軟件中，以實現基于工程的導向設計。但知識本身多種多樣，除了規則性的知識外，還存在著許多弱規則性甚至是無規則性的知識，因而單獨利用專家系統（Expert System，ES）進行產品開發存在著一定的缺陷。另外，CAX技術是產品開發過程中廣泛應用的工具，獨立的ES系統很難發揮作用，必須與CAX系統集成起來，才能發揮其知識處理的優勢。
基于知識的工程（Knowledge Based Engineering，KBE）是由某方面的專家和有經驗的工程師一起開發的基于計算機的工程工具，這一工具可為工程師和設計師交互提供產品設計和制造方面的知識規則和標準。
……
數字樣機裝配設計有兩個重要任務，一個是動態識別與建立零件之間的裝配關系；另一個是實時控制零件模型參數和模型大小的變化。現代三維設計軟件大都提供了多種方法來支持設計者完成上述兩個重要任務，實現設計構思的順利表達。完成從概念設計到詳細設計過程的映射需要“自頂向下”的設計模式，裝配關系的自動識別不僅有效地精簡了裝配設計建模的交互操作，而且增強了裝配系統進行裝配關系定義的靈活性與智能性。
利用幾何驅動（Geometry Driving）技術實時控制零件模型參數和大小的變化，也是裝配設計過程中始終存在并起到核心作用的關鍵技術之一。幾何驅動技術主要包括參數驅動（Parameter Driving）、關系驅動（Nexus Driving）和知識驅動（Knowledge Driving）等。
參數驅動又稱尺寸驅動（Size Driving），是在模型控制能力上從實體建模到特征建模的進展。幾何模型由有限個特征組成，特征之間由可調整的參數進行位置控制，特征本身也具有可控制的參數，特征的基礎輪廓也同樣被有限個參數所約束。這種數據結構使得從基礎輪廓到模型整體，全部由有限數量的參數進行控制。其中，參數與被控制對象之間的關系一般是一對一關系，而一個參數可以引用另一個參數的尺寸參數關系來控制。參數驅動一般不改變幾何模型的拓撲結構。當設計構思改變需要修改幾何模型時，可以直接修改尺寸參數以驅動其特征發生變化，進而完成幾何模型的更新。關系牽動是通過更改零部件之間的裝配關系、位置關系、形狀關系、數據關系等，實現一系列基于裝配關系和結構關系的改變和控制，順利實現幾何模型的多層次關聯更新。關系驅動真正做到了“牽一發而動全局”，在保證幾何模型之間正確關系的前提下，突破了參數驅動中一對一的模型控制模式，使得模型之間關系的維護更加方便。知識驅動是利用人類的知識驅動幾何模型變化，如設計者的經驗、專業知識、標準規則等。知識驅動可以使設計者在設計過程中僅按照知識的要求輸入工程約束條件，不需要接觸模型對其尺寸和裝配關系等進行直接修改，而是按照軟件自動計算的結果進行確認。
人類的設計活動在本質上是一個復雜的智能決策過程，產品方案的確定、分析模型的建立、主要參數的決策、幾何結構的評價和選優等環節，都需要設計人員的創造性活動、知識和經驗，很大程度上是依賴于人的思考和思維。很多知識和經驗是可以通過數據來描述的，如機械設計手冊中規定的某零件規格尺寸，這些人類積累的設計知識都以知識庫的形式集成在數字樣機開發軟件中，以實現基于工程的導向設計。但知識本身多種多樣，除了規則性的知識外，還存在著許多弱規則性甚至是無規則性的知識，因而單獨利用專家系統（Expert System，ES）進行產品開發存在著一定的缺陷。另外，CAX技術是產品開發過程中廣泛應用的工具，獨立的ES系統很難發揮作用，必須與CAX系統集成起來，才能發揮其知識處理的優勢。
基于知識的工程（Knowledge Based Engineering，KBE）是由某方面的專家和有經驗的工程師一起開發的基于計算機的工程工具，這一工具可為工程師和設計師交互提供產品設計和制造方面的知識規則和標準。
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