中国科学院教材建设专家委员会立项项目土木工程科学研究暨研究生教学丛书 工程结构现代设计方法【2025|PDF下载-Epub版本|mobi电子书|kindle百度云盘下载】

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第一章 绪论1

1.1 现代设计1

1.1.1 现代设计的概念1

1.1.2 现代设计的分类1

1.1.3 现代设计的特征1

1.1.4 现代设计的特点3

1.1.5 现代设计和传统设计的区别4

1.2 结构工程设计4

1.2.1 结构工程设计4

1.2.2 结构设计阶段划分5

1.3 现代设计的发展趋势展望6

第二章 设计方法学8

2.1 概述8

2.1.1 设计方法学及其研究对象8

2.1.2 设计系统8

2.1.3 设计类型与设计原则9

2.2 技术系统及其确定10

2.2.1 技术系统10

2.2.2 信息集约10

2.2.3 调研预测11

2.2.4 可行性报告12

2.3 功能分析设计法12

2.3.1 功能概念12

2.3.2 确定总功能12

2.3.3 功能分析13

2.3.4 功能元求解13

2.3.5 方案综合13

2.3.6 设计工具14

2.3.7 小结14

2.4 评价决策15

2.4.1 评价目标树15

2.4.2 确定目标重要性系数（加权系数）15

2.4.3 简单评价法15

2.4.4 评分法16

2.4.5 技术-经济评价法17

2.4.6 模糊评价法17

2.5 创新思维与技法18

2.5.1 创造力开发18

2.5.2 创造性思维19

2.5.3 创新技法19

2.6 现代设计的目标21

第三章 工程设计22

3.1 工程设计概述22

3.1.1 工程设计的定义和特点22

3.1.2 工程设计阶段和进程23

3.2 工程结构系统的软设计理论25

3.2.1 工程设计理论的发展方向25

3.2.2 事物的确定性和不确定性27

第四章 结构优化设计29

4.1 概述29

4.1.1 函数的极值29

4.1.2 传统结构设计与结构优化设计30

4.1.3 结构最优化设计的基本概念31

4.1.4 工程结构优化设计发展33

4.1.5 优化设计方法分类34

4.2 最优准则法35

4.2.1 满应力准则法35

4.2.2 齿行法37

4.2.3 桁架满位移设计38

4.2.4 能量准则法38

4.3 无约束优化算法40

4.3.1 “成功-失败”法40

4.3.2 Fibonacci法41

4.3.3 “0.618”法44

4.3.4 牛顿法44

4.3.5 变尺度法45

4.3.6 共轭方向法47

4.4 线性规划问题49

4.4.1 线性规划问题的数学模型50

4.4.2 线性规划问题的解法51

4.4.3 线性规划问题的对偶问题59

4.5 非线性规划问题63

4.5.1 拉格朗日乘子法63

4.5.2 库恩-塔克条件66

4.5.3 罚函数法68

4.5.4 可行方向法72

4.5.5 复形法74

4.5.6 序列二次规划76

4.5.7 罚乘子法78

第五章 结构可靠度分析85

5.1 结构可靠度基本概念85

5.1.1 结构的功能要求85

5.1.2 结构的极限状态85

5.1.3 结构可靠度与可靠度指标86

5.2 结构可靠度常用分析方法88

5.2.1 均值一次二阶矩方法88

5.2.2 改进的一次二阶矩方法91

5.2.3 JC法92

5.2.4 蒙特卡罗法93

5.2.5 响应面法94

5.2.6 结构失效概率的优化模型（优化法／几何法）95

5.3 结构系统可靠度98

5.3.1 串联体系及其可靠度计算方法98

5.3.2 并联体系及其可靠度计算方法98

5.3.3 概率网络估算技术99

5.3.4 Ditlevsen窄界限法99

5.4 系统可靠度方法在土木水利工程中的应用100

5.4.1 静定桁架承载力可靠度分析100

5.4.2 重力坝层间抗滑稳定体系的动力可靠度分析101

第六章 有限元设计108

6.1 概述108

6.1.1 有限元法的基本思想108

6.1.2 有限元法的应用108

6.2 有限元法的基本步骤108

6.2.1 引例108

6.2.2 有限元法的基本步骤111

6.3 弹性力学平面问题的有限元法113

6.4 其他常用单元的刚度矩阵121

6.4.1 矩形单元121

6.4.2 等参数单元123

6.5 有限元软件的应用126

6.5.1 有限元软件技术126

6.5.2 有限元法及工程设计中的CAE分析132

6.5.3 水利与土木工程常用有限元分析软件133

第七章 计算机辅助设计141

7.1 概述141

7.1.1 计算机辅助设计的系统构成141

7.1.2 计算机辅助设计系统的开发原理144

7.1.3 计算机辅助设计的工作过程145

7.2 三维设计方法技术及其主流软件环境评测146

7.2.1 工程设计中的三维设计方法146

7.2.2 三维设计技术在土木水利行业的运用现状147

7.2.3 通用三维设计软件环境技术指标评测149

7.3 现代化土木水利行业三维设计工程运用157

7.3.1 复杂建筑群施工过程三维仿真158

7.3.2 复杂地质三维实体构形158

7.3.3 三维开挖设计关键技术160

7.3.4 建筑物三维实体建模162

7.3.5 厂房机电设备三维装配设计162

7.3.6 工程三维布置理论及可视化效果展示164

7.4 复杂结构三维设计应用实例166

7.4.1 基于CATIA的复杂工程三维实体建模与结构分析166

7.4.2 辅助功能模块的实现168

7.4.3 结论173

第八章 人工神经网络及遗传算法174

8.1 人工神经网络优化设计方法174

8.1.1 人工神经网络简述174

8.1.2 人工神经元模型175

8.1.3 人工神经网络模型的拓扑结构176

8.1.4 人工神经网络的运行过程179

8.1.5 BP网络的改进算法及优化设计181

8.2 遗传算法与工程设计185

8.2.1 概述185

8.2.2 遗传算法的基本流程185

8.2.3 遗传算法的定理与假设187

8.2.4 遗传算法的应用设计190

8.3 人工神经网络和遗传算法应用实例195

8.3.1 人工神经网络在洪水预报中的应用195

8.3.2 遗传算法在渡槽结构优化设计中的应用197

8.3.3 基于人工神经网络和遗传算法的土石坝位移反演分析201

8.3.4 人工神经网络在结构损伤识别中的应用203

第九章 智能工程206

9.1 概述206

9.1.1 智能工程的基本概念和原则206

9.1.2 智能工程的研究内容与方法207

9.1.3 智能工程与人工智能及智能设计的区别与联系208

9.2 知识的获取及表达208

9.2.1 知识的概念208

9.2.2 知识获取209

9.2.3 知识表述211

9.3 知识的运用212

9.3.1 知识的推理212

9.3.2 推理中的搜索策略213

9.3.3 推理控制策略214

9.3.4 元推理机的设计215

9.4 专家系统215

9.4.1 专家系统概述215

9.4.2 专家系统的结构216

9.4.3 专家系统开发工具217

9.5 应用实例——数据挖掘技术的应用218

9.5.1 数据挖掘技术218

9.5.2 数据挖掘技术在大坝安全决策支持系统中的应用220

第十章 现代设计方法的其他知识222

10.1 并行设计222

10.1.1 并行设计过程222

10.1.2 并行设计的关键技术223

10.2 虚拟设计227

10.2.1 虚拟现实与虚拟设计227

10.2.2 虚拟设计的关键技术230

10.3 反求工程设计236

10.3.1 反求工程的一般概念236

10.3.2 反求工程技术的相关内容238

10.4 绿色设计242

10.4.1 绿色设计基本概念与发展趋势243

10.4.2 绿色设计的内容与方法244

10.5 模块化设计248

10.5.1 模块化设计基本概念与特点248

10.5.2 模块的创建与再设计249

10.6 现代设计的其他方法251

10.6.1 价值工程251

10.6.2 人机工程251

10.6.3 相似性设计252

10.6.4 三次设计252

主要参考文献253