- 结构智能设计与优化(智能制造方向清华大学出版社十五五规划教材)
- - 作者：编者:高杰//张春江//高亮//王琳|责编:刘杨
  - 出版社：清华大学
  - ISBN：9787302710424
  - 出版日期：2026/04/01
  - 页数：313
- 售价：27.6

内容大纲
本书在绪论部分简要介绍了经典结构优化设计和现代结构优化设计，后续整个内容分为8章，包含拓扑优化概述、智能优化算法基础、有限单元法、非均匀有理B样条、几何分析、变密度方法、几何拓扑优化方法、基于智能优化算法的结构优化设计。其中前两章主要为使读者快速了解本书关注的对象近几年发展的概况，使读者对该研究领域有一个初步的认识，第3章和第6章构成了经典拓扑优化学习体系，第5章和第7章构成了几何拓扑优化学习体系，第2章和第8章构成了结构智能优化设计学习体系，分别面向不同学习需求的读者。
本书主要面向高等院校工科类大三、大四学生，需要掌握一定的课程基础知识，主要包括理论力学、材料力学、弹性力学和运筹优化。为了帮助学生更好地理解和掌握书中理论与方法，每章内容尽量配备了详尽的MATLAB代码示例，并对代码进行了细致的注释和说明，因此需要学生提前学习MATLAB编程基础知识。在本书学习过程中，力求学生做到基础理论学习与程序编程紧密结合，对书中的案例和相应的结果进行探讨。编写本书的初衷主要是为工科类本科生提供基础且内容翔实的教材，为后续从事“结构智能设计与优化”领域工作的学生或工程师提供良好的入门教材，帮助大家尽快理解和掌握本领域的基础知识。
作者介绍
目录
绪论
  1 经典结构优化设计
  2 现代结构优化设计
第1章拓扑优化概述
  1.1 引言
  1.2 基本内涵
  1.3 方法研究概述
    1.3.1 均匀化方法
    1.3.2 变密度方法
    1.3.3 水平集方法
    1.3.4 等几何拓扑优化方法
  1.4 应用研究概述
    1.4.1 力学超材料微结构设计
    1.4.2 材料/结构跨尺度优化设计
    1.4.3 大规模并行拓扑优化设计
    1.4.4 复杂结构拓扑优化设计
    1.4.5 AI驱动的结构智能化设计
  本章习题
  参考文献
第2章智能优化算法基础
  2.1 引言
  2.2 遗传算法
    2.2.1 遗传算法简介
    2.2.2 遗传算法的生物学基础
    2.2.3 遗传算法的基本操作
    2.2.4 遗传算法的应用与运算流程
    2.2.5 遗传算法设计与实现
  2.3 粒子群优化算法
    2.3.1 粒子群优化算法简介
    2.3.2 粒子群优化算法的生物学基础
    2.3.3 粒子群优化算法的基本操作
    2.3.4 粒子群优化算法设计与实现
  2.4 差分进化算法
    2.4.1 差分进化算法简介
    2.4.2 差分进化算法的基本操作
    2.4.3 差分进化算法的应用与运算流程
    2.4.4 差分进化算法设计与实现
  2.5 其他智能优化算法
    2.5.1 蚁群优化算法
    2.5.2 人工蜂群优化算法
  本章习题
  参考文献
第3章有限单元法
  3.1 引言
  3.2 偏微分方程
    3.2.1 等效积分形式
    3.2.2 等效积分弱形式
    3.2.3 加权余量法：伽辽金法
  3.3 固体力学的基本方程
  3.4 有限元基本格式

    3.4.1 一般流程
    3.4.2 合适的空间
    3.4.3 弱形式及其解的性质
    3.4.4 区域离散化
    3.4.5 形函数
    3.4.6 位移函数
    3.4.7 应变场求解
    3.4.8 离散化系统平衡方程
  3.5 四节点四边形单元
    3.5.1 形函数
    3.5.2 应变-位移矩阵
    3.5.3 单元刚度矩阵
  3.6 八节点六边形单元
    3.6.1 形函数
    3.6.2 应变-位移矩阵
    3.6.3 单元刚度矩阵
  3.7 高斯积分
    3.7.1 一维积分法则
    3.7.2 正方形区域的二维积分法则
    3.7.3 立方体区域的三维积分法则
  本章习题
  参考文献
第4章非均匀有理B样条
  4.1 引言
  4.2 Clark关于B样条的定义
    4.2.1 基函数
    4.2.2 约束条件
    4.2.3 n阶连续性要求的B样条基函数
  4.3 B样条的递推定义与算法
    4.3.1 节点向量
    4.3.2 递推定义基本原理
    4.3.3 B样条基函数基本构造
  4.4 B样条基函数的基本性质
    4.4.1 局部支撑性
    4.4.2 凸组合性
    4.4.3 B样条基函数在节点处的连续性
    4.4.4 B样条基函数与Bernstein基函数的关系
    4.4.5 B样条函数导数的递推性质
    4.4.6 二次均匀B样条曲线
    4.4.7 B样条实体
  4.5 非均匀B样条曲线与曲面
    4.5.1 非均匀基B样条基函数
    4.5.2 非均匀基B样条节点矢量的确定
    4.5.3 非均匀B样条曲线及其插值
  4.6 有理B样条
    4.6.1 一次有理B样条曲线和曲面
    4.6.2 二次有理B样条曲线和曲面
  4.7 非均匀有理B样条
    4.7.1 NURBS曲线、曲面的定义与性质
    4.7.2 NURBS曲线曲面的基本算法

    4.7.3 NURBS曲线和曲面的应用
  4.8 NURBS工具包：MATLAB
    4.8.1 核心架构
    4.8.2 基本模块
    4.8.3 经典案例：带弯头的管道
  本章习题
  参考文献
第5章等几何分析
  5.1 引言
  5.2 关键概念
  5.3 理论框架
    5.3.1 经典概念
    5.3.2 在计算域上定义函数
    5.3.3 数值方法
    5.3.4 边界条件
    5.3.5 线弹性
  5.4 IGA与经典FEM的对比分析
    5.4.1 代码架构
    5.4.2 相似与差异
  5.5 IGA程序算法实施
    5.5.1 核心架构
    5.5.2 基本模块
    5.5.3 经典案例：承受均匀面内拉伸的无限大平板圆孔应力分析
  本章习题
  参考文献
第6章变密度方法
  6.1 引言
  6.2 基本原理
  6.3 刚度最大化模型
    6.3.1 数学优化模型
    6.3.2 刚度矩阵
    6.3.3 过滤数值方案
  6.4 灵敏度分析
  6.5 最优准则法
    6.5.1 Kuhn-Tucker最优化条件
    6.5.2 优化准则法基本理论
  6.6 数值实施
    6.6.1 二维拓扑优化99行程序简要说明
    6.6.2 三维拓扑优化169行程序简要说明
  6.7 数值案例讨论
    6.7.1 二维标准案例
    6.7.2 三维标准案例
  本章习题
  参考文献
第7章等几何拓扑优化方法
  7.1 引言
  7.2 方法整体框架
  7.3 密度分布函数
    7.3.1 控制点密度
    7.3.2 平滑机制

    7.3.3 密度分布函数
  7.4 线弹性等几何分析
    7.4.1 伽辽金法
    7.4.2 刚度矩阵
  7.5 拓扑优化模型
    7.5.1 数学优化模型
    7.5.2 灵敏度分析
  7.6 程序详解：IgaTop2D
    7.6.1 程序框架
    7.6.2 关键变量名解释
    7.6.3 程序解释
  7.7 数值案例讨论
    7.7.1 悬臂梁
    7.7.2 1/4圆环
    7.7.3 3D Michell结构
    7.7.4 3D类桥粱结构
  本章习题
  参考文献
第8章基于智能优化算法的结构优化设计
  8.1 引言
  8.2 经典结构优化设计问题举例
    8.2.1 三角桁架结构的尺寸优化问题
    8.2.2 压力弹簧优化问题
    8.2.3 复合材料层合板铺层顺序优化问题
  8.3 优化设计中约束处理方法
    8.3.1 约束优化问题
    8.3.2 约束处理方法
    8.3.3 方法应用实例
  8.4 数值案例讨论与程序实现
    8.4.1 三角桁架结构的尺寸优化设计
    8.4.2 压力弹簧问题
    8.4.3 复合材料层合板铺层顺序优化
  本章习题
  参考文献

内容大纲

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