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第1篇MATLAB基础和科学计算2

第1章MATLAB操作基础2

1.1 MATLAB概述2

1.1.1 MATLAB的主要模块2

1.1.2 MATLAB的主要特点3

1.2 MATLAB的系统界面和菜单功能4

1.2.1 MATLAB系统界面4

1.2.2主窗口的菜单功能6

1.3运算符和标点符7

1.3.1运算符7

1.3.2标点符10

1.4数据类型10

1.4.1数值量10

1.4.2字符量11

1.4.3变量12

1.5基本数学函数13

1.5.1三角函数13

1.5.2指数和对数函数14

1.5.3取整和取余函数14

1.5.4通用数学分析函数15

第2章 矩阵和数组及其运算17

2.1矩阵的建立及变换17

2.1.1 矩阵的建立17

2.1.2矩阵的转置和变换19

2.2矩阵元素和子矩阵的提取20

2.2.1矩阵元素的提取20

2.2.2子矩阵的提取22

2.3矩阵的运算23

2.3.1矩阵的加法和减法23

2.3.2矩阵的乘法24

2.3.3矩阵的求逆25

2.3.4向量的范数和矩阵行列式的值25

2.3.5矩阵的除法26

2.4数组的运算28

2.4.1数组的加法和减法28

2.4.2数组的乘法28

2.4.3数组的除法29

2.4.4数组的乘方29

第3章 符号运算基础30

3.1建立符号对象30

3.1.1建立符号量30

3.1.2建立符号表达式31

3.1.3符号表达式中变量的确定31

3.2符号表达式的基本运算31

3.2.1符号表达式的四则运算31

3.2.2符号表达式分子和分母的提取32

3.2.3符号表达式的处理33

3.3符号函数的复合函数和反函数34

3.3.1符号函数的复合函数34

3.3.2符号函数的反函数35

3.4符号表达式与数值表达式之间的转换和运算精度控制36

3.4.1符号表达式与数值表达式之间的转换36

3.4.2符号和数值运算精度控制37

第4章M文件和流程控制结构38

4.1 M文件的分类38

4.1.1命令文件38

4.1.2函数文件39

4.2流程控制结构41

4.2.1顺序结构41

4.2.2循环结构42

4.2.3选择结构45

第5章 数据可视化48

5.1绘制二维曲线48

5.2图形格式设定和修饰49

5.2.1设置图形窗口49

5.2.2系统坐标控制49

5.2.3标注图形49

5.2.4特殊符号的标注50

5.3在极坐标系中绘制曲线51

5.4符号函数绘图52

5.5填充图形54

5.6绘制三维图形55

5.6.1绘制三维曲线55

5.6.2绘制三维曲面56

第6章 多项式运算和数据插值61

6.1多项式运算61

6.1.1符号多项式的生成61

6.1.2求多项式的值和根61

6.1.3多项式的乘法和除法运算62

6.1.4多项式的导数和积分63

6.2数据插值64

6.2.1一维数据插值64

6.2.2二维数据插值67

第7章 函数的导数和积分70

7.1函数的导数70

7.1.1函数导数的解析解70

7.1.2二维函数和参数方程的偏导数71

7.1.3 n维函数的偏导数73

7.1.4数值微分75

7.1.5函数的梯度和梯度的模76

7.2函数的积分77

7.2.1不定积分的解析解78

7.2.2定积分78

7.2.3数值积分79

7.2.4函数的重积分81

第8章 代数方程和常微分方程求解83

8.1代数方程求解83

8.1.1代数方程图解法83

8.1.2代数方程的解析解84

8.1.3线性方程组的数值解85

8.1.4非线性方程的数值解86

8.2常微分方程求解88

8.2.1常微分方程的解析解88

8.2.2常微分方程的数值解90

8.2.3高阶微分方程的降阶求解91

8.2.4刚性微分方程的数值解93

8.2.5微分代数方程的数值解95

第9章 最优化问题和遗传算法97

9.1 MATLAB优化工具箱的应用98

9.1.1线性规划问题98

9.1.2二次规划问题100

9.1.3无约束非线性规划问题102

9.1.4约束非线性规划问题107

9.1.5多目标规划问题110

9.2遗传算法112

9.2.1遗传优化算法函数113

9.2.2无约束优化的遗传算法114

9.2.3约束优化的遗传算法120

第2篇 机械工程设计分析应用128

第10章 连杆机构的运动设计和运动分析128

10.1连杆机构的运动设计128

10.1.1给定极限位置和最小传动角的设计问题128

10.1.2给定连架杆对应位置的设计问题130

10.2连杆机构实现预定函数和轨迹的优化设计133

10.2.1实现预定函数的优化设计133

10.2.2实现连杆轨迹的优化设计138

10.3铰链四杆机构的运动分析143

10.3.1机构运动分析的数学模型和求解方法144

10.3.2机构运动方程的求解方法145

10.3.3机构运动误差分析145

10.4转动导杆机构的运动分析150

10.4.1机构从动件的角位移和角速度151

10.4.2机构的压力角和传动比152

10.4.3计算实例的M文件和运算结果153

10.5曲柄滑块机构的运动精度综合155

10.5.1机构的尺度参数和运动参数分析156

10.5.2曲柄滑块机构等影响法精度综合157

10.5.3计算实例和M文件158

第11章 间歇运动机构和轮系的运动分析165

11.1槽轮机构的运动分析165

11.1.1槽轮机构的运动方程166

11.1.2槽轮的运动参数166

11.1.3计算实例的M文件和运算结果166

11.2针轮机构的设计计算和运动分析174

11.2.1针轮机构的设计计算175

11.2.2针轮机构的运动分析177

11.2.3 M文件和计算结果179

11.3面粉搅拌机工作头旋轮轨迹分析和仿真182

11.3.1搅拌机的传动系统183

11.3.2内外啮合锥齿轮行星传动的运动分析183

11.3.3行星机构运动模拟分析的M文件和运算结果185

第12章 凸轮机构运动分析和设计计算191

12.1对心直动凸轮机构压力角的计算191

12.1.1凸轮机构压力角的图解192

12.1.2凸轮机构压力角的计算193

12.1.3计算实例M文件和运算结果194

12.2盘形凸轮机构的设计计算和运动分析196

12.2.1盘形凸轮设计和运动分析的步骤和数学模型196

12.2.2盘形凸轮设计计算实例和CAD基本方法197

12.2.3编制M文件的基本方法和运算结果198

12.3共轭平面分度凸轮机构的设计计算207

12.3.1共轭平面分度凸轮机构主要运动参数分析207

12.3.2共轭平面分度凸轮机构主要几何尺寸计算210

12.3.3共轭平面分度凸轮轮廓直角坐标计算213

12.3.4共轭平面分度凸轮机构工作情况分析215

12.3.5设计计算实例、M文件和运算结果215

12.4圆柱分度凸轮机构设计和运动分析226

12.4.1圆柱分度凸轮机构的主要运动参数分析227

12.4.2圆柱分度凸轮机构主要几何尺寸计算230

12.4.3圆柱分度凸轮工作轮廓计算231

12.4.4圆柱分度凸轮机构的结构设计要点232

12.4.5 M文件和计算结果232

第13章 挠性传动设计计算246

13.1 V带传动的多目标优化设计246

13.1.1 V带传动多目标优化设计数学模型246

13.1.2 M文件和运算结果248

13.1.3使用最大最小化函数求解多目标优化问题的讨论251

13.2同步带传动的设计计算252

13.2.1同步带传动设计计算步骤和内容253

13.2.2 M文件和运算结果257

13.3滚子链传动的优化设计260

13.3.1滚子链传动设计计算的有关公式和曲线拟合261

13.3.2滚子链传动优化设计实例261

13.3.3 M文件与计算结果263

第14章 齿轮、蜗杆和螺旋传动的设计计算268

14.1齿轮传动参数测定和公法线公差计算268

14.1.1变位齿轮传动参数的测定和计算268

14.1.2斜齿圆柱齿轮公法线长度及其偏差的计算273

14.2圆柱齿轮传动的设计计算274

14.2.1齿轮传动设计计算的简化方法275

14.2.2 M文件基本流程和主要处理方法276

14.2.3设计计算实例的M文件和运算结果277

14.3齿轮传动的几何规划284

14.3.1构造几何规划的数学模型284

14.3.2几何规划算法分析285

14.3.3几何规划实例286

14.3.4 M文件和运算结果288

14.4两级圆柱齿轮减速器优化设计292

14.4.1两级圆柱齿轮传动的设计理论292

14.4.2优化设计实例和数学模型293

14.4.3 M文件和运算结果295

14.5锥齿轮传动优化设计的遗传算法298

14.5.1锥齿轮传动优化设计的数学模型298

14.5.2采用惩罚函数法构造适应度函数301

14.5.3遗传算法的M文件和运算结果分析301

14.6圆柱蜗杆传动的优化设计305

14.6.1建立优化设计的数学模型306

14.6.2设计实例M文件和计算结果308

14.7螺旋传动的设计计算312

14.7.1螺旋传动设计计算主要内容313

14.7.2螺旋起重器设计计算实例316

14.7.3 M文件和运算结果317

第15章 轴系设计计算和分析322

15.1轴系部件设计计算322

15.1.1机械传动装置的运动和动力参数计算322

15.1.2 V带传动设计计算324

15.1.3圆柱齿轮传动设计计算326

15.1.4轴的设计计算328

15.1.5滚动轴承的寿命计算331

15.1.6平键连接选用计算334

15.1.7 M文件和运算结果334

15.2机床主轴优化设计350

15.2.1建立优化设计数学模型350

15.2.2计算实例和M文件351

15.3主轴支承静不定结构的计算353

15.3.1主轴支承静不定结构分析354

15.3.2轴承径向反力位置—载荷关系曲线的分段拟合355

15.3.3建立主轴力矩平衡方程356

15.3.4计算主轴前支承的径向反力357

15.3.5计算流程图357

15.3.6计算实例和M文件358

15.4转轴的可靠性分析与设计363

15.4.1机械零件的可靠度计算363

15.4.2转轴的可靠性设计364

15.4.3 M文件和运算结果367

第16章 机械连接设计计算373

16.1螺栓联接选用计算373

16.1.1受轴向静载荷的螺栓联接计算373

16.1.2受轴向变载荷的螺栓联接计算374

16.1.3 M文件和运算结果376

16.2螺栓组联接的优化设计378

16.2.1螺栓单价与直径的关系378

16.2.2计算实例与数学模型378

16.2.3 M文件和计算结果380

16.3圆柱螺旋弹簧的设计计算382

16.3.1圆柱螺旋弹簧设计计算原理382

16.3.2 计算实例和M文件383

第17章 优化设计分析和曲线拟合389

17.1优化设计模型的几何描述389

17.1.1设计空间的几何描述方法389

17.1.2应用实例M文件和描述图形390

17.2人字架结构尺寸的优化设计397

17.2.1人字架的力学分析和优化设计数学模型398

17.2.2 M文件和运算结果399

17.2.3优化问题的几何描述402

17.3梯形截面管道结构尺寸的优化设计403

17.3.1计算实例和优化设计数学模型403

17.3.2无约束非线性优化函数的运用404

17.3.3 M文件运算结果分析和几何描述404

17.4多目标优化问题的理想有效解407

17.4.1多目标优化的策略407

17.4.2计算实例和优化设计数学模型408

17.4.3 M文件的主要特点409

17.4.4运算结果分析412

17.5无心磨削工艺参数的优化413

17.5.1无心磨削工艺参数分析413

17.5.2建立工艺参数优化的数学模型414

17.5.3 M文件和运算结果416

17.5.4优化结果的分析和处理420

17.6曲线拟合和多项式拟合420

17.6.1直线拟合420

17.6.2曲线拟合422

17.6.3多项式拟合423

17.6.4计算实例和M文件424

参考文献435