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第1章 绪论1

1.1 数字样机的概念1

1.1.1 数字样机的定义1

1.1.2 数字样机支撑技术3

1.1.3 数字样机的分类3

1.2 数字样机的特点5

1.2.1 数字样机模型要求5

1.2.2 数字样机的虚拟性5

1.2.3 数字样机的真实性6

1.3 数字样机的应用与发展7

1.3.1 数字样机的应用7

1.3.2 数字样机技术的发展8

1.3.3 Aberdeen的研究10

第2章 数字样机美学设计14

2.1 机械美学概述14

2.1.1 机械美学的提出14

2.1.2 机械美学的内涵15

2.2 基于CAD的机械美学设计16

2.2.1 计算机辅助工业设计16

2.2.2 基于CAD体现造型要素17

2.2.3 基于CAD体现形态美学18

2.2.4 数字样机美学设计要求19

2.3 数字样机渲染技术21

2.3.1 消隐与视觉样式21

2.3.2 色彩设计与颜色22

2.3.3 光照处理与阴影24

2.3.4 纹理处理与应用25

2.4 曲线和曲面分析26

2.4.1 基本概念和术语26

2.4.2 曲线和曲面模型29

2.4.3 曲线和曲面评价36

2.4.4 曲率和曲面分析38

2.5 逆向外形设计39

2.5.1 逆向设计的基本步骤40

2.5.2 三维数据采集方法41

2.5.3 测量数据处理技术43

2.5.4 模型重构与分析45

第3章 数字样机建模技术48

3.1 产品建模概述48

3.1.1 产品建模定义48

3.1.2 数字样机模型信息48

3.1.3 三维建模核心50

3.1.4 几何模型类型51

3.2 实体建模技术55

3.2.1 构造实体几何法55

3.2.2 边界表示法56

3.2.3 扫描表示法57

3.2.4 AutoCAD建模简介58

3.3 特征建模技术61

3.3.1 特征定义和分类62

3.3.2 特征建模系统62

3.3.3 参数化设计64

3.3.4 变量化设计66

3.4 特征建模的实现67

3.4.1 Inventor特征建模简介67

3.4.2 创建草图特征71

3.4.3 创建放置特征74

3.4.4 零件建模与物理属性76

第4章 数字样机装配设计78

4.1 装配设计概述78

4.1.1 装配设计的概念78

4.1.2 装配体与装配树79

4.1.3 装配设计的进展80

4.2 装配关联设计81

4.2.1 装配约束的实现方法81

4.2.2 基于布局的关联设计84

4.2.3 基于参数的关联设计85

4.2.4 在位自适应关联设计88

4.2.5 基于衍生的关联设计89

4.3 工程导向设计90

4.3.1 螺纹连接设计91

4.3.2 轴零件设计93

4.3.3 键连接设计95

4.3.4 凸轮机构设计96

4.3.5 齿轮、蜗轮设计98

4.3.6 其他设计计算100

4.4 装配体控制与检查101

4.4.1 零部件显示控制与剖切101

4.4.2 装配关系查找与干涉检查101

4.4.3 运动模拟与冲突检查103

4.4.4 产品的装配分解与动画105

4.4.5 零部件的位置表达106

4.4.6 空间自由度检查106

4.5 生成二维工程图107

4.5.1 基础视图的生成108

4.5.2 投影视图的生成108

4.5.3 其他视图的生成109

4.5.4 图纸注释与说明111

第5章 数字样机运动仿真113

5.1 仿真技术概述113

5.1.1 仿真的定义和类型113

5.1.2 数字样机仿真的优势114

5.1.3 机械系统的运动仿真115

5.1.4 ADAMS软件简介117

5.2 运动仿真的关键概念119

5.2.1 机械连接和自由度119

5.2.2 迁移度和运动链120

5.2.3 冗余和动力122

5.3 运动机理中的连接122

5.3.1 运动连接的类型122

5.3.2 手动创建运动连接125

5.3.3 把约束转换为连接132

5.3.4 连接的规则和特性134

5.4 物理特性和力学环境135

5.4.1 定义驱动条件135

5.4.2 初始条件和边界135

5.4.3 连接的力和力矩138

5.4.4 施加外力和重力139

5.5 仿真输入与输出140

5.5.1 输入图示器140

5.5.2 定义输入变量141

5.5.3 输出图示器145

5.5.4 输出运动变量147

第6章 数字样机有限元分析149

6.1 有限元分析概述149

6.1.1 有限元法的基本思想149

6.1.2 有限元分析的步骤151

6.1.3 协同有限元分析153

6.1.4 AWE协同仿真简介153

6.2 结构的静力学分析155

6.2.1 分析过程156

6.2.2 等效应力158

6.2.3 主应力159

6.2.4 变形与安全系数160

6.2.5 结构改进162

6.3 振动模态分析162

6.3.1 模态分析的数学模型163

6.3.2 无约束条件下的模态分析163

6.3.3 有约束条件下的模态分析164

6.3.4 预应力对模态参数的作用165

6.4 结构拓扑优化166

6.4.1 机械优化设计概述166

6.4.2 CAE优化的设计方法168

6.4.3 拓扑优化的设计原理169

6.4.4 形状拓扑优化实例170

6.5 复杂数字样机的多学科协同仿真173

6.5.1 数字化多学科优化设计173

6.5.2 汽车多学科优化的数学模型174

6.5.3 汽车协同优化与仿真流程175

6.5.4 汽车碰撞安全仿真实例176

第7章 数字化人机工程设计180

7.1 人机工程设计概述180

7.1.1 人机工程的定义180

7.1.2 人机系统设计181

7.2 人体因素的基础181

7.2.1 人体测量181

7.2.2 人体尺寸183

7.2.3 人体力学185

7.2.4 人体感觉189

7.3 人体模型195

7.3.1 二维人体物理模板196

7.3.2 三维数字化人体模型197

7.3.3 工程人体建模软件198

7.3.4 基于CAD的人体建模200

7.3.5 车辆工程用数字人体201

7.4 数字化人机工程设计205

7.4.1 作业空间布局设计205

7.4.2 座椅与工作台设计207

7.4.3 操纵装置设计208

7.4.4 显示装置设计210

7.4.5 车辆驾驶室的设计212

第8章 数字样机数据管理215

8.1 产品数据交换215

8.1.1 数据交换技术215

8.1.2 数据交换种类216

8.1.3 数据交换标准217

8.2 产品数据管理（PDM）219

8.2.1 PDM概念的产生219

8.2.2 PDM系统的结构220

8.2.3 PDM系统的功能220

8.2.4 PDM的技术规范224

8.3 产品生命周期管理（PLM）224

8.3.1 PLM概念的产生225

8.3.2 PLM系统的功能226

8.3.3 PLM与PDM的关系226

8.4 PLM/PDM系统的实施227

8.4.1 PLM/PDM实施的内容227

8.4.2 PLM/PDM实施的步骤228

8.4.3 PLM/PDM的信息建模229

8.4.4 PLM/PDM软件简介233

8.5 PLM最新解决方案236

8.5.1 云计算的概念236

8.5.2 基于云端的PLM237

参考文献239