本书为“十四五”高等教育计算机辅助设计系列教材之一，主要论述现代设计中计算机三维造型设计和有限元分析两大核心内容，将CAD/CAE部分进行有效结合，将产品的设计理念和设计方法融入三维造型和有限元分析中。第1章至第7章为计算机三维设计，包括三维设计的基础知识、草图设计、实体建模、装配和工程图等内容；第8章至第10章为有限元分析，包括有限元分析的基本思想和基本原理、杆梁结构的有限元方法、连续结构体的有限元方法等内容。
        本书结合了编者多年来在机械设计教学和科研方面的经验，内容选取适当，范例具有典型性，通过丰富的实例和案例，帮助读者将理论与实践相结合，提升解决实际问题的能力。
本书适合作为本科院校相关工科专业的CAD/CAE教材，也可作为相关培训机构的培训用书。

        党的二十大报告指出：“必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势。”
        随着科技的飞速发展，计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）已经成为现代工程设计不可或缺的重要工具。其中，计算机三维设计以其直观性、高效性和精确性，在机械、汽车、航空航天、电子等多个领域得到了广泛应用，而有限元分析作为一种强大的数值分析方法，更是为工程设计和科学研究提供了强有力的支持。本书正是为了顺应这一技术发展趋势，满足广大工程设计人员和相关领域学者的需求而编写的，旨在系统论述计算机三维设计的基本原理、方法和技巧，以及有限元分析的基本理论和工程应用。
        本书在机械三维设计部分（第1~7章），详细论述三维设计的基础知识、草图设计、实体建模、装配和工程图等方面的内容。通过丰富的实例和详细的操作步骤，使读者可以逐步掌握三维设计的基本流程和技巧，为后续有限元分析的学习打下坚实的基础。
        在有限元分析部分（第8~10章），本书深入浅出地讲解有限元分析的基本思想和基本原理、杆梁结构的有限元方法、连续结构体的有限元方法等内容。同时，本书还结合工程实例，帮助读者更好地理解有限元分析的实际应用价值。
        本书结合了编者多年来在机械设计教学和科研方面的经验，具有以下特点：
        内容全面：本书涵盖了计算机机械三维设计和有限元分析的基本理论和工程应用，使读者能够系统地掌握相关知识和技能。
        实例典型：通过大量的实例和案例，帮助读者更好地理解和掌握所学知识，提高解决实际问题的能力。
        语言简练：本书力求用简洁明了的语言阐述复杂的概念和方法，使读者能够轻松上手，快速掌握相关技能。
        通过对本书的学习，读者将能够掌握计算机机械三维设计和有限元分析的基本理论和技能，为未来的工程设计和科学研究提供有力的支持。同时，我们也希望本书能够为相关领域的学者和工程师提供一个交流和学习的平台，共同推动计算机三维设计和有限元分析技术的发展和应用。
        本书由太原理工大学、太原科技大学、中北大学、太原学院、太原城市职业技术学院联合编写，张瑞亮、姚爱英、魏娜莎任主编，王娜、曹娟、罗澄清、郑利锋任副主编。具体编写分工为：张瑞亮编写第1章；王娜编写第2章、第3章；姚爱英编写第4章；曹娟编写第5章、第6章；罗澄清编写第7章；魏娜莎编写第8章、第9章；郑利锋编写第10章。全书由张瑞亮、姚爱英、魏娜莎统稿。
        最后，感谢所有为本书编写、校订和出版付出辛勤努力的同仁和朋友们。我们期待本书能够为同仁提供有价值的参考和帮助，共同推动相关课程教学和教材质量的进步。
本书参考了大量的文献和资料，在此我们对原作者一并表示深切的谢意。由于编者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，期望广大读者予以批评指正。 

               编者
        2024年12月

目录

第1章  绪论 1
1.1  CAD/CAE技术概述 1
1.2  CAD/CAE技术应用和发展趋势 3
1.3  CAD/CAE系统的基本功能 6
思考与练习 8
第2章  UG NX基础知识 9
2.1  工作界面的组成及定制 10
2.2  UG基本操作 14
2.3  坐标系 26
思考与练习 30
第3章  草图的绘制 33
3.1  草图概述 33
3.2  草图的绘制 37
3.3  草图操作 42
3.4  草图的约束 46
3.5  课堂练习——绘制草图 51
思考与练习 56
第4章  三维建模 59
4.1  建模概述及分类 59
4.2  基本特征的建立 60
4.3  工程特征的建立 67
4.4  基准特征的建立 69
4.5  建模的基本操作 71
4.6  课堂练习——创建零件模型 74
思考与练习 77
第5章  曲线和曲面 79
5.1  曲线概述 79
5.2  高级建模曲线的创建 80
5.3  曲线操作 82
5.4  曲面概述 85
5.5  曲面的创建 86
5.6  课堂练习——五瓣碗 91
思考与练习 97
第6章  三维装配 99
6.1  UG装配的基本过程 99
6.2  装配方法 99
6.3  装配约束 103
6.4  引用集 107
6.5  装配编辑 108
6.6  爆炸图 111
6.7  课堂练习——行星减速器输出轴装配 113
思考与练习 118
第7章  工程图的绘制 120
7.1  设置工程图环境 120
7.2  建立工程视图 121
7.3  视图的建立 123
7.4  视图对象的编辑 134
7.5  工程图标注 140
思考与练习 150
第8章  有限元方法概述 153
8.1  有限单元法的基本思想阐述 153
8.2  有限单元法的基本步骤解析 162
8.3  CAE仿真软件简介 165
思考与练习 170
第9章  杆梁结构的有限元方法 171
9.1  杆件结构分析的基本力学原理 171
9.2  局部坐标系中的杆单元描述 175
9.3  梁结构有限元分析的描述 179
思考与练习 189
第10章  连续结构体的有限元方法 191
10.1  连续体结构分析概述 191
10.2  连续体结构有限元分析原理及评判准则 192
10.3  平面问题有限元分析描述 196
10.4  空间问题有限元分析描述 204
思考与练习 209
参考文献 210

        张瑞亮，教授，博士，目前任职于太原理工大学；山西省汽车工程学会理事长，全国齿轮标准化技术委员会委员，全国减速器标准化技术委员会委员，中国汽车工程学会技术教育分委员，山西省机械工程学会机械传动委员会秘书长。姚爱英，工作于太原理工大学教学机械工程学院。主要从事机械设计制造及自动化方面的教学和科研工作，研究方向为机械系统动力学分析和故障诊断。曾参与多部机械三维设计和机械测试方面的教材的编写工作，有丰富的科研实践经历和教材编写经验。魏娜莎，工作于太原理工大学人工智能学院，主要从事计算机及自动化方面的教学和科研工作，曾参与多部三维设计方面的教材编写工作，有丰富的科研实践经历和教材编写经验。

本书深入浅出地讲解有限元分析的基本思想和基本原理、杆梁结构的有限元方法、连续结构体的有限元方法等内容。同时，本书还结合工程实例，帮助读者更好地理解有限元分析的实际应用价值。