《现代设计理论与方法》复习提纲.doc.pdf

第一章设计方法学 1.现代设计目标：缩短产品设计周期；提高产品质量；降低生产成本。 T - 缩短产品设计周期 Q ?提高产品质量 C-降低其成本 2.传统设计法特点：静态的、经验的、手工式的、（近似计算）现代设计法特点：动态的、科学的、 计算机化的、（精确计算） 3.现代设计理论与方法的发展分为：（1）直觉设计阶段（2）经验设计阶段 （3）半理论半经验设计阶段（4）现代设计阶段 4?系统一执行特定功能而达到特定目的，相互联系，相互作用的元素。 具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上 的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。 5.系统化设计的特征：由上而下、由总到细。 基本方法：系统的分析和综合。 6.黑箱法定义：把系统看成是一个不透明的，不知其内部结构的“黑箱”，在不打开黑箱的前提下， 利用外部观测，通过分析黑箱与周围环境的信息联系，了解其功能的一种方法。 根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理來实现 输入输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐 变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。 7.系统化设计的步骤： 明确设计任务 总功能 分功能 功能元求解 功能原浬解 最佳功能原浬 方案 8、评价的目标内容： （1）技术评价目标一一可行性，创造性，可靠性 （2）经济评价FI标一一成本，利润，市场潜力 （3）社会评价目标一一社会效益和影响 9 ?技术?经济评价法 （a）技术价Wt: Wt= （Piqi）/Pmax （Pi各技术评分值；qi加权系数；Pmax最高分值5分或10分） 评价法 (b)经济价Ww： Ww=Hi/H=0.7Hz/H (Hi理想成本；H实际成本 ) (c)技术经济综合评价：均值法：W= (Wt+Ww)/2 双曲线法：W= (Wt.Ww ) 10. 产品价值V=F/C (F 功能C?成本 ) 11?寿命周期成本( 要会画出它的曲线图，并做分析) C=C1+C2 Cl ?生产成本C2 使用成本 FT/C ? =v T 功能 F-/CI=vT成本 FT/cI=vT 功能、成本 F TT/cT=vT 功能 Fl /c U =v 成本 第二章机械优化设计 X (k+1) =x (k) +a (k) s (k) x (k)第K步迭代点a (k)第K步迭步长s (k) 第K步迭代方向 1?优化设计的数学模型 统一形式描述： min f(x) s. t. gi (x) 1 J 严i）=CM（lvC） 加1 1 p 7 （2）下降准 则： （3） |V/（X +1 ）| ADIN A、NASTRAN、FEPG、COSMOS 等 2、ANSYS 包括三个部分： 前处理模块、分析计算模块、后处理模块。 3、有限元的基本思想是什么？（网上答案：自己删节） 是把连续的儿何机构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，从而将连续体看作仅在 节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量并在每一单元中假设一 个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而 将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题。求解得到节点值后就可以通过 设定的插值函数确定单元上以至个集合体上的场函数。对每个单元，选取适当的插值函数，使得该函 数在子域内部、在子域分界面上以及子域与外界面上都满足一定的条件。单元组合体在已知外载荷作 用下处于平衡状态时， 列岀一系列以节点、位移为未知量的线性方程组，利用计算机解出节点位移后， 再用弹性力学的有关公式, 计算出各单元的应力、应变，当各单元小到一定程度，那么它就代表连续 体各处的真实情况。 4、 有限元法的分析过程？ 1）连续体离散化2）单元分析3）整体分析 4）确定约束条件5）有限元方程求解6）结果分析与讨论 5、 有限元求解应力问题的三种方法: 位移法、力法、混合法。 6、 有限元法的力学基础是什么？ 弹性力学，结构力学、材料力学等 7、 三种常见杆状单元：杆单元、平面梁单元、空间梁单元。 8、 形函数N：反映单元内位移的分布形态，是x y坐标的连续函数。 形函数“仅与坐标值x y有关，与位移大小无关 混合法 第四章机械可靠性设计 1?可靠性的由来和发展 研究对象：寿命特征 基础：概率论、数理统计理论 知识：系统工程学、人机工程学、价值工程学、安全工程学等 2 ?机械可靠性设计的难点 1)应力因素对机械产品的失效率的影响难以准确预计 2)机械产品的寿命试验都很昂贵。 3)机械产品的可靠性数据资源非常缺乏。 3.可靠性：是指产品在规定条件和规定时间内，完成规定功能的能力。 四要素：1)研究对彖2)规定的条件3)规定的时间4 )规定的功能 4.可靠度 R (t):产品在规定的条件下和在规定的吋间内，完成规定功能的概率。 5.失效概率 F (t):产品在规定的条件下和在规定的时I'可内，丧失规定功能的概率。 R (t) +(t)=l R(t)=l-F(t) 0WR(t)Wl, OWF(t)Wl 6、失效率入 (t) 失效率即故障率， 是判断产品失效规律的基本参数。 简化定义：产品工作到时刻t,在此时刻以后的单位时间内发 生失效的概率。 近似计算公式为： X*(t)=(n(t+At)-n(t)/(N-n(t)At) 7、 失效率曲线的三个特征区( 要求能画出浴盆曲线) 早期失效区一一试车、跑合阶段 正常工作区一一使用寿命区入(t)W X0 功能失效区一一疲劳和磨损阶段 8、 会计算以下可靠性寿命指标 平均寿命MTTF, MTBF MTTF ： MTBF ： 维修度：在规泄的条件下和规泄的时间内，按规泄的程序和方法完成维修的概率。(M(t) 有效度： 可以维修的产品在某时刻具有或维持规定功能的概率。 可靠寿命一一tr 屮位寿命及特征寿命一一t0.5 9、应力 ?强度干涉理论。( 书 pl09) 1、基本概念 若应力S和强度。均为随机变量，则Z=6S也为随机变量。 失效率曲线 (也称浴盆曲线 ) 适于机械产乱 - - - 7 跑合期正常工作期耗损期 t M0 R=P(zM0)=P(6S M0)可以导出： m m R = a s) = J g(s)J f c)dcds 应力、强度均为正态分布时的可靠度计算 若c-N（/ic,ac）则 z = c s NJf） 其中儿 =人- 遇 J云 2? 若令 N二化卷则&=叫） 10、可靠性系数的计算公式，并学会通过查表得出其可靠度。 若令ZR= f 厂人则R“（ZR） ZR-?称为可靠性系数（或可靠性指数） 两类可靠性问题：已知ZR,求R=? （ZR）可靠性估计 已知R,求ZR=41（R）可靠性设计 10?典型机械系统分为哪几种？ 串联、并联、混联、表决系统 11?机械系统可靠度分配一般遵循哪些原则？ （1）技术水平。对技术成熟的单元，能够保证实现较高的可靠性，或预期投入使用时可靠性 可有把握地增长到较高水平，则可分配给较高的可靠度。 （2）复杂程度。对佼简单的单元，组成该单元零部件数量少，组装容易保证质量或故障后易 于修复，则可分配给较高的可靠度。 （3）重要程度。对重要的单元，该单元失效将产生严重的后果，或该单元失效常会导致全系 统失效，则应分配给较高的可靠度。 （4）任务情况。对整个任务时间内均需连续工作以及工作条件严酷，难以保证很高可靠性的 单元，则应分配给较低的可靠度。 其它章节（以概念题为主，此部分占分较少） 1 ?列岀你所知道的现代设计方法有哪些？ 如并行设计、 相似设计、 稳健设计、 绿色设计、 智能设计、 模糊设计、 虚拟设计、动态设计和疲劳设计等 2.CAE 计算机辅助工程 产品要可靠，需满足: 即产 品可靠度为： K CD f Z(c)f 或 CAM 一计算机辅助制造 CAPP 一计算机辅助工艺设计（前两者的联系桥梁） PDM 产品数据管理 MPR-II- - 制造资源规划 ERP - 企业资源规划 CIM/CIMS 现代集成制造系统 3. 相关性设计 相关性设计是为设计工作提供了极大的方便，系统会自动地更新与用户所修改的部分有关系的内 容。 4 ?动态分析法 实际产品往往是由一定数量的零件通过各种方式联接而成的机械系统，这时需要对整个系统进行 静态和动态分析。 用黑箱法对此进行分析：首些要建立对象的数学模型，通常用复域中的传递函数、频域中的频率 特性及吋域中的微分特性来描述其数学模型。 5 ?变型设计 它是实现快速响应的一种方法，这种方法特别强调对企业产品信息的标准化、规范化重组, 通过对 企业现有成熟产品的变型再设计，使企业的宝贵信息资源得到尽可能多的重用，从而实现快速响应， 以赢得市场。 基本方法：相似设计和模块化设计 6 ?快速成型 它是近年來形成的一种全新技术，它完全摆脱传统“去除材料”加工方法，而是采用全新的“增 加材料”加工法，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合。 7 ?绿色设计的概念 通常也称为生态设计、环境设计、生命周期设计或环境意识设计等 设计过程划分：1）产品提高2）产品再设计3）产品功能创新4）产品系统创新 &虚拟设计： 虚拟设计是随着科学技术的发展，特别是计算机辅助技术的发展而发展起来的新设计方法。它是 以虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象的设计手段。 9 ?虚拟现实： 在这工具帮助下，设计人员可预先以连续的、更加直观的方式观察和探索新概念、新工程或新产 品。目前，没有任何技术可以代替它。 10. 虚拟设计的特点： 它能使产品设计实现更白然的人机交换，能系统考虑各种因素，把握新产品开发周期的全过程， 提高产品设计的一次性成功率，缩短产品开发周期，降低生产成本，提高产品质量 11 ?虚拟技术有以下显著的特性： 1）自主性2）交互性3）沉浸感4）实时性 12 ?虚拟环境交互技术主要集中在三个方面： 听觉、触觉反馈系统、视觉 13?虚拟设计的近期目标：把设计人员从键盘和鼠标上解脱下来。 远期目标：创新设计 责任编辑：金祖近、朱苏凯