现代机械设计方法
目前常见的机械现代设计方法
目前常见的机械现代设计方法
机械现代设计方法是指利用计算机辅助设计软件、仿真分析软件等现代化工具，将传统机械设计方法与现代科技手段相结合，以提高机械产品设计质量和效率。
目前常见的机械现代设计方法包括以下几种：
1. 三维建模设计：利用3D建模软件，将机械产品的三维模型建立起来，可视化地展现设计效果，便于设计师进行直观的审查和修改。
2. 有限元分析：利用有限元分析软件对机械产品进行力学分析，包括应力分析、变形分析、疲劳分析等，以评估产品的工作性能和耐久性。
3. 数值优化设计：利用数值优化算法，对机械产品的形状、材料等参数进行优化，以达到最优的设计效果。
4. 虚拟试验：利用仿真分析软件对机械产品进行虚拟试验，模拟产品在各种工作条件下的工作状态，预测产品的工作性能和故障情况，为产品的试制和改进提供依据。
5. 快速原型技术：利用快速原型技术，通过快速制造出机械产品的实物样品，以验证设计效果和性能，缩短产品开发周期。
以上方法在机械产品设计中得到广泛应用，为设计师提供了更加科学、高效、精准的工具和方法。
- 1 -。
现代机械设计中的设计优化方法
现代机械设计中的设计优化方法在现代机械设计领域，设计优化方法是实现高效、可靠和经济的产品设计的关键。
随着科技的不断进步和市场的竞争加剧，设计师们需要不断探索新的方法和技术来提高产品的性能和质量。
本文将介绍几种常见的设计优化方法，包括参数优化、拓扑优化和材料优化。
1. 参数优化参数优化是指通过调整设计中的参数，以达到最优的性能指标。
这种方法常用于机械系统的设计中，例如汽车引擎的设计。
设计师可以通过改变引擎的参数，如气缸数、活塞直径等，来优化燃烧效率和动力输出。
参数优化通常使用数学模型和计算机仿真来进行，以减少试错的成本和时间。
2. 拓扑优化拓扑优化是一种通过优化材料在结构中的分布来提高结构性能的方法。
在传统的机械设计中，结构常常是由设计师根据经验和直觉来确定的。
然而，这种方法往往无法充分利用材料的性能，导致结构过度设计或者性能不足。
拓扑优化通过在结构中自动调整材料的分布，使得结构在满足约束条件的前提下，具有最佳的性能。
这种方法可以减少材料的使用量，提高结构的强度和刚度。
3. 材料优化材料优化是指通过选择最合适的材料来提高产品的性能。
不同的材料具有不同的物理和化学性质，因此在设计中选择合适的材料非常重要。
材料优化可以通过材料的强度、刚度、耐磨性等性能指标来进行。
例如，在航空航天领域，设计师需要选择轻量化、高强度的材料，以提高飞机的性能和燃油效率。
4. 多目标优化多目标优化是指在设计中同时考虑多个性能指标，并找到它们之间的最佳平衡点。
在机械设计中，往往存在多个冲突的性能指标，例如重量和强度之间的矛盾。
多目标优化方法可以帮助设计师找到最优的设计方案，以满足不同的需求。
这种方法通常使用多目标优化算法，如遗传算法和粒子群优化算法，来搜索设计空间中的最优解。
综上所述，现代机械设计中的设计优化方法包括参数优化、拓扑优化、材料优化和多目标优化。
这些方法可以帮助设计师在设计过程中提高产品的性能和质量，同时减少成本和时间。
机械零件强度的现代设计方法
机械零件强度的现代设计方法
在现代机械设计中，确定机械零件的强度是非常重要的。
当设计机械零件时，需要考虑材料的强度和应力分析，以确保零件能够承受预期的负载和环境条件。
以下是一些现代机械零件强度设计的方法：
1.强度分析：对机械零件进行应力和应变分析，以确定零件在负载下的强度。
可以使用有限元分析（FEA）等数值方法进行强度分析，通过计算应力和应变的分布来评估零件的承载能力。
2.力学原理：应用力学原理，如弹性力学和塑性力学，对零件的应力和变形进行分析。
力学原理可以用于计算零件在不同负载下的最大应力和变形程度，以确定零件的强度。
3.材料选择：选择合适的材料对机械零件的强度至关重要。
材料的强度属性，如屈服强度、抗拉强度和韧性，应该与设计要求相匹配。
根据零件的功能、负载和工作环境，选择具有合适强度和耐磨性的材料。
4.安全系数：在进行机械零件的强度设计时，常常采用安全系数来考虑不确定性因素和荷载变化。
安全系数是指零件能够承受的负载与实际应用负载的比值。
高安全系数可以提高零件的可靠性和寿命。
5.条件检查：在设计过程中，对机械零件的应用条件进行检查是必要的。
考虑到工作环境的温度、湿度、振动和腐蚀等因素，可以更准确地评估零件的强度，以确保其在实际工作条件下的可靠性。
综上所述，现代机械零件的强度设计方法包括强度分析、力学原理、材料选择、安全系数和条件检查等。
通过综合运用这些设计方法，可以确保机械零件在负载下具有足够的强度和可靠性。
现代机械设计理论与方法(PPT212页)
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
一 传统设计与现代设计
1 设计的起源和设计技术的传递
1) 手工艺人的设计及技术传递
1) 师傅——徒弟（实用的）
2) 传统设计技术的传递
1) 图纸、经验、类比（实验为基础的）
3) 现代设计理论体系的建立与发展
仿真、理论分析（分析实验结合的）
1.1 传统设计与现代设计及其范畴
现代设计方法
注重产品设计的全过程 注重分析系统内部单元的相对关系 从功能分析入手解决产品方案设计
2.1 技术系统的组成和处理对象
系统的组成
系统单元 系统结构 边界条件 输入和输出的要素
2.2 系统分析设计方法
系统分析设计的内容
系统设计 系统制造 系统运行
系统分析设计涉及到产品开发和运行的所有环节，甚至包 括产品的售后服务和产品失效（报废）后处理，所以系统 分析设计不是单纯的产品设计。
2.2 系统分析设计方法
二 产品规划
4 设计要求的拟定
1) 产品功能和性能 2) 设计参数和相关的指标 3) 制造及使用等方面的限制条件
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
1 功能分析和原理方案拟定
1) 功能分析 2) 创造性设计 3) 分析——综合——评价
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
二十年来服装的变化趋势或潮流
2.2 系统分析设计方法
三 方案设计
4 依据功能的设计
1) 参考有关资料、专利或产品求解 2) 利用各种创造性方法以开阔思想来探寻解法 3) 采用形态综合 方案设计
5 功能分析设计法举例
1) 挖掘机的原理方案设计
2.2 系统分析设计方法
反向探求法
现代机械设计方法
现代机械设计方法现代机械设计方法，是指以计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术为基础的机械设计方法。
它集成了计算机辅助设计、工程力学、材料力学、工艺学、控制学等多个学科的知识，通过数值模拟、虚拟样机等手段，实现机械设计的快速、精确和可靠。
首先，现代机械设计方法注重从理论到实践的无缝衔接。
传统的机械设计方法多依赖设计师的经验和试验数据，设计过程较为繁琐，且设计结果不易准确预测和优化。
而现代机械设计方法则通过数值模拟、虚拟样机等手段，能够在计算机环境下对机械设计进行试验、优化和验证，大大提高了设计效率和准确性。
其次，现代机械设计方法强调整体化设计。
传统的机械设计方法往往将机械产品看做独立的组成部分，设计过程中很难兼顾到整体的功能、性能和制造要求。
而现代机械设计方法则通过系统工程理论和方法，将机械产品视为一个整体系统，从整体的角度考虑功能、性能和制造要求的关系，使得设计的机械产品更加符合实际的工作环境和需求。
再次，现代机械设计方法注重数字化设计。
传统的机械设计方法主要依靠手工绘图和手工计算，设计结果存在重复劳动、错误率高和信息传递不精确等问题。
而现代机械设计方法则通过计算机辅助设计软件，实现以数字化方式进行设计、分析和优化，能够快速生成和修改设计图纸、自动计算和优化设计参数，大大提高了设计效率和精度。
最后，现代机械设计方法注重可视化和可交互性。
传统的机械设计方法往往只能通过文字和手绘草图来表达设计思想，很难直观地展现设计效果和交流意图。
而现代机械设计方法则通过三维建模、虚拟样机、动态仿真等技术，可以实现对设计过程和结果的可视化呈现和交互操作，设计师可以更加清晰地了解和表达设计需求，减少了误解和沟通成本。
总之，现代机械设计方法是以计算机辅助设计和制造技术为核心的机械设计方法，具有高效、精确、可靠、整体化、数字化、可视化和可交互等特点。
它在提高机械设计效率、降低设计成本、优化设计方案等方面具有重要的意义和应用价值，是现代工业发展的必然趋势。
现代机械设计理论与方法(1)
⑦ 满足轮齿弯曲强度要求，应有
2 g8 ( X ) x3 z小x2 AFT小YF 0
3）选用合适的优化方法求解，得
z1 22 X b 53 m 4. 5
优化设计
将设计问题的 物理模型转化 为数学模型
选用适当的优化方 法和计算机程序
通过计算机 求解得到最 佳设计方案
② 计算机辅助设计(CAD)
CAD能够帮助我们完成机械设计中的图形设计（制图） 及部分分析计算。（以计算机为工具） 计算机辅助设计
传统设计
人工计算、绘图
用计算机设计、 计算、绘图。
设计精度、稳定性 和效率有限，修改 不方便
四、现代设计方法的特点
程式性。研究设计的全过程，要求设计者从产品 规划、方案设计、技术设计到试验、试制进行全面考 虑，按步骤有计划地进行设计。
创造性。突出人的创造性，力求探寻更多新方案， 开发创新性产品。
最优化。设计的目的是得到功能全、性能好、成 本低的最优产品。 综合性。建立在系统工程和创造工程基础上，综 合运用信息论、优化论、相似论、决策论、预测论等 相关理论，提供多种途径解决产品的设计问题。 计算机化。
④ 模数和齿宽之间要求 5m b 17 m
g 4 ( X ) x2 5x3 0 g5 ( X ) 17x3 x2 0
⑤ 保证各行星轮之间齿顶不相碰撞，应满足
g 6 ( X ) x1 sin
C
1 x1 (i 2)(1 sin ) 0 2 C
⑥ 满足接触强度要求，应有
主要应用于 以下方面
现代机械设计方法研究探讨
现代机械设计方法研究探讨摘要：对现代机械设计特点及方法与理论进行了阐述，最后就现代机械设计的研究进展情况进行了分析探讨。
关键词：现代机械；设计方法；理论；研究1. 现代机械设计概述1.1.现代机械设计的内涵当前，随着我国经济、科技的发展迅速，产品技术的发展不再单纯依赖于设计者的思想灵感或经验技术，而是逐渐发展成为一门科学，并且是以知识为基础，具有科学设计手段的现代机械设计技术。
随后，现代机械设计又引进了多种不同的设计方法理念，例如系统科学、信息科学、计算机技术等，这些都为我国的机械设计理念增色不少。
1.2. 现代机械设计的特点现代机械设计种类繁多，其结构也越来越复杂。
现代机械设计可以从实现功能的角度来考查，其中包括系统功能、传统功能、执行功能和操作功能等，这些功能都可以用来协助机械的运作，每一种功能都有其自身的特点。
现代机械设计方法一般都是凭借计算机网络或其他一些现代化机械设备，引进先进的现代化设计理念及方法，创造出具有现代化机械设计特点的作品。
现代机械设计的主要工具也是计算机，如利用计算机计算、分析、绘图等，可以大大提高现代机械设计的效率。
2. 国内外现代机械设计的方法与理论随着科技的不断发展，人们对于机械产品的质量要求越来越高，许多科研工作者对现代机械设计方法都进行了研究。
在国外有许多现代机械设计方法，比较著名的有普适设计理论方法、公理化设计理论方法和三次设计法理论。
2.1. 国外现代机械设计的方法2.1.1 .普适设计理论方法普适设计理论产生于德国，其理论方法的精华就是经验的累积和总结。
现代机械设计种类较多，这就需要有一个系统的理论方法对其进行总结与归纳。
普适设计理论方法是一种典型的设计方法学，这种理论建立起了一系列系统的理论设计方法，从策略、规则、方法到实施都有其具体的设计规则模型。
普适设计理论方法的重点就是构建机械设计的功能结构，其每一步的能量输入与输出都是根据已有的经验作为基础所构建出来的，所以普适设计理论方法是一种基于经验的方法。
试论现代机械设计方法及研究进展
试论现代机械设计方法及研究进展摘要：近些年来，科技的进步和经济的发展使得现代机械设计有了较为繁杂的种类和结构。
本文就对现代机械设计方法的产能和发展进行了综合的论述研究，在回顾我国设计技术发展历程中，对现代机械设计中先进的机械设计和先进的方法进行探究。
进而探讨现代机械设计技术的发展趋势。
关键词：现代机械设计；方法；研究机械设计主要是指根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、以及各个零件的材料和形状的尺寸、润滑方法进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
本文着重从现代机械设计方法及其发展进行探讨。
一、现代机械设计的特点机械设计作为机械工程的最重要的组成部分，是机械生产的第一步，它是决定机械性能的最主要的因素。
现代的机械设计它包括众多的种类并且结构也愈来愈复杂。
但从实现系统的功能来看，她主要包括动力系统、传动系统、执行系统、操纵及控制系统等，这些系统有根据各自的需要继续分解为更小的子系统。
现代机械设计它具有鲜明的时代现代特点，它不仅要求设计对机械的工作原理、工作结构、运动方式、力以及能量的传递方式、物流技术、各零部件的材料、形状、尺寸、润滑等方式进行构思、分析和计算，而且还融入多门的现代科学知识。
如：在现代机械中融通创造性的工程学、美学、控制论、机械电子学等，使得设计出的产品更具有时代气息，进而使得产品在市场上具有竞争优势。
二、现代机械的设计方法（一）信息论方法它主要包括信息分析法和技术预测法，其目的是帮助机械设计归总有用的信息，使得这些信息能够为设计人员提供机械设计的灵感，该方法是现代机械设计方法的前提。
并且信息论方法能收集大量的设计信息和设计经验，它能够帮助缺乏设计经验的新手完成工作。
此外，信息论方法能够大大的提高设计的效率，加快产品的更新速度，缩短设计的时间，从而在市场的竞争中处于优势地位。
（二）创新设计法为了适应新知识经济时代的发展要求，提出现代机械设计创新理论。
机械设计现代方法
机械设计现代方法引言机械设计是现代工程领域中十分重要的一个分支。
随着科技的发展和工业的进步，传统的机械设计方法已经不能很好地满足工程项目的需求。
因此，研究人员不断探索新的设计方法和技术，以提高机械设计的效率和质量。
本文将探讨几种现代的机械设计方法，包括计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）和工业设计。
这些方法在机械设计中的应用已经成为现代工程领域中的一项必备技能。
计算机辅助设计（CAD）计算机辅助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）是利用计算机技术辅助进行产品设计的方法。
通过CAD软件，设计师可以在计算机上创建、修改和优化产品的三维模型。
CAD软件不仅提供了丰富的设计工具和功能，还可以进行模拟和分析，帮助设计师更好地理解产品的性能和行为。
CAD的优势在于提高了设计的精度和效率。
与传统的手工绘图相比，CAD可以更准确地绘制复杂的曲线和曲面。
此外，CAD还可以通过参数化设计实现快速修改和变体设计。
例如，设计师只需调整参数值，CAD软件将自动更新整个模型，大大提高了设计的灵活性和生产效率。
计算机辅助工程（CAE）计算机辅助工程（Computer-Aided Engineering，简称CAE）是利用计算机技术进行工程分析和仿真的方法。
与CAD不同，CAE主要关注产品的性能和行为。
通过CAE软件，工程师可以对产品进行结构、流体、热力学等多种类型的分析和仿真。
CAE的应用可以帮助设计师预测和评估产品的性能。
例如，在机械设计中，CAE可以用于强度和刚度分析，以确保产品在各种工况下的稳定性和安全性。
此外，CAE还可以用于优化设计，通过调整材料和结构来满足特定的工程需求。
随着计算机技术的不断发展，CAE方法也在不断演进和改进。
现代的CAE软件提供了更多的分析选项和高级功能，如多物理场耦合、优化计算和云计算等。
这些技术的引入使得CAE在机械设计中的应用更加广泛和有效。
工业设计工业设计是机械设计中的另一个重要领域。
现代机械设计理论与方法优化设计ppt课件
设计工程研究所
绪论
关于设计及其重要性 现代机械与传统机械 现代机械设计所研究的内容 我国机械工程的发展与机械设计
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
对机械设计与理论的学位要求
在力学（特别在动力学）、摩擦学、强度理论、 材料科学、控制理论以及设计理论方面有坚实基 础；在传热学、电子技术、计算机及网络技术方 面有较强基础；在人工智能科学、管理科学（特 别是市场分析和成本分析）、环境科学及人机科 学方面有一定的基础。
验验证了的选择方法
能用试验测定与设计准则有关的指标，设计结果有实
用价值，有良好的再现性
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
也具有动态性，所以要求设计的过程中设计数据集成 和设计系统必须无缝连接。
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
已有知识和新知识获取在设计中的作用
任务空间
方案集合
联想
市场信息
已有知识
最终设计
测试 评估 优化 再设计
新知识获取资源
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
我国机械工程的发展与机械设计
提高企业生产能力与水平（完成产业现代化）
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
关于现代机械设计中的性能设计
工程设计学 工程建模学
各种系统或行业机械设 计中的共性问题， 设计的原则、理论基础
从模型入手解决产品 设计，设计方法
现代机械设计理论与方法
设计工程研究所
使设计理论具体化和实用化的条件：
能反映设计对象有关本质方面并能定量描述 有完整的设计准则、设计步骤和各种系数在实践或实
DFA，以压缩废品、库存的消耗，确保 经 树立济人性－。机一体化、机电一体化、硬－软
试论现代机械设计的创新方式
试论现代机械设计的创新方式随着现代制造技术和材料的不断发展，机械设计也在不断地创新与进步。
机械设计的创新方式可以说是多种多样，但是在现代机械设计中，最为常见的创新方式有以下几种：一、组合创新法组合创新法就是将多种不同的设计方案组合在一起，形成一个全新的设计方案。
这种创新方式可以充分利用不同设计方案的优点，避免了单一方案存在的缺陷。
例如，在汽车设计中，吸取了飞机、火车、船等交通工具的设计理念和技术，打造出了全新的汽车外观和内饰风格，提升了汽车品牌的市场竞争力。
二、专业化创新法专业化创新法就是在设计一个机械产品时，减少重复的设计工作，注重专业化分工，将机械设计工作切割成许多小的模块化任务，然后每个团队专注于完成一个模块，最后将这些独立的模块组合在一起，形成一个完整的机械产品。
这种创新方式可以大大提升产品设计的效率和质量，同时也有利于机械产品在市场竞争中占据先机。
三、模拟创新法模拟创新法就是通过计算机模拟软件，将机械产品的各方面参数进行模拟和优化，以达到最佳的设计方案。
这种创新方式可以节省大量的时间和成本，同时也可以预测和避免一些潜在的问题，提高产品的安全性和可靠性，例如汽车碰撞模拟、飞机飞行模拟等。
四、智能化创新法智能化创新法就是将人工智能技术应用到机械设计中，通过训练机器学习算法，让机器可以自动化地进行机械设计，以达到最佳的设计方案。
这种创新方式可以极大地提升机械设计的自动化和智能化水平，对于一些重复性高、难度较大的机械设计任务尤其方便和高效。
总之，现代机械设计的创新方式是多样的，每种创新方式都有其独特的优点和局限性。
在实际设计过程中，需要根据具体的需求和情况，选取适合的创新方式，以达到最佳的设计效果和成果。
现代机械设计方法PPT课件
2020/2/20
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现代设计方法概念：现今为工程项目或产品制造完成到实体化的全过程而 制订的技术方案、图样与程序。英文为“modern design method”。它运用 创新的设计手段，交叉地应用多种理论、方法和技术，使产品设计过程成 为一种富于电脑化，自动化、虚拟化、智能化和最优化的创造活动，在决 策、综合、迭代与寻优中高效率的、低成本的、高质量的完成产品设计。
各产业机械的设计，特别是整体和整系统的机械设计，须依附于各有关的产业技术而 难于形成独立的学科。因此出现了农业机械设计、矿山机械设计、泵设计、压缩机设 计、汽轮机设计、内燃机设计、机床设计等专业性的机械设计分支学科。
2020/2/20
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2020/2/20
现代设计是以产品为总目标的一 系列种类繁多的现代 设计法和技术的综合运用，生产技术 的需要和先进设计手 段的出现，必须促进设计领域的改革 和发展，对于机械设 计来说几乎是更新换代，传统的常规 设计方法受到很大冲 击，用科的设计方法代替经验的，类 比的设计方法是势 在必行。缩短设计周期，提高设计质 量，发展设计理论， 改进设计技术及方法已成为当前机械 设计的必然趋势。
3
现代机械设计理论和方法是对传统设计方法的继承、创新和发展，它是将机械 技术、信息技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和管理科学等有机地加以综 合，形成的一门多学科、多专业相互交融的系统设计科学。如果从系统的观点分析， 现代机械设计理论和方法又是一个由时间维、逻辑维、方法维组成的三维系统。时 间维反映了产品规划、方案设计、技术设计和加工设计流程的时间顺序；逻辑维是 指解决问题的逻辑步骤，现代机械设计采取先分析、再综合、然后评价、最后决策 的步骤；方法维是指机械设计设计过程中的各种思维方法和工作方法。现代机械设 计采用各种先进的设计理论方法，使机械设计进入优质、高效和创新的新时代。现 代机械设计具有的范畴如下：（1）信息论方法。如信息分析法，技术预测等。（2） 系统论法。如系统分析法，人机工程等。（3）控制论法。如动态分析法等。（4） 优化论法。它是现代设计法的目标。（5）对应论方法。如相似设计、反求工程设 计等。（6）智能论方法。如CAD，计算机辅助分析等，它是现代设计方法的核心。 （7）寿命论方法，如可靠性和价值工程等。（8）离散论方法。如有限元和边界元 方法。（9）模糊论方法。如模糊评价和决策等。（10）突变论方法。如创造性设 计等，它是现代设计方法的基础。（11）艺术论方法。如艺术造型等。
23 - 现代机械设计方法简介-宋宝玉版
现代机械设计方法简介
六、有限元设计
2、基本步骤
3）确定状态变量及控制方法： 一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示 4）单元推导：形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵） 单元之间由节点相联结,通过节点传递力、温度、位移及其 他参量,单元内部的未知场函数(如位移、应力、温度、磁场 、电场等)可以通过一定阶数的单元节点参量的插值函数来 逼近,然后,在整个求解域内利用边界给定条件确定所有节点 的参量值(如节点位移、节点力、 节点温度等…),再反过来 利用节点参量(此时为已知)的逼近函数去代替单元内部的未 知场函数,求得单元内部任意点的未知量的近似值
4 高 5
≥0.9999 型建筑物、桥梁等
≥ 0.99999
失效后会造成灾难性后果，如核设施、
大型水电工程
现代机械设计方法简介
3、保证高可靠度的措施
1）故障预分析，找薄弱环节，首先保障； 2）提高基础数据的准确性（破坏性实验，基础数据库）
3）重要处，备用系统
UPS,副油箱等； 4）核设施等异常后果的处理
圆杆受拉力 N(up,σp)=N(30000,450)N
圆杆截面尺寸 N(ud,σd)=d ± 0.015d
材料屈服强度 N(ur,σr)=N(1076,42.2)MPa
圆杆受拉的强度可靠性模型
现代机械设计方法简介 按可靠性求解，当R= 0.999 时：
ZR
ur us
2 r
2 s
(3)当ur-us<0时, ZR<0, R<0.5,且σr、σs增大,R将朝着减小 的方向变化，此时Sn<1,这种情况在用安全系数法设计时 是不允许的. 由此可见,安全系数设计法存在不合理现象,没有考虑强度 及应力的离差σr、σs的影响.
64103316现代机械设计方法
现代机械设计方法课程教学大纲课程英文名称：Modern Methods for Machine Design课程编号：64103316学时数：64其中实验学时数：6学分数：4适用专业：机械设计制造及其自动化一、课程的性质、目的和任务现代科学技术的发展，对产品提出了功能更高、可靠性、经济性更好的要求，迫使设计者要从经验的、静止的、随意性很大的传统设计中摆脱出来，通过运用计算机技术和各种新的科学理论，收集和分析获取必要的信息，用快速寻优设计出最佳结构、进而运用CAD 技术进行零部件设计，满足市场竞争的需要。
因此，《现代机械设计方法》课程是以设计产品为目标的一个现代设计知识群体的总称，并作为机械制造及自动化专业本科生的一门专业技术基础必修课程。
开设本课程的主要目的和任务是：1．了解现代设计与传统设计的联系与区别，熟悉设计方法相关新知识；2．明确应用各种现代设计方法解决生产实际问题的思路；拓宽学生的知识面和专业面；3．初步掌握优化设计方法在机电工程领域中的应用。
二、课程教学内容的基本要求、重点和难点其主要内容分为为软科学和硬科学两部分。
前者是设计方法总论，包括设计过程及特点、设计进程、设计程式、步骤及评价方法，后者包括基本理论及技术，主要有优化设计理论、可靠性设计、CAD技术、相似理论、动态设计等理论及技术。
现代机械设计方法Ⅰ：现代设计方法基本要求：⒈明确现代设计与传统设计的区别与联系，熟悉现代设计方法的目的、基本概念、基本术语和范畴；⒉掌握系统分析设计方法的适用范围、过程和功能分析的意义；⒊熟悉创造性思维及其特点、创造力和创造过程、创造技法及常用的创造性设计方法⒋了解价值与价值设计；熟悉产品的成本构成与价值优化的方法；⒌掌握各种评价的方法及应用范围；⒍了解面向“X”的设计（DFX）方法重点：系统分析设计方法，评价与决策难点：模糊评价法(隶属度和隶属函数、模糊综合评价方法)第一章现代设计方法概述1-1传统设计与现代设计及其范畴；1-2常用现代机械设计方法综述；1-3 课程的基本内容和研究方法。
机械产品方案的现代设计方法及发展趋势
机械产品方案的现代设计方法及发展趋势
1、基于协同设计的机械产品设计方法：借助协同设计技术，可有效提升机械产品创新设计的效率，以获得更优质、更经济、更可靠的产品方案。
通过协同设计，可以实现多学科及多角度实时联动，实现机械产品创新设计的快速、准确、低成本开发。
2、基于三维建模的机械产品设计方法：通过三维建模技术，可以设计出更加复杂、精确的机械产品，能够更准确地表达设计方案的构造及结构形态，大大的提升了设计的灵活性及可靠性。
3、基于数字仿真的机械产品设计方法：可以利用数字仿真技术，进行机械产品方案的真实性分析，模拟出实际产品在各种极端环境情景下的行为，从而进行有效的预测分析，使得机械产品方案更具可靠性及性能可控性。
4、机械产品设计方法发展趋势：随着现代技术进步，机械产品设计方法将越来越侧重面向计算机辅助数据处理及分析，重点投入产品可制造性、可靠性、安全性等方面的优化，以提升其创新的能力及市场竞争力。
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那么0.8*x=0.5
得出x=0.625m。
2.一薄铁板宽20cm。现欲将其两边折起支撑一个具有梯形断面的槽板，试写出如何确定梯形侧边长度及底角角度可获得槽板的梯形断面面积最大的优化设计数学模型。
3.已知一跨距为l、截面为矩形的简支梁，其材料密度为ρ，容许弯曲应力为【σw】，容许挠度为【f】，在梁的中点作用一集中载荷P，梁的截面宽度b不得小于bmin，现对此梁进行优化设计使其质量最轻，试写出该优化设计的数学模型。
一、绪论
1.设计活动的特征有哪些？
时空性、物质性、需求性、创造性、过程性
2.试比较传统设计和现代设计的区别？
传统设计师静态的、经验的、手工的方法，在设计过程中被动地分析产品的性能；而传统设计师动态的、科学的、计算机化的方法，在设计过程中可以做到主动地设计产品参数。
3.简述现代设计方法的主要内容和基本特点。
1.试简述有限单元法的主要思路、具体步骤及其依据。
核心思想：将复杂结构分解成形状简单、便于方程描述的规则单元，列出方程组求解
基本思路：
“分”：用有限个规则单元代替原来的各种各样的连续系统，并用近似方程对每个单元的行为加以描述。
“和”：根据一定的规则，把关于单元的方程组合起来构成方程组，并引入外载及约束条件进行求解。
主要内容：设计理论是对产品设计原理和机理的科学总结。设计方法是使产品满足设计要求以及判断产品是否满足设计原则的依据。
现代设计方法主要内容：设计方法学、计算机设计、有限元法、优化设计、可靠性设计
基本特点：程式性、创造性、系统性、最优性、综合性、数字性
二、设计方法学
1.设计过程包括哪几个阶段？
计划阶段、设计阶段、样机试制阶段、批量生产阶段、销售阶段
如果两个现象相似，则这两者的无量纲形式的方程组和单值条件应该相同，具有相同的无量纲形式解。出现在这两者的无量纲形式的方程组及单值条件中的所有无量纲组合数对应相等。
4.白炽灯的功率为其主要技术参数。现在要求在10~100W之间按几何级数分级设计六种型号。试确定其功率系列（将计算值按0.5圆整）
解：
四、有限单元法
三个步骤：结构的离散化、单元分析、整体分析
2.单元刚度矩阵的物理意义是什么，具有哪些主要特征？
单元刚度矩阵表示了单元抵抗变形的能力，即表示了节点位移与节点力之间的关系。
对称性、奇异性、分块性质
五、最优化设计
1.某工厂生产一批金属工具箱，要求工具箱的体积为0.5M2，高度不低于0.8M，试写出耗费金属板面积为最小的优化设计数学模型。
六、可靠性设计
1.例6.1某批电子器件有1000个，开始工作至500h内有100个失效，工作至1000h共500个失效，试求该批电子器件工作到500h的可靠度，以及工作到1000h的不可靠度。
解：由已知条件可知：N=1000，n（500）=100，n（1000）=500.
所以该批电子器件工作到500h的可靠度：
4.试求目标函数f（x1，x2）=x12+x1x2+x22-60x1-3x2的无约束极值点，并判断是极大点还是极小点？
5.试确定函数f（x）=3x2-8x+9的初始搜索单峰区间。设给定的初始点x(0)=0,初始步长h0=1.
6.试用黄金分割法求函数f（x）=x(x+2)的极小点，设初始单峰区间为[-3，5]，迭代要求计算精度ε=0.1。
用途：
第一定理：介绍相似现象的属性；
第二定理：确定相似准则的个数以及相似结果的推广，也称π；
第三定理：也称模型化法则，也是相似现象的充要条件。
2.相似准则的导出方法及基本依据是什么？
导出方法：方程分析法、量纲分析法
基本依据：表示各物理量之间关系的方程式，其各项量纲必须是相同的
3.相似准则有哪些特点和性质？
R(500)
该批电子器件工作到1000h的不可靠度或失效概率：
R(1000)
2.例6.2
第二定律：某个现象的物理量总数为n，量纲独立的物理量总数为k，则该现象相似准则的个数为n-k，且描述该现象各个物理量之间的关系可表示为相似准则π1，π2，，，，，，πn-k之间的关系，即
第三定律：凡同一完整的方程组所描述的同类现象，当单值条件相似，且由单值条件的物理量所组成的相似准则在数值上相等，则这些现象就相识。
2.常用的创造性技法有哪些？
智力激励法、提问追溯法、联想类推法、组合创新法、反向探求法及系统搜索法6类
3.运用功能分析法进行系统原理方案设计的主要步骤有哪些？
三、相似理论及相似设计方法
1.相似三定理的内容和用途各是什么？
相似定理是用来判断两个现象相似的充分必要条件及其所应遵循的法则
内容：
第一定律：对于彼此相似的现象，其相 Nhomakorabea指标为1，相似判据为一个不变量；