现代设计方法在水泵设计中的应用

浅谈现代设计方法在水泵设计中的应用

[摘要]水泵的使用在人们的生活和工业生产中很广泛，本文结合水泵的设计，介绍了现代设计技术在水泵设计中的应用。还介绍了目前水泵设计存在的一些问题以及现代设计方法的主要内容，阐述了现代设计方法在水泵设计中的应用情况，为水泵设计提供技术支持。

[关键词]水泵现代设计方法应用

中图分类号：th38 文献标识码：th 文章编号：1009―914x（2013）22―0532―01

水泵是诸多常用机械的一种，在我们人类的生活和工业生产中应用非常广泛。在计算机出现以前，对水泵的设计是凭借工作人员的直觉和经验，，采用模型来做简陋的小规模试验，进行多次修证的方法进行的。在这样的设计中存在很多的缺陷：模式的局限性、盲目性；开发周期长、效率低；得到理想的设计方案比较难。

在科技发展的今天，人们对水泵的质量、性价比和耐久性等要求越来越高。所以设计者必须对设计中的各种因素认真分析，从中择取最理想的设计方案。以前的设计方法不能满足现状的需求，必然要利用到现代设计方法，提高水泵的设计水准，这样才能使用户的要求得到满足。

1 现代设计方法的概念和内容

现代设计是在传统设计的基础上发展而成的更完善、更全新的设计方法。这种方法是从二十世纪中期开始发展起来的，以计算机技

术为核心是现代设计的主要特征。计算机技术的进步推动了现代设计技术的进一步发展，使得设计手段向自动化方向进行转变；使产品表示从“二维”转向“三维”；高性能的计算机硬件和先进的软件技术是实现新的设计方法的保证。一些先进的设计方法如：优化、有限元和模态分析等都涉及到很多复杂的计算，只有计算机技术的发展才能推动这些方法的进一步应用。

受到先前科技水平的制约，传统设计主要是根据工作者的经验，运用数学和力学的经验公式等来进行设计的。随着计算机技术的飞速发展，与传统的设计方法相比，现代的设计方法更具有科学性、准确性，是一种以理论为主导，经验为辅的设计方法。

2 现代设计方法的特点主要包括以下几个方面

（1）系统性。系统设计方法和逻辑设计方法是现代设计方法的主要内容，处理技术问题必须用系统工程方法。（2）创新性。在开发新型的产品时，要突出人的创新意识和创造冲动，以计算机的高新的、优越的算法技术为手段，找到最优参数，设计出理想方案。（3）先进性。以设计的先进性为手段，使得设计的效率、质量得到提高，运用先进的计算机科学技术，以优化为方法和理念，对整体设计进行优化。

3 水泵设计中常用的几种现代设计方法

目前，现代设计主要包括：优化设计、计算机辅助和可靠性设计；有限元和人工神经元计算法设计；动态和反求工程设计；模块化设计等等，其中计算机辅助测试等属于水泵设计所包括的内容。

3.1 计算机辅助设计

计算机辅助设计简称cad。我国从二十世纪末才开始研究泵设计的cad方法，这是把计算机技术应用到设计当中，并用计算机技术完成计算和绘图以及其他各种作业的一种现代设计方法。一般所谓的cad系统主要是由系统软件、硬件来组成的，能够进行数据库和图像图形的处理等作用，完成设计工作要充分综合的利用各种功能。该技术的主要特点有：

（1）在软件上比较注重支撑软件的选择，在硬件上逐步实现工作性质的转变。使得设计工作由小型机往工作站方向转变，处理大规模的应用就要充分的利用工作站，因为其有较快的运算速度，从而使得泵设计的cad技术得到了提高。

（2）计算机辅助设计和计算机辅助制造能进行有效的结合。

和传统的方法相比，cad技术有着很大的优越性：设计的可靠性大大提高；设计周期大大缩短等。但是，在我国，泵设计的cad 技术在应用中还存在很多问题，在科技快速进步的今天，将会逐步地解决泵设计中存在的一系列问题。

3.2 有限元分析

有限元法是在二十世纪六十年代发展起来的，以计算机技术为核心工具的一种数值算法。该方法可以对工程中繁琐的非线性问题和非稳态问题进行求解；还可以对工程设计中的复杂结构进行静态和动力学分析；对复杂零件在发生变形时产生的应力进行准确的计算。随着计算机技术的进步，在不同的工程实践过程中，用有限元

进行设计的方法逐渐得到推广和应用。

该方法就是将结构进行离散化，对单元用有限的方法进行分析，并且各个单元直接的节点是相互关联的，然后进行求解。灵活性大是该方法的主要特点，单元数目改变，就会改变解的准确度，使得解无限接近真实解。因此，对有限元方法的推广应用可以提高设计水泵的性能，设计工作者可以以新的设计模式进行创新性水泵产品的开发。

3.3 cfd 技术

cfd就是计算流体动力学。cdf可以近似的看作用计算机对流体的实际流动情况进行模拟，它的发展伴随着数值计算和计算机技术的发展。该技术是用数值解的方法来求解流体的微分方程，得到的流体流动场是离散分布在连续区域的，达到近似的模拟，这就是该技术的基本原理。流体力学、计算机技术、数值解加热力学就等于cfd，该技术是一门综合了多个学科知识的技术。

水泵cfd 技术可以为水泵的设计工作场景提供一个虚拟的测试

平台，能够对水泵的功率和扬程等参数进行准确的预测，使得原型试验得到减少，开发周期得到缩短，还可以实现泵内流动的可视化。因为cfd能提供泵在过流节点处的零件在任意点、线、面上的流动状态，还可以制成动画并演示，让客户能够清楚的看到计算出的流态。在水泵设计中应用cfd 技术，节省了设计者在试验过程中的工作量，所以说该技术在水泵设计中得到广泛应用是水泵设计发展的一大趋势。

3.4 优化设计

优化设计是在实际的工程设计中，用最优化的原理，择取最优的可行性方案的一种现代设计方法。在工程设计的过程中，首先就是建立最优设计问题的数学模型，然后选用合适的优化计算方法在计算机上对数学模型进行求解，并选取最优解，从而得到最优的设计方案。

优化设计方法有：速度系数和正反准则筛选优化设计法、基于cfd 技术和损失极值优化设计法和现在流行的遗传算法等，这些是目前国内水泵的主要优化设计方法。这些设计方法使得水泵性能得到优化，同时设计效率得到提高，在将来的水泵设计中应用前景会越来越好。

3.5 可靠性设计

可靠性设计是在概率论、数理统计学科的基础上，依据可靠性试验，以保证产品质量的可靠性为目标的现代设计方法。设计和生产最关心的问题是泵的可靠性，它是全面评价产品质量的重要指标之一。

可靠性设计的基本内容包括：产品的可靠性指标的选定，合理地分配可靠性指标，再把规定的可靠性指标设计到产品中去。在设计阶段，可靠性起着重要的作用。水泵产品的可靠性设计包括以下内容：有符合实际的数据；对用户的可靠性要求进行定量；对零件数据进行搜集并确定寿命周期，从而使可靠性模型得到建立。

除此之外，现代设计方法还包括造型设计、价值工程、计算机辅