机械现代设计方法

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1、“现代设计方法”课程教学探索与实践摘要“现代设计方法”是一门工程代写论文实用性较强的新兴边缘学科目的在于使其成为学生未来从事工业产品设计的有力工具提高产品的设计水平和质量推动人类设计事业的进步。结合多年来在“现代设计方法”课程教学中的探索与实践从教学内容的确定、教材的选用、软件平台的使用方面进行了详细的阐述并对实验教学、教学理念、考核方式几个方面的改进进行了介绍。关键词现代设计方法 优化设计有限元教学Matlab“现代设计方法”是一门工程实用性较强的新兴边缘学科根本目的在于使它成为学生未来从事工业产品设计的有力工具以提高产品

2、的设计水平和质量推动人类设计事业的进步。多年来我们在“现代设计方法”教学中不断探索、实践。一、确定教学内容 现代设计方法是一门种类繁多、知识面广的学科群它由多种设计方法组成包括计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、有限元法、模块化设计、动态设计、疲劳强度设计、并行设计、绿色设计、虚拟设计、反求工程、人机工程等。由于课时有限在“现代设计方法”这门课中主要介绍理论上比较成熟并已经获得广泛应用的现代设计计算方法包括计算机辅助设计、优化设计、有限元法和可靠性设计学生通过本课程的学习能够运用这四种方法解决工程实际中的一些基本问题。对于

3、其他现代设计理念和方法作为前沿知识介绍给学生扩大学生的知识面。从教学内容上既突出现代设计方法的重点又覆盖现代设计方法的全貌。二、选用教材要完成以上教学内容目前没有一本教材可以完全胜任必须以一本为主再辅以其他教材作为参考。由于“现代设计方法”涉及高数、物理、线性代数、概率与数理统计、力学等多门学科内容为了便于基础差的学生课前预习、课后自学选用了西安理工大学应锦春教授主编的全国高等教育自学考试指定的《现代设计方法》教材作为主教材这本教材中主要介绍了计算机辅助设计、优化设计、有限元法和可靠性设计这四种现代设计方法。由于是自学考试教

4、材学生学起来有一种通俗易懂的感觉而且实例丰富利于学以致用。对于其他现代设计理念和方法参考了卢小平、吴威主编的《现代制造技术》黄雨、董遇泰主编的《现代机械设计理论与方法》等教材并通过网络查找更多有关现代设计方法的相关内容。在实验教学上参考肖伟、刘忠主编的《Matlab程序设计与应用》、宋兆基主编的《Matlab6.5在科学计算中的应用》德P.I.Kattan著韩来彬译的《Matlab有限元分析及应用》自编了实验指导书。三、选用优秀的软件平台——Matlab软件辅助教学1Matlab软件的特点MatlabMatrixLabora

5、toy是由美国Mathworks公司1994年推出的优秀科技应用软件它具有强大的科技计算、图形处理、可视化、开放式和可扩展环境特别是所附带的几十种面向不同领域的工具箱支持已经广泛应用于数值分析、信号与图像处理、控制系统设计、通信仿真、工程优化、数学建模和统计分析等领域成为目前市场上强有力的工程问题分析计算和程序设计的桌面工程师系统是工科大学生和研究生必须掌握的基本工具。2Matlab软件在“现代设计方法”课程中的应用在“现代设计方法”课程中使用Matlab解决复杂的数学计算可以简化公式的推导和概念的叙述使学生既掌握了一门计算

6、机编程语言又使学生进一步加深对所学内容的理解同时Matlab能方便的将计算结果用图形、图像等来表达使得教学更加生动、形象提高学生的学习兴趣。在第一章“工程数据的计算机处理”一节中利用Matlab软件的interp1interp2interp3和interpn很容易地实现各种维数的函数插值同时利用Matlab的图形处理函数如plotmeshgridmesh等将插值效果直观地表达出来。而对于曲线拟合利用Matlab函数既可以容易地求出拟合曲线又可以将拟合曲线与原函数在同一坐标系中显示出来直观地表达拟合曲线与原函数的符合程度在第二

7、章“优化设计”中涉及到高等数学、线性代数、矩阵论等数学问题对于工科学生而言本门课程不需要他们对优化的算法进行深入的研究只要求他们了解和掌握基本概念每一种算法的特点和应用场合并将这些算法应用到解决实际问题中。当优化的目标函数和约束条件比较复杂时计算的工作量很大。利用Matlab软件提供的最优化计算工具箱能很快很好地解决几乎所有的最优化设计问题。对于二维优化设计问题还可以用图形将数学模型和结果表示出来生动、形象加深学生对优化设计问题的理解。第三章“有限元法”在求单元刚度矩阵、集成总体刚度矩阵求解平衡方程中由于涉及到矩阵运算计算工

8、作量非常大。所以在本章中使用Matlab作为矩阵计算器进行有限元分析除了某些手动操作外主要使用Matlab解决冗长的矩阵计算问题强调有限元方法的步骤。同时使用了《Matlab有限元分析及应用》提供的有限元工具箱中的函数大大简化了有限元问题的求解过程可以将更多的精力放在问题的解决上在课上可以