第1章现代设计方法简介

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1、第十七章现代设计方法简介第一节计算机辅助设计第二节机械可靠性设计第三节优化设计第四节机械动态设计第五节并行设计第六节虚拟设计第七节绿色设计第八节机械创新设计方法第九节现代设计方法总体发展趋势和特征第一节计算机辅助设计一、概述计算机辅助设计：(ComputerAidedDesign－CAD)：是指在设计活动中，利用计算机及工程设计软件作为工具，帮助工程技术人员进行设计的一切有关技术的总称。二、计算机辅助设计系统的构成硬件系统：计算机主机、输入设备、输出设备、图形显示器、外存储器及其它通信接口。软件系统：系统软件平台、支撑软件和应用软件三个

2、层次所构成。通用CAD软件简介：通用CAD软件简介：AutoCAD和MDT(MechanicalDesktop)：美国AutoDesk公司Pro/Engineer：美国PTC(ParametricTechnologyCorporation)公司I-DEAS：美国SDRC(StructuralDynamicsResearchCorporation)公司Unigraphics(UG)和SolidEdge：美国麦道公司SolidWorks：美国SolidWorks公司第二节机械可靠性设计一、概述二、可靠性设计的理论基础三、机械强度可

3、靠性设计四、机械系统可靠性设计一、概述机械可靠性设计是以提高产品可靠性为目的、以概率论与数理统计为基础，综合运用数学、物理、工程力学、机械工程学、人－机工程学、系统工程学、运筹学等多方面的知识来研究机械工程的最佳设计问题的一种现代设计理论及方法，是设计科学化、现代化的重要内容之一。机械可靠性设计主要涉及以下几个方面内容：1.研究产品的故障机理和故障模型2.确定产品的可靠性指标及其等级3.合理分配产品的可靠性指标值4.以规定的可靠性指标值作为依据对零件进行可靠性设计二、可靠性设计的理论基础基本任务：在可靠性物理学研究的基础上，结合可靠性试

4、验及可靠性数据的统计与分析，提出可供实际设计计算应用的物理数学模型和方法，以便在产品设计阶段就能规定其可靠性指标，或估计、预测机器及其主要零部件在规定的工作条件下的工作能力状态或寿命，保证所设计的产品具有所需要的可靠度。理论基础：应力－强度分布干涉理论可靠度计算1.应力和强度都为正态分布时的可靠度计算2.应力和强度都为对数正态分布时的可靠度计算3.已知强度分布和最大应力幅，在规定寿命下的零件可靠度计算应力－强度分布干涉理论应力－强度分布曲线的相互关系Sab三、机械强度可靠性设计主要有以下三个方面的问题：零件工作应力的确定强度分布的确定强

5、度可靠性计算条件与许用可靠度的选取(1)明确机械产品的工作时间。(2)根据零件的重要性与否确定其可靠度值的大小。(3)有时需要根据用户的要求来确定可靠度指标。(4)可靠度指标会受到经济和技术水平的制约。许用可靠度值的确定主要遵循以下的原则：四、机械系统可靠性设计目的：使系统在满足规定的可靠性指标，完成预定功能的前提下，其技术性能、重量指标、制造成本及其使用寿命等取得协调并达到最优化的结果；或者在性能、重量、成本、寿命和其它要求的约束下，设计出高可靠性系统。内容：1.按照已知零部件或各单元的可靠性数据计算系统的可靠性指标，称为可靠性预测，

6、应进行系统的几种结构模型的计算、比较，以得到尽量满意的系统设计方案和可靠性指标；2.按照已给定的系统可靠性指标、对组成系统的单元进行可靠性分配，并在多种设计方案中比较、选优。第三节优化设计一、概述二、优化设计的数学模型三、优化问题的迭代解法一、概述优化设计流程常规设计流程机械优化设计某项机械设计在规定的各种限制条件下，优选设计参数，使某项或几项设计指标获得最优值的设计过程。二、优化设计的数学模型设计变量约束条件（可分为边界约束和性能约束）目标函数工程优化设计可以描述为：确定一组设计变量，在满足全部约束条件的前提下，使目标函数值最小。设计

7、过程可分为两步：①建立工程优化设计数学模型；②选择合适的优化方法和计算程序。三、优化问题的迭代解法基本思想：从选择的某一点X(K)出发，分析目标函数和约束函数在该点的信息(函数值、一阶导数、二阶导数等)，确定搜集的方向S(K)和步长因子αK，按照下面的迭代格式：进行迭代计算，求出一个新点X(K＋1)，满足：如此反复迭代计算，目标函数在迭代过程中逐步下降，使点X(K＋1)逼近最优点X*，当满足规定的精度要求时，迭代结束。第四节机械动态设计一、动态设计的基本内容二、动态设计的一般步骤一、动态设计的基本内容①振动设计在已知输入情况下，设计系统

8、的振动特性，使得它的动态响应满足一定要求，这是结构动力学的正问题。②系统辨识通过已知的输入和输出来确定系统的动态特性，这是结构动力学的第一类逆问题。③环境预测（载荷识别）已知系统的动态特性和输出的情况下来反