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第三章 机械设计及现代设计方法 ;§1 机械设计基本方法;二、机械设计的基本要求： A 设计机器应满足的基本要求 1）功能性要求 2）可靠性要求 3）经济性要求 4）劳动保护要求 5）其他特殊要求 ;二、机械设计的基本要求： B 设计机械零件的基本要求 1）强度、刚度及寿命要求 2）结构工艺性要求 3）可靠性要求 4）经济性要求 5）质量小的要求;一、现代设计的特征 1、系统性 把设计对象看作一个系统，同时考虑系统与外界的联 系，通过功能分析、系统综合等方法，力求系统整 体最优，使人机之间的功能相互协调。 2、创造性 强调创造能力开发和充分发挥人的创造性；重视原理 方案的设计、开发和产品创新。只有创新才能有所发 明。;一、现代设计的特征 3、综合性 在设计过程中，综合考虑分析市场需求、设计、生 产、管理、使用、销售能各方面的因素；综合运用 系统工程、可靠性理论、价值工程等学科的知识， 探索多种解决设计问题的途径。 4、程式性 现代设计研究设计的一般进程，包括一般设计战略 和用于设计各个具体部分的战术方法。要求设计者 从产品规划、方案设计、技术设计、施工设计到实 验、试制，按步骤有计划地进行设计。 ;二、现代设计方法的产生 日本自1960年以来开始现代设计方法的研究，提高设计人员 素质，开展工程技术教育。 美国的产品设计图纸基本上由计算机绘制，强调“创造性设 计”，提倡设计中创造能力的开发，把设计活动分为创造— 分析—决策三个步骤。 我国从上世纪80年代开始对现代设计方法进行研究。 包括：优化设计(Optimal design)、价值工程(Value engineering)、可靠性设计(Reliability design) 、计算机辅助设 计(CAD) 、工业艺术造型设计(Visual design)、反求工程 (Inverse engineering)、模块化设计(Modular design) 、机械动 态设计(Dynamic design)、并行设计(Concurrent design) 、人 机工程学(Man-machine engineering)、有限元法(Finite element method) ;（一）有限元法;有限元的基本构成： 1.?节点（Node）：就是考虑工程系统中的一个点的坐标位置，构成有限元系统的基本对象。具有其物理意义的自由度，该自由度为结构系统受到外力后系统的反应。 2.?元素（Element）：元素是节点与节点相连而成，元素的组合由各节点相互连接。不同特性的工程系统，可选用不同种类的元素，ANSYS提供了一百多种元素，故使用时必须慎重选则元素型号。 3.?自由度（Degree Of Freedom）：上面提到节点具有某种程度的自由度，以表示工程系统受到外力后的反应结果。;有限元案例分析;目前，世界各地的研究机构和大学发展了一批规模较小 但使用灵活、价格较低的专用或通用有限元分析软件， 主要有德国的ASKA、英国的PAFEC、法国的SYSTUS、 美国的ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、 BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和STARDYNE等公 司的产品。 随着数值分析方法的逐步完善，尤其是计算机运算速 度的飞速发展，整个计算系统用于求解运算的时间越来越 少，而数据准备和运算结果的表现问题却日益突出。 在现在的工程工作站上，求解一个包含10万个方程的有 限元模型只需要用几十分钟。工程师在分析计算一个工程 问题时有80%以上的精力都花在数据准备和结果分析上。;当今有限元分析系统的另一个特点是与通用CAD软件的集成使用， 即：在用CAD软件完成部件和零件的造型设计后，自动生成有限元网格并进行计算，如果分析的结果不符合设计要求则重新进行造型和计算，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率。当今所有的商业化有限元系统商都开发了和著名的CAD软件（例如Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley和AutoCAD等）的接口。 ;（二）优化设计 ;（1）优化设计的数学模型 （2）优化方法 （3）机械优化问题示例 ;（1）优化设计的数学模型;（2）优化方法;（3）机械优化问题示例 ; ;稳定性：杆件截面上的压应力不超过压杆稳定的临界应力。 满足稳定性不发生屈曲破坏的条件为 ;例二：某车间有4台机器，每台拟生产3种类型零件，每小时各零件获利润见表1；每生产不同零件之速率示于表2；本月对1、2、3种零件的需求分别为700、500、400个；4台机器可提供的工作时间分别为90、75、90、80h。如何安排生产方可月获利最大？ 解