现代建筑科学技术读书报告
【书目】：?构造与材料?（英）格兰·法雷利著
大连理工大学出版社 2010年1月第一版
一、内容概述
在材料被用来建造建筑或空间之前，建筑师需要了解材料的特性与它们的实用性与局限性。本书介绍了传统的、制作的与现代的材料。每一章从历史发展与时代背景出发，讲述了一种特殊的材料（或者多种材料），并收录了在建筑材料运用方面出类拔萃的“大师们”的优秀作品。一组现代建筑师的实践作品表现了在各种体量上对材料的创新性的使用。本书的最后一章探讨了材料与建造技术的可持续性、创新性，还有它们的未来。
1、砖石
石材从地上发掘与开采，砖从泥土中模砌出来。这些材料都有属于场地的重量感与体积感。砖石的内容关注石材和砖材在建筑上的应用，并探讨它们的自然色彩、纹理与表皮。
2、混凝土
混凝土有很强的可塑性，被模铸成型来创造生动的形象，通过预应力，可以横跨很长的距离，竖起很高的高度。混凝土讨论的观点是：混凝土是21世纪的灵活材料。
3、木材
木材拥有许多建造上的潜力。木材有许多应用方式，这源于它的易加工性，还有依赖木材纹理的性质所带来的美学多样性。
4、玻璃和钢
这些材料在使用上与众不同，它们应用于不同的设计领域。在建筑上，它们赋予空间轻盈的感觉，营造了优雅的结构。钢与玻璃在创造美丽动人、做工精细的建筑方面具有强大的潜力。
二、心得启示
作为一名建筑师，了解材料的可变性是非常重要的。熟谙所掌握的材料的范围与性质，你才能延展设计潜力的可能性。
1、砖石材料
砖石材料性质：
来自大地，由这些材料建成的建筑很自然地成为周围景观的一部分，无论建造技术怎么发展，砖石建筑都在自然环境中保持它们的场所感，它是建筑师能得到的最亲近的自然产物。（下图）
砖材石材
砖石应用：
（1）、墙体：建造砖墙需要标准的部件。当洞口（门或窗）的时候，洞口上方的砖需要得到支撑。传统做法是引入拱券作为自支撑系统来形成洞口，而如今，过梁也许是混凝土的或是钢的，它们也许是外露的或是隐藏的，隐藏的过梁置于墙的空腔中，而砖则表现得像是悬浮于它之上。
砖墙与石墙起初都是用来支撑建筑的重量与荷载的。而如今实心的砖或石材的承重墙建造缓慢，并且耗资昂贵。且砖石贴面给人一种实心砖石墙的感觉，而且同时又为建筑师带来更宽裕的时
间与更经济的造价。
通常所说的碎石墙，是由经过挑
选与组织的石材彼此咬合在一起形成
的。在堆砌过程中，大块石材一般在
底部，小块石材则主要起填充作用—
—墙越高使用的石块就越小。
石笼墙通常由装满石块的金属笼多明莱斯葡萄酒厂石笼墙立面
子垒成。它们经常在工程上使用，可以轻松地抵抗来自侧面的压力，可以形成丰富多彩的外观。（上图）
（2）、地面：对于外部区域地面来说，石材表面经常在城市中用来突出特殊的场地，而砖也被认为是非常城市化的元素。这两种材料都可以用在人行道和人行区域的地面上。
在室内空间，用到的石板要薄很多。在今天尤其是石灰石与大理石运用广泛。
（3）、屋顶：为了保持温和的环境，屋顶材料注重其保温性与防水性是最重要的。因此板岩广泛应用于其他国家。
（4）、立面：切割的石材表面粗糙，最适合用在花园与景观设计这样的室外元素中。亚光砖的表面十分平滑但是不会反光，最适合应用在室内墙面与地面上。抛光面彰显了石材的色彩，形成了平滑反光的表面，最适合应用于室内外空间。
砖的颜色受原始材料的影响，举例来说，黄砖里含有更多的石灰，红砖里含有更多的铁量。
砖石建筑实例：
埃里克·帕里建筑事务所—芬斯伯里广场办公楼
埃里克·帕里建筑事务所
（EPA）在1999年开发伦敦芬
斯伯里广场的一座新的办公楼
并获得规划批准。建筑立面设
计创新地使用了石材，而波特
兰石则采用了创新的承重石灰
石窗间壁的形式，支撑着内部
钢梁。
建筑里面通过交错排列开口（立面上每一扇窗在位置与比例上都与上方的不同）重新诠释了石材的砌法。这样做是向石材在建筑中的传统做法发出挑战。
在石材后面，建筑立面由玻璃组成（这个建筑从本质上说是“石斗篷”下面的一个玻璃办公盒子。具备深度的石材表皮扮演了遮阳板的角色，可以提供阴影，减少进入建筑的热量，同时也达到了保存热量的要求。当阳光经过
建筑立面的时候，石材的深度激活了表面，赋予二维表皮以三维的效果。
建筑围合广场一角视图石材立面细部
2、混凝土材料
混凝土材料性质：
混凝土是一种用沙子、水泥与石子轻易地混合
而成的混合物，是一种灵活的、具有可塑性的材料，
能根据需要混合成任何强度，是一种工业的、粗糙
的、野性的材料。（左图）
混凝土应用：
（1）墙体：可以使用模板制成富有动感的形态，还可以在现有墙体表面做挂板。钢筋预制混凝土板可以制成各种色彩或表面（例如，酸蚀、光滑、喷砂或抛光），也可以在上面贴各种材料（例如，大理石或玻璃）。
（2）地面：许多地面是由混凝土在地面层浇注成完整的一块而形成的，甚至地下层的地面也是这样形成的。这样做加固了建筑，并且可以形成平整、干净的表面。
（3）屋顶：平屋顶尤其适合使用混凝土制成。坡屋顶可以由混凝土梁搭接，然后覆盖防水层或混凝土板。另外，动感的形状或形式可以通过现场浇注混凝土屋顶来实现。
（4）表皮：用于浇注混凝土的材料可以在上面留下印记，举例来说，使用木模板可以在混凝土上留下浅浅的纹理。
混凝土建筑实例：
阿克瑟尔·舒斯特和夏洛特·弗兰克—伦韦格火葬场
火葬场建筑旨在创造一处谦恭与宁静的场所，即一处建筑能够消失和保持安
静的场所。建筑的材
料与结构是实现这个
目的的重要因素。主
厅的结构由钢筋混凝
土支撑（29根支撑着
主屋顶），屋顶与地面
都是混凝土制成的，而墙体由抛光的混凝土进行覆面。玻璃从上方引进自然光，为柱子与墙体带来了生机。
虽然使用了巨大的体量，但混凝土的表面并没有经过细致的处理，这样它的粗糙就散发出一种纪念性与人性。射入建筑的自然光突出了纹理和混凝土表面，也为其他凹凸的表面带来了深度感。
火葬场平面图柱子大厅的室内景象
3、木材料
木材料性质：
木材是一种拥有自然美的万能的可持
续建筑材料，它可以用来搭建建筑骨架，也
可以用来装饰室内外表面。（下图）
木材应用：
（1）、结构框架：典型的结构框架是通过一些大小相近、平行排列的元素来支撑大面积的砌衬和覆面的。木框架可用于墙体、天花板、地面、隔断和建筑的屋顶，因为它可以在中等跨度之间架桥，并能承受较轻的荷载。
（2）、屋顶框架：连在墙体上的三角形构架，它们彼此连在一起使结构更加稳定；起到梁作用的椽，它们支撑着屋顶；墙体与墙体之间等距排列的托梁，它们稳定地支撑着屋顶或楼板。最后平行桁条是水平构架元素支撑着椽。
（3）、地板与平台：木材可以用来制造地板框架与地面覆面。在复合板上面盖上实木条可以作为地板表面。不论是木板或木块，表面都可以上各种颜色的漆。栈道上面的每根木条起到了结构方面的作用而不是装饰作用。
（4）、板材：木板可以增加木结构建筑的结构强度，为地板表面及屋顶表面做底，还可以经过装饰作为室内与室外贴面，它们专门为满足各种功能而设计。例如胶合板、榫槽接合、刨花板、定向刨花板还有实木。板材还具有很好的透气性。
（5）、外墙面板：建筑表面可以覆盖各种木材来满足不同功能需要，例如实木板或木瓦。它能以极低的造价适合几乎所有的环境与场地。中空的木材雨幕是在许多现代建筑上受到青睐的覆面方式。外部的幕墙可以将水从建筑上排走（在它下方是一层空气层与一个防水墙系统），赋予建筑特别的美感。
（6）、楼梯：一个功能性和结构性的元素，它也是一种装饰性的元素。同时钢楼梯与混凝土楼梯通常都会配一个木扶手，因为木材具有温暖感。
西恩·戈德赛尔—卡特/塔克住宅
该住宅建造场地具有澳大利亚内地
景观与气候。设计师计划使用缓解当地炎
热气候的材料来做设计。卡特/塔克住宅位
于澳大利亚维多利亚的一座沙丘中，由一
个玻璃盒子外面覆盖一层雪松板而成。建
筑外部木质幕墙可以通过可调百叶窗系统
进行开启，这样就在建筑四周形成了遮阳
板。幕墙的百叶窗角度的调整不断改变着
建筑的外貌，光线通过千变万化的方式进
入或被阻止进入室内空
外部景象表现雪松板是如何覆盖建筑的室内空间与外部景观有紧密联系
4、玻璃与钢材料
玻璃与钢性质：
它们具有美学品质，赋予建筑以人造的形式，能建造出功能性和实用性建筑。在结构体系上，玻璃已具备结构性能。（下图）
玻璃钢
（1）、结构与表面：玻璃不仅可以用作窗
户还可以用在结构上。钢筋玻璃片可以做地面
和楼梯踏步，玻璃结构柱（或肋）可以用来支
撑玻璃墙（右图）。玻璃也经常用来构成幕墙
—覆盖在建筑外面不承重立面。玻璃表面可以
使磨砂或彩印的，或者贴上木层或金属层来改
变光线与玻璃的互动方式。
苹果纽约旗舰店的全玻璃结构（2）、表面处理：在玻璃表皮上可应用丝网印刷法或喷涂图案可以产生一定效果：远距离看过去时可以形成反射，近距离时可以看到室内的景象。玻璃经过化学药品处理，使其产生自洁性，可以使用在难以清洗的地方。
（3）、钢框架与表面：细长的钢结构可以支撑数层楼板，与混凝土结合时，钢框架可以使建筑达到前所未有的高度。不锈钢
已经成为广受欢迎的覆面材料，因为它的耐久
性、高强度、美学特性。铝板质轻，可涂上各种
颜色；考登钢是一种故意通过天气作用产生锈蚀
表面的钢材，大多数是陶土色（右图）；锌是另
一种覆面材料，可在上面再覆一层钛，形成坚固
的保护层。考登钢玻璃与钢建筑实例：
格雷姆肖建筑事务所—加利西亚基金会
5500平方米的加利西亚基金会艺术中心坐
落在西班牙克鲁尼亚的一个历史区内，建筑需要
一种富有想象力的方式，为建筑从高耸的正立面
转换到毗邻场地后方的底层管理用房提供一个
缓和的收尾。采用的解决方式是一个倾斜的抛物
面。顶点位于主立面最高处，然后以一个反曲线
猛然下落，插入地面层以下。画廊的沿街立面上
面覆盖一层玻璃，夹层是薄大理石片。这层半透明表皮为建筑带来充足的阳光。在夜晚，建筑会发出柔和的光线。这个建筑有七层巨型结构和四层地下室，还有玻璃内“街”、玻璃桥、曲面景观电梯、无柱的展览画廊，以及一个300座的礼堂。
5、复合材料
复合材料性质：
由一系列其他原料（自然地、合成的或人造的）经
过设计与制作而形成的具备特殊性能的材料。复合材料
具有特别的持久性、强度、防水性、灵活性。（下图）
聚四氟乙烯膜
复合材料应用：
（1）、聚碳酸酯材料：它们具有杰出的透明性、高强度、防紫外线辐射能力，可以在极高温度中正常工作，质量比玻璃轻，需要更少的结构支撑。但聚碳酸酯表面易产生刮痕，只能做玻璃的替代品。
（2）、聚四氟乙烯（PTFE）：非常坚韧，经常覆在其他材料的表面，增加它们的强度，提供保护。PTFE是一种自洁材料，因为它的特性可以防止其他粒子粘在其表面，因此在维护与清理受限的地方能够派上用场。
（3）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）：PMMA是一种非常坚硬的材料，可以用在加强各种表皮，也可以表面与绘画的添加物。还可以用在室内与室外需要安装玻璃的地方。
（4）、聚氟乙烯（PVC）：经常用作木材及石材的替代物，在建筑中广泛用在排水管道、管道构件、门或窗框，以及覆面体系中。它灵活、耐久，需要极少甚至不需要维护，易于安装挪动。
复合材料建筑实例：
斯坦顿·威廉姆斯建筑事务所—弗雷泽之家，布里斯托（下图）
弗雷泽之家是位于英格兰布里斯托城市中心的一家旗舰店。这座建筑创新性
用的标准的店前大玻璃窗通过特殊
技术进行处理。建筑的主立面覆面是
波特兰石（其中镶嵌着真正的化石）、
青铜与玻璃板的相结合。石材通过细
磨去除了因为切割而产生的痕迹。在
玻璃的表面设计中，玻璃板经过砂和
酸蚀刻处理，形成一种浮雕效果，并
在表面产生一定的纹理。处理完后，这些板被焊接到垂直的钢片上。建筑地面层的立面上覆盖青铜板。每一块都单独铸造，产生独一无二的表面—即光滑又有很强的纹理。青铜板通过工业钻床的割，
增添了更多纹理，并显露出一定厚度。
建筑
立面覆面材料石板与青铜板在技术与美学层面互补
材料为建筑营造了一种氛围，并为其带来纹理与品性。要把握材料的有效使
用方式，作为设计师的我们必须了解材料的使用范围，也就是要清楚材料在历史
上是如何使用的，并且要具备在材料使用上的创新意识。两者都为发展设计方式
提供了有效途径。
6、新型复合透光石材板
石材作为一种传统的材料之一，与玻璃复合，形成一种新的复合材料——新
型复合透光石材板。复合透光石材板不仅用于建筑外墙面，还可用于室内装潢，
例如吧台、柜台、室内间隔板、天花板以及浴室间、卫生间等部位。
现代瑞士的St Pius教堂为了制造神秘的宗教气氛，采用了150mm×102mm ×21mm的透光云石板填充框架形成纯净的建筑立面和新颖的内部空间效果(下图)。可见有特殊功能和精神要求的公共建筑都对建筑材料的肌理和透光性提出了新的要求。
St Pius教堂外立面 St Pius教堂室内新型复合透光石材板产生条件
（1）、新材料的使用能与现有构造
技术相匹配
新材料的迅速推广和广泛使用，要
求其与现有构系统能够造较好的衔接，
石材板和玻璃复合前后具有类似的物理
特性，新材料就可以选择其中一种的构
造平台作为基础加以安装。例如石材和
玻璃的安装都有幕墙系统，复合后的新材料亦可以采用幕墙系统进行安装。（右图）幕墙系统（2）、复合材料通常具有更好的生态节能效果
玻璃作为复合的基层，石材作为面层，通过粘结层粘合起来。将基层置换为中空玻璃，就可以达到良好的保温隔热效果。
应用实例——侵华日军南京大国杀遇难同胞纪念馆扩建工程
（1）、新建展览馆的特殊功能和精神要求
扩建的新展馆位于“万人坑”遗址旁边，新馆的内部墙面用来布展，所以只能开高侧窗进行内部采光，同时外立面希望尽量使用石材，显得厚重肃穆，和周围环境协调统一(下图)。
展览馆外立面与新展馆毗邻的万人坑（2）、形式和功能的矛盾
为了解决立面和采光的矛盾，设计者想到了利用材料的单面透明性，使用超薄型石材作为窗的材料。薄型石材是指厚度在10—15mm之间的石材板材，分为大理石薄板和花岗岩薄板，超薄型石材是指板材厚度在10mm以下的各类石材扳材，大多数石材在这个厚度以下就可以透光。由于石材的物理性能较脆，抗拉；抗剪性能差，所以达到透光薄度后就很容易碎裂，难以独立使用。为了解决石材薄板的透明度和刚度之间的矛盾，就引入了玻璃第二种材料，作为复合的基层。
（3）、材料种类的选择
能用于制作透光石材的原料有两种，一种是半透明的石材品种，一般是大理石，例如国产石材的品种：松香黄、广西白、黄水晶、黄玛瑙、白水晶等。进口石材的品种很多，例如：西班牙雪花石、雅士白、爵士白、大花白等。（下图）
松香黄广西白黄水晶白水晶
雪花石雅士白爵士白大花白
另一种就是人造合成石，因为其配方中就含有一定比例的树脂，按照合成石工艺，选用半透明的大理石石米、半透明的树脂和浅色的颜料，就能生产出了透光合成石板材。由于天然石材色彩真实，质感细腻，肌理丰富，所以选用了大花白作为原料将其加工5mm厚的透光石材板。另一种材料选用10mm厚的平板玻璃（下图）。
大花白做面层平板玻璃做基层（4）、材料复合
复合材料最终由石材和玻璃通过透明的粘合剂粘合而成。可行的粘合方法有以下几种工艺：
①透明粘合树脂薄膜粘合工艺
使用加热下可以软化为熔融，并能发挥粘结性能的透明树脂薄膜(厚度0.08—1.5mm)，填充于石材和玻璃之间，在排气状态下加热加压，使薄膜软化熔融，促使石材与玻璃相互粘结。
②注入树脂粘结工艺
在石材与玻璃间预留—定微小间隙，在其间隙处注入温室反应固化型，加热反应固化型或光反应固化型透明树脂，通过热，光或在温室下放置，固化，使石材和玻璃相互粘结。
③透明胶粘合工艺
使用特别定制的玻璃——透光石材粘合胶，浅色至无色，粘结强度高，耐酸碱，耐水，耐冷热循环的强力胶，在施工温度不低于5℃，湿度不小于70％的情况下，4小时左右接触干燥，保证24小时左右的完全硬化时间，直至粘结成型。
这种新型材料就是使用5mm厚的超薄石材板，通过半透明的树脂或强胶与
10mm厚的透明玻璃复合，使之成为以玻璃为基层，石材为面层的复合板材，这样就把玻璃的透明性和石材的肌理充分结合起来，把玻璃的刚度和石材的薄度结合了起来，使得新材料集多样优点于一身，拥有了多重使用价值。将其安装在背面装有灯光，或者是有较强自然光线的建筑物部位，艺术灯光和自然光线从石材内部透出，或幽雅、膜陇，或明快、清新．从而充分表现出天然石材自然的纹理、色泽和质感，很大限度地提升了石材的装饰潜力，产生了更具感染力的空间效果(下图)。
室内有人工光效果室内没有人工光效果
自然光下的视觉效果夜间照明下的视觉效果
复台透光石材板的特点
(1)双面视觉效果：不同的材料层面传达了不同的视觉信息，界定场所。区分空间.
(2)遮阳节能：中空玻璃层阻碍了热能对外传递交流的速度，起到保温隔热的作用，提高了空调效率。石材层对光线进行过滤，减弱日照强度，创造柔和光效，同时浮现丰富纹理。
(3)节约资源；面层的超薄石材，厚度降低，大大节约了有限的石材矿产资源，特别是稀、奇、特石材，提高了石材的利用率。
(4)重量轻、施工方便：复合后板材的重量仅为普通板材的1／3，设计方面，
可以在建筑物整体结构上减少混凝土和钢材的用量，大幅度地降低建造成本。施工方面，易操作、不仅可以减少人力，还可节约施工工时60％以上。
(5)保洁性强：在使用了胶和玻璃做石材的隔离层后，不泛酸碱，不泛浆，较好的避免了石材因为水泥泛碱或钢铁挂件生锈而出现水斑，变色和白华等污染现象。
(6)增大强度：复合后的板材，经调试比同等厚度的大理石强度高3倍，比花岗岩高2倍对砂岩、洞石、米黄一类的易断裂的大理石强度大大提高。
(7)减轻色差：天然大理石无法拒绝色差，但复合板一破三，可将色差降至最低。
(8)灵活经济，形式多样：可以根据经济状况和形式要求，改变任何单独一个材料层的材料种类和大小，从而获得不同的图案肌理，光影效果。
?国际建筑设计教程：构造与材料?介绍了“制造”建筑的概念，以及用来形成和定义空间的材料。支撑建筑的结构（或框架）就好比身体的骨骼，而结构所承托的材料就好比形成人体形状与特性的组织与皮肤。这样，构造技术与材料就成为建筑设计的出发点：它们创造了形状、形式与空间的各种可能性。
1、设计是创造性的劳动，设计的本质是创新。 2、现代设计方法有六个特点,分别是:程式性、创造性、系统性、优化性、综合性、计算机辅助设计（CAD）。 3、传统的分析方法往往把事物分解为许多独立的互不相干的部分进行研究。由于是孤立、静止地分析问题，所得的结论往往是片面的、有局限性的。而系统工程的方法是把事物当作一个整体的系统来研究，从系统出发，分析各组成部分之间的有机联系及系统与外界环境的关系，是一种较全面的综合研究方法。 4、设计系统是一种信息处理系统。 5、系统工程的观点，设计系统是一个由时间维、逻辑维和方法维组成三维系统。时间维：反映按时间顺序的设计工作阶段；逻辑维：解决问题的逻辑步骤；方法维：设计过程中的各种思维方法和工作方法。 6、设计工作阶段—时间维一般工程设计可分为四个阶段： 1）产品规划（明确设计任务）；2）原理方案设计；3）技术设计；4）施工设计。产品规划过程中的调查研究，包括：市场调研、技术调研、社会调研、环境调研。产品规划阶段形成的是可行性研究报告或设计任务书。 原理方案设计形成方案原理图。技术设计阶段形成零件草图等。 施工设计阶段形成零件图、部件装配图、全部生产图纸、设计说明书、工艺文件、使用说明书。 7、产品设计的三种类型 （1）开发型设计针对设计任务提出新的功能原理方案，完成从产品规划到施工设计的全过程的设计，此类设计是创新设计。 （2）适应型设计在原理方案基本保持不变的情况下，变化更换部分部件或结构，使产品更广泛地适应使用要求的设计。 （3）变参数型设计产品功能、原理方案、结构型式基本确定，通过改变尺寸与性能参数，满足不同的工作需要的设计。（测绘与仿制） 8、解决问题的合理逻辑步骤是：分析-综合-评价-决策。 评价是筛选的过程二、原理方案设计 1、系统功能分析法—系统化设计方法，它是将工程设计任务或机械产品看作技术系统，用系统工程方法进行分析和综合。 2、技术系统—以一定技术手段来实现社会特定需求的人造系统。 技术系统的功能就是将输入的能量、物料和讯号进行有目的的转换或变化后输出。技术系统是一个转换装置。随时间变化的能量、物料和讯号称为能量流、物料流和讯号流。 主要传递讯号流的技术系统—仪器。 主要传递能量流与物料流的技术系统—机器。 3、对输入和输出的变换所作的抽象描述称为系统。 技术系统的用途或所具有的特定能力称为系统的功能 4、分析系统的总功能常采用“黑箱法”。分析比较系统的输入和输出能量、物料和讯号，其差别和关系反映的就是系统的总功能。黑箱法要求设计者不要首先从产品结构着手，而应从系统功能出发设计产品。 5、功能分解分解到直接找到解法的分功能称为功能元。功能分析的结果用功能树的形式表达 完成分功能的技术实体是功能载体。 6、求系统原理解N=n1·n2······ni······nm 式中：m—功能元数；ni—第i 种功能元解的个数。 7、功能分析法的设计步骤
《现代设计理论与方法》实验报告 、实验目的 机械优化设计是一门实践性较强的课程，学生通过实际上机计算可以达到以 下目的： 1. 加深对机械优化设计方法的基本理论和算法步骤的理解; 2. 培养学生独立编制或调试计算机程序的能力； 3. 掌握常用优化方法程序的使用方法； 4 .培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。 、实验项目、学时分配及对每个实验项目的要求 1.明确黄金分割法基本原理、计算步骤及程序框图; 吐 入「土 2?编制或调试黄金分割法应用程序； 1 黄金分割法 2 八' " 3 ?用测试题对所编程序进行测试； 4?撰写实验报告。 1.明确复合形法基本原理、计算步骤及程序框图 等； 2 复合形法 4 2?编制或调试复合形法应用程序； 3 ?用测试题对所编程序进行测试； 4?撰写实验报告。 二、测试题 1. 黄金分割法程序测试题 1 )rn"何二?-10r+36,取坷=0 ,卜皿1, 沪 程序如下: #in clude
#define tt 0.01 float function(float x) float y=pow(x,2)-10*x+36;// return(y); void finding(float a[3],float f[3]) float t=tt,a1,f1,ia; int i; f[0]=function(a[0]); for(i=0;;i++) a[1]=a[0]+t;f[1]=function(a[1]); if(f[1]
中国地质大学研究生课程论文封面 课程名称现代设计方法 教师姓名 研究生姓名 研究生学号 研究生专业机械工程 所在院系机电学院 日期: 2013 年 1 月 8 日
评语 注：1、无评阅人签名成绩无效； 2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效； 3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。
有限元分析简介 摘要: ANSYS 软件具有建模简单、快速、方便的特点, 因而成为大型通用有限元程序的代表。对有限元作了一个总体的介绍, 并着重介绍了ANSYS 软件, 简要地叙述了ANSYS 软件的主要技术特点和各部分构成以及其主要的分析功能,从其构成及功能中可以看到,ANSYS 软件的确是工程应用分析的有效工具。 1、有限元分析的基本概念和计算步骤 1.1、有限元分析的基本概念 有人将CAE技术称为当今“科学与技术的完美结合”。这句话说得比较夸张，但不可否认，CAE技术的确是现代产品研发的重要基础技术，其理论性和需要的学科知识厚重而宽广。有限元软件是目前CAE的主流分析软件之一，在全球拥有最大的用户群。有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。 有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。
课程名称：机电产品现代设计方法上课时间：2015年春季 机电产品现代设计方法实验报告 姓名： 学号： 班级： 所在学院：机电工程学院 任课教师：张旭堂
一、实验项目与实验目的 实验项目: 典型机电产品多学科协同优化设计。 试验目的： (1) 掌握典型机电产品多学科协同优化设计软件环境组成，包括建模软件、分析软件、协同平台。 (2）自主设计产品模型、分析过程、优化目标。 (3) 对得到的优化结果进行定性分析，解释结果的合理性，编写上机实验报告。 二、实验环境 网络协同设计环境，如下图所示：包括产品CAD建模、有限元分析FEM、动力学仿真ADAMS和控制仿真MATLAB。计算机网络硬件环境和相应软件环境。图形工作站和路由器，安装协同设计仿真软件。
型 协同设计仿真平台组成 三、实验原理 典型机电产品协同设计仿真工作流程如下图所示。 1）利用CAD建模工具，建立产品模型； 2）利用ADAMS建立产品运动学模型； 3）根据CAD和ADAMS传过来的结构模型和边界条件分析零件应力场和应变场； 4）用ADAMS分析得到的运动参数（位移、速度）。
协同设计仿真平台组成 四、实验内容与步骤 （1）总体方案设计 SysML语言是UML语言(Unified Modeling Language，统一建模语言，一种面向对象的标准建模语言，用于软件系统的可视化建模)在系统工程应用领域的延续和扩展，是近年提出的用于系统体系结构设计的多用途建模语言，用于对由软硬件、数据和人综合而成的复杂系统的集成体系结构进行可视化的说明、分析、设计及校验。 在这里我们绘制参数图如下。在下面的参数图中，我们确定了系统中各部件的相互约束情况。
学习“现代设计方法”课程感想 11材料2班夏万林学号20110410210234 现代设计方法，用英文取名为“Modern Design Technique”，是当今时代为产品制造或工程项目完成到实体化全过程而制订的技术上的方案、图样与程序。“现代设计方法”是对应于传统设计方法而提出与发展的，为一种大概念，有大的范畴，其下位可有现代机械设计方法、现代模具设计方法等。 进入大三，迎接我们的是真正的专业课，不再是以前的公共课或者是专业基础课，而《优化设计导论》作为专业课中的必修课，即是非常重要的一门课，同时也是一门结合机械类各科目知识的一门综合性课程。在近一学期的学习中，我不仅仅是学到了比较多的综合性设计方法同时也很好的认识了我们的好老师-卢老师。卢老师的课堂教学非常幽默且具有非常强的科学性。卢老师基本上是每节课都会要求同学自己动手画画做做，不要总是这样听着而什么是事都不做，尽量调动大家学习的积极性，让大家多学点，让同学愿意听，想去学。 这门课程给我们讲解了有限元设计、优化设计、机电一体化设计、计算机辅助设计、创新设计、生命周期设计、虚拟设计、稳健设计、并行设计、智能设计等十种现代设计方法。其中前面四种为较成熟应用正普及类，后面六种为较新颖内容正发展类，可以说是设计学的一个大综合。广义最优化方法有解析法、数值法、图解法、实验法、情况研究法等，工程技术问题中的最优化方法主要是指解析法和数值法，且以数值法为最典型、最具代表性，因此、本书主要讲述数值法。
纵观世界机械类设计发展历史，从19世纪中叶英国工业革命至今，机械工业不断革新其要求也不断改变，现今对各个设计员的要求不断提升，由以前的单一机械结构设计到后来的机电一体化再到如今的机、电、计算机三位一体的设计要求，这样对于我们大学生尤其是三本院校的大学生，本身基础较薄弱，学习现代设计要求也不断提高、相应的难度也在提升。 通过这半个学期的学习，自己对现代设计方法有了一定的认知和掌握。我觉得开设本课程要达到的主要目的是：通过对经典解析法、线性规划与非线性规划法、数值法中的基本概念、理论和方法的学习，对工程设计实例分析的了解和熟悉，我们可以拓宽视野，增强创新设计意识，掌握现代设计方法的基本思想和基本方法，初步具有解决机械优化设计和分析问题的能力。学校的图书馆也有许多相关的书籍期刊，通过课本的学习和课外知识的学习以及《机械设计》课程学习的基础，我对设计过程的复杂性和相关基础过程有了一定的认识，其过程主要为首先是任务的提出，确定需求和潜在的需求；然后是可理解的形成，即概念设计，包括扫描技术可能和产生矛盾统一设想；最后是对可能解的评估、优选和确认，并产生最终解。通过这门课程的学习我还解决了另一个问题，对机械设计的现代设计方法的相关类型有了一定的认识。通过课程中的优化设计、解析法、数值法等方面的学习我深刻的认识到现代设计方法主要基于以下四个类型开展设计方案的。主要是结构模块化设计方法、基于产品特征知识的设计方法、系统化设计方法、智能化设计方法四个方面的设计方法，我的学习提
课程名称：机电产品现代设计方法 上课时间：2014年春季 机电产品现代设计方法实验报告 姓名： 学号： 班级： 所在学院：机电工程学院 任课教师：金天国张旭堂
实验名称机电产品现代设计方法 姓名学号班级 实验地点实验日期评分 指导教师张旭堂同组成员其他 1 静态存储器扩展实验 1.1 实验目的 （1）掌握典型机电产品多学科协同优化设计软件环境组成，包括建模软件、分析软件、协同平台； （2）自主设计产品模型、分析过程、优化目标； （3）对得到的优化结果进行定性分析，解释结果的合理性，编写上机实验报告。 1.2 实验内容 (1) 轴的有限元分析 (2) 基于Adams的运动学分析与仿真 1.3实验相关情况介绍（包含使用软件或实验设备等情况） 1.3.1使用软件 本实验使用软件为Adams及abaqus，利用Adams进行运动学仿真分析，利用abaqus进行有限元分析。 1.3.2实验设备 计算机。 1.4实验结果 1.4.1基于ADAMS 的运动学仿真 （1）构造ADAMS样机机械模型 根据指导书建立铲车的三维模型。三维模型可以通过专门三维建模软件进行建模，然后导入ADAMS，也可以直接用ADAMS建模。利用ADAMS建模过程在《adams 运动仿真例子》中有详述，直接给出建模后的模型，如图1所示：
图1 铲车模型 （2）构建约束 根据要求构造四个约束：基座和座架之间的创建转动副，轴肩与座架间构建转动副，铲斗与悬臂间构建转动副，悬臂与轴肩之间构建平动副。构建后的模型如图2所示： 图2 添加约束铲车模型 （3）添加运动 根据题意分别对四个运动副添加运动函数： （a）基座和座架之间的创建转动副：360d*time；
工程设计实验报告 班级：电气工程及其自动化11-2 学号：201103201207 姓名：李建树
通过对工程设计课程学习，我对工程设计内容有了初步的了解和认识，并对电路设计产生了浓厚的兴趣。希望通过此报告，用RTD 的仿真设计过程来展示我对工程设计的理解，并为以后的专业课的学习打下良好的基础。 下面是利用所学的专业课知识和Proteus 仿真软件，设计一个简单的电阻温度检测器(RTD)。 一．温度检测器（RTD ） 1.传感器介绍 本次实验使用的是铂电阻传感器。铂电阻传感器是利用金属铂的电阻器随温度变化的物理特性而制成的温度传感器。以铂电阻为测温元件进行温度测量的关键是要能准确的测出铂电阻传感器的电阻值。按照IEC751国际标准，现在常用的Pt1000是以温度体系TCR=0.003851为标准统一设计的铂电阻。其温度特性是： 当-200℃ B = -5.775E-7 C = -4.183E-12 对于一个给定的基极电阻，在T ℃的RTD 电阻计算公式。 α αo o R T R T T T T R T R -=--+=)()) (1()(00 2.铂电阻温度传感器（RTD ）工作原理 铂电阻温度传感器（RTD ）是用铂制成的热敏感电阻。当通过测量电压计算RTD 温度时，数字万用表用已知电流源测量该电流源所产生的电压。这一电压为两条引线上的压降加RTD 上的电压。然而在实际测量中，使用温度-电阻函数T （r ）更便于测量与计算。 3.关于信息编码技术 仪器仪表应用中经常使用的可编程逻辑控制电（PLC ）来存储和处理数据，必须调整和传感设备的模拟输出信号，因此适当的AD 转换器的PLC 输入卡有关。这通常是由传感器驱动电器完成。有一些制造商使用的标准电压范围，其中包括0至1,0至50至100伏，每个对应的所需的检测由RTD 温度范围。 除了基于电压源信号，也是共用一个电流源进行的编码的模拟信息，这种方法提供了显着的抗噪声过电压运营商，因为双方共同的模式和正式模式的感应电压，而不会显着破换的电流可以容忍的。20mA 电流环路经常用于中度以上的传输距离，例如从一个侧面工厂传达模拟信号。 《现代机械设计方法学》实验报告 班级： 学号： 姓名： 成绩： 实验一、有限元分析 （一）目的： 1、初步掌握有限元软件分析力学问题的过程，包括几何建模、网格划分等前处理功能，掌握各种计算结果的阅读。 2、掌握材料数据、载荷、约束的添加方法。 （二）要求：学生独立完成一个算例的有限元分析，并阅读其计算结果，提交一个算例的分析报告。 （三）计算实例 1、问题的描述 为了考察铆钉在冲压时，发生多大的变形，对铆钉进行分析。 铆钉圆柱高：10mm 铆钉圆柱外径：6mm 铆钉下端球径：15mm 弹性模量：2.06E11 泊松比：0.3 铆钉材料的应力应变关系如下： 应变0.003 0.005 0.007 0.009 0.011 0.02 0.2 618 1128 1317 1466 1510 1600 1610 应力 /Mpa 1、有限元模型。 3、应力云图，可选主应力或σx、σy、τxy、V on Mises应力、Tresca应力之一输出结果图片，指明你所选的应力的最大值及其位置。 （三）思考题： 1、如果要提高边界处计算精度，一般应如何处理？ 答：在边界处划分网格 2、有限元网格划分时应注意哪些问题？ 答：选取的时候要将编号显示出来，这样就可以更好的选择，网格尽可能的小，这样结果就越准确。 实验二、优化实验 （一）目的： 初步掌握利用ANSYS软件或MATLAB软件对问题进行分析。 （二）要求： 学生独立完成一个算例的分析，并给出算例的计算结果。。 （三）算例 1.实际问题 梁的形状优化，优化目的是使梁的体积最小，同时要求梁上的最大应力不 超过30000psi，梁的最大挠度不大于0.5in,沿长度方向梁的厚度可以变化，但梁端头的厚度为定值t，采用对称建模。 使用两种方法进行优化，两种方法优化结果。 子问题近视法目标ANSYS 百分比（TVOL）体积in3 3.60 3.62 1.004 （DEFL）挠度max in 0.500 0.499 0.998 (STRS)应力max,psi 30000 29740 0.991 第一阶法目标ANSYS 百分比（TVOL）体积in3 3.6 3.61 1.003 （DEFL）挠度max in 0.5 0.5 1.001 STRS)应力max,psi 30000 29768 0.992 前言 一、实验课目的 本课程实验课目的在于：验证、巩固和加深课堂讲授的基本理论，加强理论联系实际及独立工作能力的培养；掌握一些最基本的机械实验方法、测量技能及用实验法来测定一些机械参数的能力；以及培养学生踏实细致、严肃认真的科学作风。因此，实验课是一个不可缺少的重要环节，每个学生必须认真对待，在课前进行预习，在课后分析试验结果，写成正规的实验报告。实验课为评定学生成绩的一部分。 二、实验前的准备工作 为了保证实验顺利进行，要求在实验前做好准备工作，教师在实验前要进行检查和提问，如发现有不合格者，提出批评，甚至停止实验的进行，实验准备工作包括下列几方面内容： 1.预习好实验指导书：明确实验的目的及要求；搞懂实验的原理；了解实验进行的步骤及主要事项，做到心中有底。 2.准备好实验指导书中规定自带的工具、纸张。 3.准备好实验数据记录表格。表格应记录些什么数据自拟。 三、遵守实验室的规章制度 1.验前必须了解实验设备、仪器的使用性能、操作规程及使用须知，否则不得操作。 2.严格按照规定，精心操作设备、仪器。 3.实验室内与本实验无关的设备与仪器，一律不得乱动。 4.在实验室严守纪律，不得高声谈笑，保持室内整洁。 5.实验完毕后，用过设备、仪器放回原处，并整理清洁、经教师同意后才得离开。 四、实验报告 实验报告是对实验所有数据、现象进行整理，分析得出一定结论与看法的书面文件。学生在实验后必须按照要求，整理并分析处理所的结果，写成正规的实验报告。 为了写好实验报告，提出以下几点： 1.实验结果记录应经实验指导教师过目签字，并随实验报告一起交上。 2.报告中的结果分析及讨论应力求具体，应针对试验具体情况，防止不切实际的空谈。 3.实验报告要求每人一份。 4.实验报告应在实验完毕后一星期内，由班委汇集交老师。 吉林大学珠海学院 机械工程学院 2018年9月10日 2009-2010学年第二学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目：现代设计方法及理论 学生所在院（系）：机电学院 学生所在学科：机械制造及其自动化 题目：机械产品方案的现代设计方法及发展趋势 第 1 页（共 6 页）机械产品方案的现代设计方法及发展趋势 科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。 根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。 1、系统化设计方法 系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。 系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。 制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是： (1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。 (2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。 (3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。 物体运动的方式实验报告 （文章一）：实验报告四年级4课.小吊车活动1：做小吊车（分组实验）制作目的：做小吊车并研究小吊车原理制作材料及工具：小纸盒吊车臂吊臂支架线绳两个铁丝钩一个剪刀锥子胶水钩码制作过程： 1.小组分工合作 2.观察小吊车模型组装各部分①四个点要对称，固定牢固；②绳子要从前往后穿，不要穿反了； 3.调试小吊车分别拉动两根线,看看小吊车的臂能否灵活运动. 实验现象:小吊车能提起或放下钩码实验结论：放松上牵引绳，拉紧下牵引绳，吊臂向下运动；拉紧上牵引绳，放松下牵引绳，吊臂向上运动。活动2:收与放实验目的：推断动物与人的肢体运动原理(分组实验) 实验过程： 1. 弯曲手臂，感受上臂上下肌肉的长短松紧变化。 2.伸直手臂，感受上臂上下肌肉的长短松紧变化。 3.反复几次体会与小吊车的原理的联系。实验现象：手臂骨骼就像小吊车的吊臂，肌肉就像绳子，手臂运动时，当肱二头肌收缩,肱三头肌舒张时,肱二头肌牵动前臂向内收缩;当肱三头肌收缩,肱二头肌舒张时,肱三头肌牵动前臂向外伸展. 实验结论：前臂收缩类似小吊车抬起重物。前臂伸展类似小吊车放下重物。6课.做沙盘（分组实验）制作目的:通过制作校园沙盘模型培养学生的设计制作能力。制作材 料:硬纸板学校平面图橡皮泥潮湿的沙土废旧泡沫包装纸小木棍颜料盒剪刀制作步骤：对校园建筑的布局进行观测2．用大的硬纸板做底座。在纸板上画好学校平面图。(明确建筑物.树木等的位置) 3.用橡皮泥旧泡沫等材料做出立体的楼房等校园建筑物，根据平面图摆放好位置。（可以用长方体或正方体的泡沫做楼房，硬纸板做围墙，小木棍做旗杆等）。4．要注意建筑物的比例。（四年级的学生还不能很精确地计算出比例尺，教师适当指导。）8课.快与慢实验目的:研究小车运动的快慢(分组实验) 实验材料:秒表（或电子手表）、长尺、玩具车（学生自带），橡皮泥，马达、电池等（学生自带）实验过程: 1.小组做好分工：赛车手、计时员、测量员、记录员。 2.找好起点（必要时确定好终点）； 3.秒表做好归零； 4.在相同时间内必须进行多次测量（不少于3次），并做好记录 5. .在相同距离内必须进行多次测量（不少于3次），并做好记录实验结论：1：相同时间内经过的距离越长,物体运动的速度越快2：相同距离下所用的时间越短,物体运动的速度越快活动2:玩小车实验目的：研究小车运动的快慢与载重物及路面光滑程度是否有关？(对比试验) 实验材料:秒表（或电子手表）, 木板, 玩具车（学生自带），钩码, 毛巾. 实验方法：1做好小组分工:赛车手、计时员、记录员; 2先测量空车时小车在木板上运动时间; 3别的条件不变,向小车上加钩 武汉轻工大学 《现代设计方法》课程结业论文题目：现代设计方法在汽车设计中的应用 姓名 学号 班级 专业 院（系） 2017 年5月21 日 现代设计方法在汽车设计中的应用 宋家鹏 (武汉轻工大学机械工程学院，湖北武汉430070) 摘要：本文在分析汽丰设计方法发展的基础上，重点介绍了汽车设计中有待进一步推广应用的几种现代设计方法和技术。 关键词：现代设计方法;系统工程;模糊分析设计;计算机辅助设计(CAD) 0 引言 现代科学技术的发展对汽车的性能、可靠性、经济性等提出更高的要求同时也为汽车的设计、制造提供了改进和创新的设计方法。据统计，一般汽车的质量和性能有60%-70%取决于汽车设计。因此，在设计新产品时应研究和采用新的设计方法和技术，以适应现代汽车发展的要求。为了寻求保证设计质量、加快设计速度、避免和减少设计失误的方法和措施，引发了“汽车现代设计方法”的研究。 1现代设计和传统设计的比较 传统的设计方法是以经验总结为基础，运用力学和数学而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。而现代设计方法则是强调创造性，在注重产品整体功能基础上以现代设计方法和计算机设计为工具的系统设计。这种设计不但可以大大提高设计的质量、精度和效率，而且可以将产品的适应性、经济性、可靠性统一起来，从而高效地设计出性能优良、经济效益显著的新型产品。目前，设计方法和技术正处于不断改善、不断创造的历史时期。可以预见，新的汽车产品将随着现代设计方法、技术和设计科学体系的完善而有新的突破。 2现代设计法的主要内容 现代设计法是在总结传统设计的经验与教训、吸收国外各设计流派的先进内容的基础上,以形态学为分类手段,以方法学为思想指导,具体形成以下十一论: 功能论:现代设计法的宗旨。是保证设计要求功能实现的方法论。 突变论:现代设计法的基石。是设计创新的基础,如创造性设计。 系统论:现代设计工作的前提。进行系统辩识、系统分析,如系统分析法、人机工程等。 信息论:现代设计的依据。进行信号处理,如信息分析法、技术预测法等。 对应论:现代设计的捷径。采用相似、模拟,如相似设计等。 优化论:现代设计的目标。如优化设计等。 智能论;现代设计的核心。发挥人的主动性,使用人工智能,促进设计自动化,如CAD等。 离散论:现代设计的细解。连续体离散求数值解,如有限元和边界元方法。 控制论:现代设计的深化。如动态分析设计法等。 模糊论:现代设计的发展。模糊性定量描述,如模糊综合评判和决策等。 艺术论:现代设计的美感。如造型设计等。 1 实验目的 （1）掌握典型机电产品多学科协同优化设计软件环境组成，包括建模软件、分析软件、协同平台； （2）自主设计产品模型、分析过程、优化目标； (3) 对得到的优化结果进行定性分析，解释结果的合理性，编写上机实验报告。 2 实验内容 (1) 轴或负载台的有限元分析 (2) 基于Adams的运动学分析与仿真 3实验相关情况介绍（包含使用软件或实验设备等情况） 网络协同设计环境，如图1所示：包括产品CAD建模、有限元分析FEM、动力学仿真ADAMS和控制仿真MATLAB。计算机网络硬件环境和相应软件环境。图形工作站和路由器，安装协同设计仿真软件。 型 图1 协同设计仿真平台组成 典型机电产品协同设计仿真工作流程如下图2所示。 1）利用CAD建模工具，建立产品模型； 2）利用ADAMS建立产品运动学模型； 3）根据CAD和ADAMS传过来的结构模型和边界条件分析零件应力场和应变场；4）用ADAMS分析得到的运动参数（位移、速度）。 CAD模型 （STEP / IGES格式） 1.产品CAD建模 （CATIA） 3.CAE有限元分 析 （CATIA） FEM 分析结果 （应力、应变、模态） 2.动力学分析 （ADAMS） 驱动力、反应 时间 有限元输入载荷 4.控制仿真 （MATLAB） 运动参数：位 移、速度 动力参数：惯 量、载荷 图2 协同设计仿真平台组成 SysML语言是UML语言(Unified Modeling Language，统一建模语言，一种面向对象的标准建模语言，用于软件系统的可视化建模)在系统工程应用领域的延续和扩展，是近年提出的用于系统体系结构设计的多用途建模语言，用于对由软硬件、数据和人综合而成的复杂系统的集成体系结构进行可视化的说明、分析、设计及校验。 在这里我们绘制参数图如下。在下面的参数图中，我们确定了系统中各部件的相互约束情况。 36、机械CAD支撑软件从功能上可分为哪三类？具体包包括哪些软件？ 机械CAD支撑软件从功能上课分为三类：第一类解决几何图形设计问题；第二类解决工程分析与计算问题；第三类解决文档写作与生成问题。具体包括基本图形资源软件，二维、三维绘图软件，几何造型软件，工程分析及计算软件，文档制作软件。 37、简述最小二乘法的拟合思想 已知由曲线或实验所得的m个点的坐标（x1,y1）,(x2,y2),...,(x m,y m),设拟合公式y=f(x),因此每一节点处的偏差为e i=f(x)-y i i=1,2…,m 偏差的平方和为拟合公式y=f(x)具有一定的函数关系及系数，其最其本的要求就是由该系统决定的直线与各节点的偏差的平方和最小因此称为最小二乘法拟合。拟合公式的类型通常选取初等函数，如对数函数、指数函数、代数多项式等。 38、什么是优化设计方法？简述优化方法的分类 优化设计亦称最优化设计，他是以数学规划理论为基础，以电子计算机为辅助工具的一种设计方法。他首先将设计问题按规定的格式建立数学模型，并选择合适的优化方法，选择或编制计算机程序，然后通过电子计算机计算自动获得最优设计方案。优化设计大体分为两类：1）直接计算目标函数值，比较目标函数值，并以之作为迭代、收敛根据的方法。2）以多变量函数极值理论为基础，利用目标函数的性态，并以之作为寻优、迭代、收敛根据的方法。前者称为直接法，后者称为求导法。39、简述一维搜索方法中多维空间的最优化方法的内容 多维空间的最优化方法，一般遵循这样的一种基本形式：从一个初始点X（0）出发，按一定的规律确定一个搜索方向S(0),然后在搜索方向S(0)上搜索到目标函数的极小点X（1）；接着又以X（1）为新的出发点确定一个搜索方向S（1），再在S（1）方向搜索到目标函数的极小点X（2），作为下一次迭代的出发点。如此重复上述的过程，直到把目标函数调整到最优值F（X*）上为止 40为什么选用共轭方向作为搜索方向可以以去得良好的效果？ 选用共轭方向作为搜索方向可以取得良好的效果，主要是共轭方向的性质所决定的。共轭方向的性质为：对于n维正定二次型函数，从任意初始点X（0）出发，依次沿着与矩阵A为共轭的n个线性无关的方向S1，S2，…..Sn进行一维搜索，则能在第n部或n部以前达到极小点。 36、简述有限元法求解问题的步骤 1）对整个结构进行简化将其分割成若干个单元，单元之间彼此通过节点相连。2）求出各单元的刚度矩阵。3）集成总体刚度矩阵并写出总体平衡方程。4）引入支撑条件，求出每个节点的位移。5）求出各单元的应力和应变。 37、常用的可靠度分配方法有哪三种？各自的分配原则是什么？ 1）等同分配法：它按照系统的中各单元的可靠度均相等的原则进行分配。2）加权分配法：把各个子系统在整个系统中的重要度以及各个子系统的复杂度作为权重来分配可靠度。3）最优分配法：全面考虑各个因素的影响，采用优化方法分配可靠度。 38、什么是平均寿命与可靠寿命？平均寿命与可靠寿命之间有何关系？ 1）平均寿命：指一批产品从投入到运营发生失效的平均工作时间。可靠寿命： 39、在有限元分析中为什么要采用半带存储？ 有限元分析中常用半带存储的原因有：1）单元尺寸越小，单元数越多，分析计算精度越高；单元数越多，总体刚度矩阵的阶数越高，所需计算机的内存量和计算量越大。2）总体刚度矩阵具有对称性、稀疏性和奇异性以及非零元素成带型分布的规律。3）只存储对角线元素以及上三角矩阵中宽为Nb内的斜带形区内元素，可以大大减小所需内存量。 40、可靠性工程领域主要包括哪几个方面的内容？ 可靠性工程领域主要包括以下三方面的内容：1）可靠性设计。它包括了设计方案的分析、对比与评价，必要时也包括可靠性试验、生产制造中的质量控制设计及使用维修规程的设计等。2）可靠性分析。它主要是指失效分析，也包括必要的可靠性试验设计提供依据，也为重大事故提供科学的责任分析报告。3）可靠性数学。这是 36、何为软件工程？一套软件生存周期大致分为几个阶段？ 37、什么是复合型法？简述其主要特点。 38、简述总体刚度矩阵的特性 39、简述有限元分析过程中，求总体刚度矩阵的两种主要的方法和特点。 40、可靠性的统计指标都有哪些？ 36、与文件系统相比，数据库系统的主要特征有哪些？ 37、选择优化方法一般需要考虑的因素有哪些？ 38、平面钢架与一维结构相比有哪些特点？ 39、有限元分析过程中，结构离散化如何决定单元尺寸？ 40、简述可靠性与可靠度的区别和联系 课程名称：现代设计方法实验报告 实验项目： 1.AutoCAD使用的基本知识 2.AutoCAD基本命令使用 3.学习AutoCAD图形显示、图层和线性 实验一AutoCAD使用的基本知识 一、实验目的与要求： （1）掌握AutoCAD的安装和起动（2）了解AutoCAD操作界面组成 二、实验设备： AutoCAD安装软件、多媒体电脑等。 三、实验内容（实验步骤及操作方法）： 1. AutoCAD的安装非常方便，同其它软件包的安装基本一样，其要点如下： 在光盘上找到SETUP.EXE文件并执行； 在序列号对话框中输入正确的软件序列号； 在目标位置对话框中，可考虑将AutoCAD安装在空间相对富裕的驱动器下； 在安装类型对话框中，根据需要以及硬盘空间大小，合理选择安装类型为典型、完全、精简或自定义； 在文件夹名称对话框中，为AutoCAD指定一个程序文件夹。 2. AutoCAD操作界面的组成及作用 标题栏 标题栏位于工作界面的最上面，用来显示AutoCAD的程序图标以及当前正在运行文件的名字（第一个文件和没打开其他图形显示的是Drawing1.dwg）等信息。单击位于标题栏右侧的按钮，可分别实现窗口的最小化、还原、最大化以及关闭AutoCAD等操作。单击标题栏最左边AutoCAD的小图标，会弹出一个AutoCAD窗口控制下拉菜单，利用该下拉菜单中的命令，也可以进行最小化或最大化窗口、恢复窗口、移动窗口或关闭AutoCAD等操作，双击该控制图标可以关闭应用程序。 工具栏 工具栏是AutoCAD提供的一种调用命令的方式，它包含多个由图标表示的命令按钮，单击这些图标按钮，就可以调用相应的AutoCAD命令。 菜单栏与快捷菜单 AutoCAD的菜单栏由“文件”、“编辑”、“视图”、“插入”、“格式”、“工具”、“绘图”、“标注”及“修改”等菜单组成，这些菜单包括了AutoCAD几乎全部的功能和命令。 绘图区 绘图区是用户进行绘图和显示图形的区域，类似于手工绘图时的图纸。当鼠标指针位于绘图区时，会变成十字光标，其中心有一个小方块，称为目标框，可以用来选择对象，使其变成可编辑状态。 命令区与命令窗口 绘图区的下方是命令行及命令窗口。命令行用于显示用户从键盘、菜单或工具栏中按钮中输入的命令内容（命令不分大小写，可完整缩写）；命令窗口中含有AutoCAD启动后所用过的全部命令及提示信息。用户可通过按F2键来打开 现代设计方法 现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。以满足市场产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的,以计算机辅助设计技术为主体,以知识为依托,以多种科学方法及技术为手段,研究、改进、创造产品和工艺等活动过程所用到的技术和知识群体的总称。 现代设计方法有:并行设计、虚拟设计、绿色设计、可靠性设计、智能优化设计、计算机辅助设计、动态设计、模块化设计、计算机仿真设计、人机学设计、摩擦学设计、反求设计、疲劳设计。 一、并行设计 并行设计是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。强调产品开发人员一开始就考虑产品从概念设计到消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响，把一切可能产生的错误、矛盾和冲突尽可能及早地发现和解决，以缩短产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量。 二、虚拟设计 在达到产品并行的目的以后，为了使产品一次设计成功，减少反复，往往会采用仿真技术，而对机电产品模型的建立和仿真又属于是虚拟设计的范畴。所谓的虚拟制造(也叫拟实制造)指的是利用仿真技术、信息技术、计算机技术和现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，发现制造过程中可能出现的问题，在真实制造以前，解决这些问题，以缩减产品上市的时间，降低产品开发、制造成本，并提高产品的市场竞争力。 三、绿色设计 绿色设计是指以环境资源保护为核心概念的设计过程，其基本思想就是在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳人产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小。 产品设计的基本流程为：市场调研--草图构思--方案设计。 四、可靠性设计 机电产品的可靠性设计可定义为:产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性设计是以概率论为数学基础，从统计学的角度去观察偶然事件，并从偶然事件中找出其某些必然发生的规律，而这些规律一般反映了在随机变量与随机变量发生的可能性(概率)之间的关系。用来描述这种关系的模型很多，如正态分布模型、指数分布模和威尔分布模型。 五、智能优化设计 随着与机电一体化相关技术不断的发展，以及机电一体化技术的广泛使用，我们面临的将是越来越复杂的机电系统。解决复杂系统的出路在于使用智能优化的设计手段。智能优化设计突破了传统的优化设计的局限，它更强调人工智能在优化设计中的作用。智能优化设计应该以计算机为实现手段，与控制论、信息论、决策论相结合，使现代机电产品具有自学习、自组织、自适应的能力，其创造性在于借助三维图形，智能化软件和多媒体工具等对产品进行开发设计。 六、计算机辅助设计 机械计算机辅助设计（机械CAD）技术，是在一定的计算机辅助设计平台上，对所设计的机械零、部件，输入要达到的技术参数，由计算机进行强度，刚度，稳定性校核，然后输出标准的机械图纸，简化了大量人工计算及绘图，效率比人工提高几十倍甚至更多。 七、动态设计 动态设计法是在计算参数难以准确确定、设计理论和方法带有经验性和类比性时，根据施工 西安交通大学实验报告 课程名称：现代设计理论与方法实验名称：优化设计上机实验 学院：实验日期： 班级：姓名：学号： 一、实验要求 1. 采用MA TLAB等编程语言，编写优化程序，计算优化结果； 2. 完成大作业书面报告，对每个题目进行分析建模，包括： ①设计变量的选择； ②优化目标函数的确定； ③约束条件的确定。 二、优化分析 1. 镗刀杆（销轴）结构参数优化 ①设计变量的选择 题目要求“试在满足强度、刚度条件下，设计一个用料最省的方案”，即在满足性能要求的前提下，使设计方案的质量（体积）最小。 最直接的思路为，控制长度L和直径d最小。而根据条件分析，亦可通过改变截面形状（改变轮廓形状、使截面空心等）、改变不同L处截面形状等复杂的空间质量分布模式等，来到达最优的目的。 为便于分析，此处选择设计变量为刀杆直径d、长度L（实际可直接取最小值）为设计变量。 ②优化目标函数的确定 刀杆用料最省，即体积最小： V=1 4 πd2L→min 设 x1=d,x2=L 则目标函数为 min f X=V=1 πd2l= 1 πx12x2=0.785x12x2 ③约束条件的确定 根据材料力学知识，应有： σmax<σ τmax<τ f max 攀枝花学院实验报告 实验课程：软件工程试验实验项目：项目详细分析实验日期：2016.6.3系：数学与计算机学院班级：软件工程姓名：学号：指导教师：吴建兵成绩： 【实验目的：】 a、在上一实验的基础上，完成详细设计。 b、掌握详细设计的内容、方法步骤。 【实验内容：】 a、进行用例设计，针对需求分析模型中的每个用例，基于体系结构和用户界面设计模型给出的设计元素，设计用例的软件实现方案。过程：分析模型中的交互图->用例实现的交互图->构造设计类。 b、子系统设计。确定子系统内部的结构，即，设置包含于其中的、粒度更小的子系统、构件和设计类，明确它们之间的协作关系，确保它们能够协同实现体系结构模型中该子系统的服务提供接口所规定的全部功能和行为。模型：设计类图、状态图、活动图 c、构件设计。为实现构件的服务提供接口中规定的职责而在其内部设置子构件和类，明确它们的职责，定义其对外接口，确定它们之间的协作关系。模型：详细设计类图。 d、类设计。对体系结构模型中出现的关键设计类，以及界面设计模型、子系统设计模型和构件设计模型中出现的类进行细化设计，以使它们足够精细，能够直接提交给软件构造阶段进行编码实现。模型：精化的类图、状态图、活动图。 e、数据模型设计。确定设计模型中需要持久保存的类的对象及其属性；确定持久数据的组织结构，等等。 f、汇总获得的所有设计模型，包括体系结构模型、界面设计模型、用例设计模型、子系统/构件/类设计模型、数据模型，在全局范围内检查并消解它们之间的不一致性，剔除冗余性，最终形成设计规约（详细设计说明书）。 I 数据结构设计 用SQL语句建表： CREATE TABLE `privileges` ( `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, `name` varchar(20) DEFAULT NULL,现代设计方法实验报告
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