现代机械设计方法试题-----复习使用 考试形式：闭卷（带计算器与尺） 一、图解题 1．图解优化问题：min F (X)=(x 1-6)2+(x 2-2)2 s ．t ． 0．5x 1+x 2≤4 3x 1+x 2≤9 x 1+x 2≥1 x 1≥0, x 2≥0 求最优点和最优值。 最优点就是切点坐标：X1=2.7,x2=0.9 最优值：12.1【带入公式结果】 2．若应力与强度服从正态分布，当应力均值μs 与强度均值μr 相等时，试作图表示两者的干涉情况，并在图上示意失效概率F 。 参考解： 3 ．已知某零件的强度r 和应力s 均服从正态分布，且μr >μs ,σr <σs ，试用图形表示强度r 和应力s 的分布曲线，以及该零件的分布曲线和可靠度R 的范围。 参考解： f (s) f (r) Y >0安全状态；Y <0安全状态；Y =0极限状态 f (Y)
强度r 与应力s 的差可用一个多元随机函数Y =r -s =f (x 1,x 2,…,x n )表示，这又称为功能函数。 设随机函数Y 的概率密度函数为f (Y )，可以通过强度r 与应力s 的概率密度函数为f (r )和f (s )计算出干涉变量Y =r-s 的概率密度函数f (Y )，因此零件的可靠度可由下式求得： Y Y f Y p R ?∞ =>=0d )( )0( 从公式可以看出，因为可靠度是以Y 轴的右边对f (Y )积分，因此可靠度R 即为图中Y 轴右边的阴影区域。而失效概率F =1-R ，为图中Y 轴左边的区域。 4．用图表示典型产品的失效率与时间关系曲线，其失效率可以分为几个阶段，请分别对这几个阶段进行分析。 失效率曲线：典型的失效率曲线。失效率（或故障率）曲线反映产品总 体寿命期失效率的情况。图示13.1-8为失效率曲线的典型情况，有时形象地 称为浴盆曲线。失效率随时间变化可分为三段时期： (1) 早期失效期，失效率曲线为递减型。产品投于使用的早期，失效率较高 而下降很快。主要由于设计、制造、贮存、运输等形成的缺陷，以及调试、 跑合、起动不当等人为因素所造成的。当这些所谓先天不良的失效后且运转 也逐渐正常，则失效率就趋于稳定，到t 0时失效率曲线已开始变平。t 0以前 称为早期失效期。针对早期失效期的失效原因，应该尽量设法避免，争取失 效率低且t 0短。 (2) 偶然失效期，失效率曲线为恒定型，即t 0到t i 间的失效率近似为常 数。失效主要由非预期的过载、误操作、意外的天灾以及一些尚不清楚的偶 然因素所造成。由于失效原因多属偶然，故称为偶然失效期。偶然失效期是 能有效工作的时期，这段时间称为有效寿命。为降低偶然失效期的失效率而 增长有效寿命，应注意提高产品的质量，精心使用维护。加大零件截面尺寸 可使抗非预期过载的能力增大，从而使失效率显著下降，然而过分地加大， 将使产品笨重，不经济，往往也不允许。 (3) 耗损失效期，失效率是递增型。在t 1以后失效率上升较快，这是由于产品已经老化、疲劳、磨损、蠕变、腐蚀等所谓有耗损的原因所引起的，故称为耗损失效期。针对耗损失效的原因，应该注意检查、监控、预测耗损开始的时间，提前维修，使失效率仍不上升，如图13.1-8中虚线所示，以延长寿命不多。当然，修复若需花很大费用而延长寿命不多，则不如 报废更为经济。
单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的 序号填在题干的括号内。) 1. f(x)在区间［x 1,x 3］上为单峰函数，x 2为区间中的一点，x 4为利用二次插值法求得的近似极值点，若x 4-x 2＜0,且f(x 4)≥f(x 2)，则新的搜索区间为( D ) A. ［x 1,x 4］ B. ［x 2,x 3］ C. ［x 1,x 2］ D.［x 4,x 3］ 2.对于平面桁架中的杆单元，每个节点在整体坐标系中的位移分量个数为（B ） A1 B2 C3 D4 3.应用四节点等参数单元时，由整体坐标系到自然坐标系单元的映射关系是（C ） A 任意四边形→任意四边形 B 正方形→任意四边形 C 任意四边形→正方形 D 正方形→正方形 4.在任何一个单元内（ D ） A 只有节点符合位移模式 B 只有边界点符合位移模式 C 只有边界点和节点符合位移模式 D 单元内任意点均符合位移模式 4.若强度r 的概率密度函数为f r (r)=λr e r r -λ,则知其分布为（ C ） A 正态分布 B 对数正态分布 C 指数分布 D 威布尔分布 6.标准正态分布的均值和标准离差为（ D ） A μ=1,σ=0 B μ=1,σ=1 C μ=0,σ=0 D μ=0,σ=1 7.若组成系统的诸零件的失效相互独立，但只有某一个零件处于工作状态，当它出现故障后，其它处于待 命状态的零件立即转入工作状态。这种系统称为（ C ） A 串联系统 B 工作冗余系统 C 非工作冗余系统 Dr/n 表决系统 8已知方程组5611327121 2x x x x +=+=??? ()()12，用高斯消元法对式(2)进行向前消元一步运算后，结果为（ C ） A. -=245652x B. x x 122373+= C.-=85252x D. -=-243343 2x 9.Powell 修正算法是一种（ D ） A 一维搜索方法 B 处理约束问题的优化方法 C 利用梯度的无约束优化方法 D 不利用梯度的无约束优化方法 10.某产品的寿命服从指数分布，若知其失效率λ=0.002，则该产品的平均寿命为（C ） A.200 B.1000 C.500 D.2000 11.下列优化方法中，不需计算迭代点一阶导数和二阶导数的是（ B ） A 可行方向法 B 复合形法 C DFP 法 D BFGS 法 11.表示机电设备的一般失效曲线(浴盆曲线)中，偶然失效期的失效密度f(t)服从（ B ）
邓灿 （机械设计制造及其自动化六班） 摘要：机械设计是机械工程的重要组成部分，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。自古至今，新的设计理论和方法不断形成，最大程度地满足了社会和人们的需要。本文阐述了机械设计理论与方法的历史变演、发展现状以及未来趋势，提出了继承与创新相结合的重要性。 关键词：机械设计理论方法发展
邓灿 （机械设计制造及其自动化六班） 摘要：机械设计是机械工程的重要组成部分，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。自古至今，新的设计理论和方法不断形成，最大程度地满足了社会和人们的需要。本文阐述了机械设计理论与方法的历史变演、发展现状以及未来趋势，提出了继承与创新相结合的重要性。 关键词：机械设计理论方法发展 0 前言 为了满足机器的使用功能要求、经济性要求以及劳动保护和环境保护要求等，设计人员必须有一个科学的设计过程。机械设计是对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算，并将其转化为具体的描述以人为制造依据的工作过程。自机械学科开创以来，设计学领域就占据着非常重要的位置，在不同的阶段它都有一套完整的理论和方法，进过积累和创新，不断闪现出新的亮点，最大程度地满足社会和人们对产品的需求。下面介绍了机械设计理论与方法的历史进程、研究现状，通过调研、分析和总结对未来的发展趋势做出了展望。 1 历史回顾 机械设计是为生产机械所必须进行的技术决策活动，由于基础薄弱、积累的经验少等原因，这门学科的确立相对较晚。按照机械界的说法，20世纪60年代以前的机械设计理论与方法称为传统机械设计，其理论与方法都是根据常规的思路和步骤，目前我们所使用的《机械原理》及《机械设计》等教材主要讲述的是常规设计技术，虽然比之现代设计技术它存在着明显的局限性，但是它是学习、应用发展现代设计技术的基础，它的经典性是每一个机械设计人员所不敢轻视和忽略的。 1.1传统机械设计的经典理论 （1）理论基础 机械设计需要观念指导，传统的设计方法能适应和满足当时人们的要求，则必然存在一套公认的理论。这套理论的基础有两点： 1）、静态解析和稳定性解析的观念； 在传统设计理论形成时期，牛顿力学的思维方式总是将处于变动状态之中的事物，抽象为处于相对稳定状态(包括静态)之中来描述；再加之受当时的实验和模拟技术水平的限制，所以就把复杂状态的问题采取近似的、粗略的简化处理，以便进行实验模拟和数值处理。 2）、合格设计的观念 传统的机械设计着重于实现机械本身预定的功能，最大程度地满足机器的工作能力，而对工艺和成本等考虑得较少。整个设计往往是根据任务和目标，先做出第一个方案，甚至造出样机，然后通过评定与考核，进行修改，形成第二轮方案，如此反复，直到满意为止。 （2）概念体系 针对这个理论基础，传统的设计论还建立了自己的经典概念，从而形成了静态解析的理论体系。其概念的建立，大致有两种模式： 1）将客观的变动状态抽象为稳定状态 或静态，进而建立概念，如“载荷” 的概念； 2）对具有随机性的现象，略去其分散 趋势的统计特征，仅只抓住集中趋 势的统计特征来建立概念，如“应 力”概念和“强度”的概念。 （3）设计准则
浅谈现代机械设计及其发展趋势 【摘要】现代机械设计是一项系统性很强的综合性技术，是一个国家制造水平的重要标志，是一个国家经济发展的关键内容。机械制造要与社会发展相互促进，了解机械制造技术的现状与发展趋势，敢于创新，才能把握机遇。本文就这话题展开探讨，以增进对现代机械制造的了解，促进经济发展。 【关键词】机械设计；产品制造；现状；发展趋势 不论是发达国家还是发展中国家，都在大力发展机械制造技术。机械制造成为了衡量一国工业水平的重要标准，也成为了各个国家之间科技竞争力的重大内容。现代机械制造技术在传统制造技术的基础上，与计算机技术、信息技术、自动控制技术等完美结合，是集机械、电子、信息、材料与管理技术于一体的综合性技术。一个国家的制造水平是一个国家的经济支柱，是工业得以发展的基础，是影响国民经济发展的关键性因素。目前，我国正处于经济发展的关键时期，作为一个发展中的工业大国，我们最薄弱环节是机械制造技术。展望未来制造业的发展，必须与人类和社会的进步同步，但是无论怎样发展都必须与自然界保持和谐，这样才可以保证国民经济的可持续发展。对于我国的机械制造业而言，了解我国机械制造技术的发展现状，把握现代机械制造的发展趋势，抓住发展机遇，不断的更新理念，把机械制造技术放在战略优先地位，并以足够的力度予以实施，才能尽快缩小与发达国家的差距，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地，我国由制造业大国向制造业强国过渡的伟大目标才有可能尽早实现。 1.现代机械制造技术的发展历程 自从我国工业时代的兴起到现在，机械制造业不断在发生变化。从手工到机械，机械手工相结合，到自动化、智能化等等，并且随着科学技术的更新进步不断的发展新的机械制造技术。根据生产方式的变化，可以分为五种类型：第一类是劳动密集型生产方式，这包括早期的工业生产和手工制造业。第二类是随着工业化的发展，生产社会化的不断加快，设备密集型的生产方式出现，汽车制造业和轴承等这样的大批量流水线生产业被研发，这些均属于设备密集型。第三类是信息密集型生产方式，这类生产方式是指新型机电一体化设备的加工生产，它实现了人与机器设备之间的信息交流，机器能够通过获得的信息实现快速准确的加工。第四类是知识密集型生产方式，制造理念的飞跃即属于此类生产方式，其典型代表有计算机集成制造和柔性制造在内的较少信息参与的加工，柔性制造系统计算机集成制造系统。第五类是智能密集型生产方式，敏捷制造和智能制造是这类生产的主要内容，它是一种全新的生产方式，目前正在被研究和实施智能密集型生产方式的技术可以快速响应市场的变化，超前地开发产品，从而实现多品种产品的全过程管理。 2.现代机械制造技术的现状及其特点 近年来，我国虽然不断采用先进的制造技术，并且积极引进国外先进技术，
机械设计的发展历史 摘要：设计必须科学化，这意味着要科学的阐述客观设计过程及其本质，分析与设计有关的领域及其单位，在这些基础上，科学的安排设计过程，使用科学的方法和手段进行设计。同时也要求设计人员不仅有丰富的专业知识，而且要掌握先进的设计理论，设计方法及设计手段，科学的进行设计工作，这样才能及时得到符合要求的产品。 关键词：机械设计、古代机械设计、近代机械设计、现代机械设计 主要内容： 1 机械设计发展的三个阶段 机械设计的发展史按时间来分，可分为三个阶段，分别是：从古代社会到17世纪为机械设计起源和古代机械设计阶段，由17世纪至第二次世界大战结束为近代机械设计，第二次世界大战结束直到现在为现代设计阶段。如果按其内容来分，可分为：直觉设计阶段，经验设计阶段和理论设计阶段。两种划分是一一对应的，是从不同角度来划分机械设计的发展史。每一个阶段在设计理论，方法和制造工艺方面都有明显的特色。下面就按时间来划分，把机械设计发展史划分为三个阶段来论述。 1.1 第一阶段：机械设计起源和古代机械设计 我国近代的考古发现了一些传说和记载，在浙江余姚河姆渡，河南郑裴李岗等遗址中都发现了七八千年以前制造相当精致的农具如石铲等。我国古代经书中，对古代使用，制造机械的情况有许多记载。《周易》“黄帝，尧，舜氏作，刳木为舟，剡木为楫，剡楫之力以济不通”，“断木为杵，掘地为舀”。可见，在4000多年前，我国古代已经发明了车，船，农具和许多生活用具。在《周易》第47卦“困”的卦辞中有“困于金车”，金车指用铜装饰起来的豪华马车。清代学者章诚说“六经皆史”，在我国古代文献中随处可以见机械产品与人民生活密切的联系，在我国春秋战国时代的著作《道德经》中有“三十辐共一毂，像日月也”的说法，而在秦陵发掘出来的二号铜车马，车融会贯通就有30个车辐。虽然据统计，当时的车每个车轮用30个轮辐，但是对轮辐的数目已经有了一定的规则。此外，我国古代在武器，纺织机械船舶等方面也有许多发明，到秦汉时期我国机械设计和制造已经达到相当高的技术水平，在当时世界上处于领先地位，在世界机械工程史上占有十分重要的的地位。 在我国古代，机械发明，设计者与制造者是统一的。有许多著名的人物，他们的成果代表了当时我国的机械的设计水平。唐代的时候我国与许多国家开展了经济，文化和科学技术的交流，与东南亚，南亚，阿拉伯，非洲东海岸贸易频繁，对中国和世界其他的一些国家有很大影响。由于贸易的发展，要求商品增加，从而改进生产设备，使机械设计有了很大的发展，造纸，纺织，农业，矿业，陶瓷，印染，兵器等都有了新的进展，机械设计水平也提高了一大步，宋代沈括的著作《梦溪笔谈》记载了当时的许多科学成就，反映了当时的科学水平。世界其它的国家也有不少机械的成果。但这些设计多是凭设计者的经验完成的缺乏必要的，有一定精度的理论的计算。 1.2 近代机械设计 17世纪欧洲的航海，纺织，钟表等工业的兴起，提出了许多技术部题，1644年英国组成了“哲学学院”，德国成立了实验研究会和柏林学会，1666年，法国，意大利也成立了研究机构。在这些机构中工作的意大利人伽里略（1564~1642）发表了自由落体定律，惯性定律，抛物体运动，还进行过梁的弯曲实验；英国人牛顿提出了到家动的三大定律，1688年，他提出
现代设计方法试卷1及答案 一、单项选择题 1.属于无约束优化问题求解算法中的直接法是（ C ） A. 梯度法 B.牛顿法 C.POWELL法 D.变尺度法 2.按类型划分，惩罚函数法属于（ D ） A.一维优化方法 B.无约束优化方法 C.直接法 D.约束优化方法 3.对于只含有不等式约束的优化问题，满足每一个设计约束的设计点，称为 （D） A.边界点 B.非可行点 C.外点 D.内点 4.坐标轮换法以为搜索方向。（C） A.梯度方向 B.共轭方向 C.坐标轴方向 D.负梯度方向 5.一个多元函数F（X）在点X*附近偏导数连续，则该点为极小值点的充分条件是（ B ） A.▽F（X*）=0 B. ▽F（X*）=0,H（X*）正定 C. H（X*）=0 D. ▽F（X*）=0,H（X*）负定 6.在有限元分析中，将构件分割成单元的方法称之为( C ) A.有限化 B.单元化 C.网格化 D.分割化 7.平面问题的弹性矩阵与材料的（ D） A.弹性模量有关，泊松比无关 B.弹性模量无关，泊松比有关 C.弹性模量和泊松比都无关 D.弹性模量和泊松比都有关 8.当零件材料的强度均值小于应力均值时，零件的平均安全系数为n，等效概率为F，则（A ） A.n<1，F>50% B. n>1，F>50% C. n<1，F<50% D. n>1，F<50% 9.串联系统的失效模式大多服从（ D ）
A.正态分布 B.对数正态分布 C.指数分布 D.威布分布 10.抽取100只灯泡进行实验，灯泡工作到50小时有12只损坏，工作到70小 时又有20只损坏，从50小时到70小时这段时间内灯泡的平均失效密度为（ C ） A. 0.006 B. 0.004 C. 0.01 D. 0.12 二、填空题 11.单元刚度矩阵具有对称性、 分块 性和奇异性。 12.机电产品零件失效曲线分为三个区域，分别为： 早期失效区域 、正常工 作区域和功能失效区域。 13.函数()223212221+-+=x x x x x F 在点（1，0）处的梯度为 [6,-2]T 。 14.组成并联系统的零件的可靠度与该并联系统的可靠度相比较， 并联系统 的可靠度高。 15.一批产品从投入运行到发生失效的平均时间称为 平均寿命 。 16.可靠度是对产品可靠性的 概率 度量。 17.设某系统由10个零件串连组成，每个零件的可靠度均为0.95，系统的可靠度为 0.599 。 18.根据处理约束条件的方式不同，求解约束优化问题的方法分为 直接法 和间接法。 19.根据是否满足约束条件可以将设计点分为：可行点和 不可行点 。 20.利用目标函数的一阶导数或二阶导数信息构成搜索方向的方法称为 导数法 。 三、名词解释 21、（定义）可靠度：指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率，用R 表示。 22、（定义）失效率：又称故障率，产品工作t 时刻时尚未失效（或故障）的产品，在该时刻
浙江省2003年7月自学考试现代设计方法试题 课程代码：02200 一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。每小题1分，共30分) 1.CAD 系统中，软件可大体分为三种，则BDMS 软件属于( )。 A.系统软件 B.支撑软件 C.应用软件 D.工程分析及应用软件 2.下面设备中属于CAD 系统输入设备的是( )。 A.滚筒式绘图仪 B.激光扫描显示器 C.数字化仪 D.等离子显示器 3.下列矩阵中，哪个矩阵能使变换后的图形和原图形关于直线y=x 对称( )。 A.??????????10 0001 010 B.????? ?? ???--100010001 C.??????????--10 001 010 D.???? ??????--10 1 010011 4.在AutoCAD14.0对微型计算机的软件环境的要求是( )操作系统。 A.UNIX B.Windows C.B 和D 皆可 D.DOS 5.图形输出设备(如显示器、绘图机)自身都有一个坐标系，它的度量单位是步长或 象素，此种坐标系称之为( )。 A.世界座标系 B.设备座标系 C.规格化坐标系 D.NDC 坐标系 6.编码裁减法(Cohen —Sutherland 法)中，某点在窗口左上方，则其代码应为( )。 A.1001 B.1010 C.0101 D.0110 7.生成三维几何模型，在CAD 中一般都使用( )形体进行拼合。 A.基本单元 B.表面几何 C.线框几何 D.基本图素 8.下列有关滚筒式绘图仪、平板式绘图仪、静电式绘图仪绘图精度的说法，正确的是( )。 A.滚筒式绘图仪的绘图精度最高 B.平板式绘图仪的绘图精度最高 C.静电式绘图仪的绘图精度最高 D.三者绘图精度差不多 9.图形变换矩阵??? ? ? ??? ??10 010 0b 1产生的变换是( )。 A.沿z 方向上错切 B.沿x 方向错切 C.沿y 方向上错切 D.沿x,y 两个方向上错切
一、绪论 1.设计活动的特征有哪些？ 时空性、物质性、需求性、创造性、过程性 2.试比较传统设计和现代设计的区别？ 传统设计师静态的、经验的、手工的方法，在设计过程中被动地分析产品的性能；而传统设计师动态的、科学的、计算机化的方法，在设计过程中可以做到主动地设计产品参数。 3.简述现代设计方法的主要内容和基本特点。 主要内容：设计理论是对产品设计原理和机理的科学总结。设计方法是使产品满足设计要求以及判断产品是否满足设计原则的依据。 现代设计方法主要内容：设计方法学、计算机设计、有限元法、优化设计、可靠性设计 基本特点：程式性、创造性、系统性、最优性、综合性、数字性 二、设计方法学 1.设计过程包括哪几个阶段？ 计划阶段、设计阶段、样机试制阶段、批量生产阶段、销售阶段 2.常用的创造性技法有哪些？ 智力激励法、提问追溯法、联想类推法、组合创新法、反向探求法及系统搜索法6类 3.运用功能分析法进行系统原理方案设计的主要步骤有哪些？ 三、相似理论及相似设计方法 1.相似三定理的内容和用途各是什么？ 相似定理是用来判断两个现象相似的充分必要条件及其所应遵循的法则 内容： 第一定律：对于彼此相似的现象，其相似指标为1，相似判据为一个不变量； 第二定律：某个现象的物理量总数为n，量纲独立的物理量总数为k，则该现象相似准则的个数为n-k，且描述该现象各个物理量之间的关系可表示为相似准则π1，π2，，，，，，πn-k之间的关系，即 π，π，，，，，，π 第三定律：凡同一完整的方程组所描述的同类现象，当单值条件相似，且由单值条件的物理量所组成的相似准则在数值上相等，则这些现象就相识。 用途： 第一定理：介绍相似现象的属性； 第二定理：确定相似准则的个数以及相似结果的推广，也称π； 第三定理：也称模型化法则，也是相似现象的充要条件。 2.相似准则的导出方法及基本依据是什么？ 导出方法：方程分析法、量纲分析法 基本依据：表示各物理量之间关系的方程式，其各项量纲必须是相同的 3.相似准则有哪些特点和性质？ 如果两个现象相似，则这两者的无量纲形式的方程组和单值条件应该相同，具有相同的无量纲形式解。 出现在这两者的无量纲形式的方程组及单值条件中的所有无量纲组合数对应相等。 4.白炽灯的功率为其主要技术参数。现在要求在10~100W之间按几何级数分级设计六种型号。试确定其 功率系列（将计算值按0.5圆整） 解： 四、有限单元法 1.试简述有限单元法的主要思路、具体步骤及其依据。 核心思想：将复杂结构分解成形状简单、便于方程描述的规则单元，列出方程组求解 基本思路： “分”：用有限个规则单元代替原来的各种各样的连续系统，并用近似方程对每个单元的行为加以描述。 “和”：根据一定的规则，把关于单元的方程组合起来构成方程组，并引入外载及约束条件进行求解。 三个步骤：结构的离散化、单元分析、整体分析 2.单元刚度矩阵的物理意义是什么，具有哪些主要特征？
现代设计方法模拟试卷 一、单项选择题（本大题共２0小题。每小题１分。共2０分) 1.ＣＡD 一词已经成为世界通用的名词,它是指（ ） A.计算机辅助工程 B ． 计算机辅助设计 C ．计算机辅助制造? D ．计算机辅助工艺规程设计 2．实验测试了自变量为3,4,５,6，７，８时的函数值，现要用抛物线插值法计算５.８处的函数值,选择下列哪组自变量及其对应的函数值进行插值计算较为合理( ） Ａ．3，4，5 Ｂ．４，5,6 C ．5，６,7?Ｄ．6,7,８ 3．设备坐标系的维数一般为（ ） Ａ．一维 B ．二维 C 三维 Ｄ.四维 4.将平面图形沿Ｘ方向平移１０个单位,沿Y 方向平移１5个单位,其坐标变换矩阵为( ） A.??????????11510010001 B.??????? ???--11510010001 Ｃ.???? ? ?????101001500010D ．???? ??????10 10015000 1 5．在三维几何实体的实现模式中，有一种方法其基本思想是：几何实体都是由若干边界外表 面包容而成的,通过定义和全面存储这些边界外表面信息就可以建立实体几何模型,该方法是（ ) A ．ＣSG 法 ? B ．B-rep 法 ?Ｃ.光线投影法? D.扫描表示法 6．若函数Ｆ(x)在Dl 上具有连续二阶导数（Ｄ是Dl 内部的凸集),则F(ｘ)为D 上的凸函数的充分必要条件是F （x)的H ｅss ｉａn 矩阵( ) Ａ.半正定?B ．正定?C.半负定 D ．负定 7．编码裁剪法(C ｏｈe ｎ-Sutherland 法)中，某点在窗口右方,则其代码应为( ） A.００01 B ．0010 C.0１０0 D.100０ ８．在单峰搜索区间[x 1,x 3］(ｘ１ 现代机械设计方法研究创新 引言 当今，是现代化社会发展关键期。现代工业技术革新、应用对机械设计带来前所未有的发展机遇和挑战。现代机械设计是涉及机械原理、机械形式、力与运动、材料结构等内容的一门综合性、复杂程度高的学科，是理论知识联系实践应用最佳的表现载体。为适应现代化、智能化、信息化的社会发展，更好地服务于人类生活生产活动，对现代机械设计进行创新与研究就显得意义重大。本文简要阐述现代机械设计概述、现代机械设计创新要求与原则、创新方法等内容，以此提升现代机械设计应用优势和所设计的产品质量，满足现代化社会发展需要。 1现代机械设计概述 机械设计根据预想产品使用要求和功能对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等结合机械设计学、哲学、信息科学、人工结构学、哲学、美学等各类学科和原理进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。现代机械设计有别于传统机械设计主要体现在：一是技术的运用不同；二是设计产品性能、功能和结构不同；三是设计效率和设计重复性不同；四是对材料使用要求不同；五是设计理念与创新意识不同。现代机械设计基本步骤组成为：首先研究分析预设计机械产品的功能、工作原理；再次对预设计机械产品结构进行分析、组合；其次完成对预设计机械产品的力学传动、尺寸、精度等参数优选；最后进行组合分析和选取最佳的机械设计方案。 2现代机械设计创新要求与原则 现代机械设计要突破传统机械设计模式和思维，需要设计人员有创新意识，敢于标新立异将理论知识和科学技术运用在机械设计实践中，所设计的机械设备种类品种多，结构复杂，可实现多种功能满足现代社会生活生产需求。（1）现代机械设计创新要求。现代机械设计创新要求是通过创新机械设计理念，突出体现机械设计产品性能和产品技术特点，提高现代机械设计产品的实用性、功能性、可靠性及经济性。也可通过改良现有机械产品设计理念来实现。一是现代机械设计创新需要个性化，敢于破除旧的设计理念，寻求更合理的设计思路、设计方案或机械组合；二是现代机械设计创新要有较强的实用性和标准量化，这需要贴合市场需求，机械设计产品应易批量生产、功能配置合理、人机交互操作性强；三是现代机械设计创新要有可靠性及经济性，机械设计产品的安全可靠、市场价值决定了产品设计价值；四是现代机械设计创新需要有创新思维，要求设计人员具有哲学、美学、人体结构学等基础学科知识修养和逆向思维、跳跃思维等，可从不同学科、不同角度寻求最优化的设计方案。（2）现代机械设计创新原则。现代机械设计创新原则包括：机械产品功能多样性、最大经济效益。即抛弃原有单一机械产品功能单一化，制造成本高昂等劣势，使现代机械产品功能多样，增加市场需求，同时功能健全、安全性高的机械产品市场逐渐成型，应注意机械设计制造成本控制，实现产品生产销售的经济利润最大化。 3现代机械设计创新方法 当前，随着科学技术和社会经济的快速发展，机械设计追求产品质量和设计精度要求，将高科技和各类学科融合深度交互知识、先进的设计理念运用在机械设计中，使得现代机械设计更加简单、高效。例如：计算机辅助设计（CAD）、优化设计、变形设计（VD）、 机械现代设计方法及展望 摘要：机械设计是机械工程的重要组成部分，本文综述了目前常用的几种现代机械设计方法，并展望了未来的机械设计方法的发展趋势。 关键词：机械设计方法展望 1、引言 机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将这些转化为具体地描述以人为制造依据的工作过程。机械设计作为工程设计的重要组成部分，不仅代表着将科学发现转化为经济实践的成果，也表征着一个国家和地区的制造业发展水平。 近十几年里，工业产品的设计理论和制造方法发生了极大的变化。首先，由于计算机辅助设计(CAD)、辅助工程(CAE)和辅助制造(CAM)等方法的普遍推广，改变了传统的设计模式，提高了设计质量和工作效率，使设计加工周期大大缩短；其次，机器人及自动化生产线的广泛使用，把操作者从繁重的体力劳动和危险作业环境中解放出来，提高了劳动生产效率。 2、机械设计的常用现代设计方法 2.1专业的现代设计方法 由机械设计和计算机专业人员共同开发的计算机软件，能够反映和描述机械产品在实际工况下的各种损伤、失效和破坏的机理，可以定量分析和计算机械零件和机械的动态行为，并形成固定的设计程序，这就是专业的现代设计方法，如：振动分析和设计，摩擦学设计，热力学传热设计，强度、刚度设计，温度场分析等等。这些软件都是在传统的设计方法基础上，应用计算机技术开发出来的。例如：用Pro/M软件分析机械装置的动态特性，用ANSYS软件分析应力都是这方面很好的例子，为准确判断装置的可靠性和选择设计参数奠定了基础。 2.2 通用的现代设计方法 为了满足机械产品性能的高要求，在机械设计中大量采用计算机技术进行辅助设计和系统分析，这就是通用的现代设计方法。常见的方法包括优化、有限元、可靠性、仿真、专家系统、CAD等。这些方法并不只是针对机械产品去研究，还有其自身的科学理论和方法。 2.2.1 优化设计 机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用，其基本思想是根 考试科目:《现代设计方法》（总分100分） 时间：90分钟 __________学习中心（教学点）批次：层次： 专业：学号：身份证号： 姓名：得分： 一、单项选择题（每小题1.5分，共27分） 1.对于平面桁架中的杆单元，每个节点在整体坐标系中的位移分量个数为（）A．1 B．2 C．3 D．4 2.机电产品的平均失效率 (t)，它表征了该产品工作到t时刻后（） A．单位时刻内发生失效的概率 B．单位时刻内发生失效的产品数 C．的累积失效数与受试产品总数之比 D．的累积失效数与仍正常工作的产品数之比 3.应用四节点等参数单元时，由整体坐标系到自然坐标系单元的映射关系是（）A．任意四边形→任意四边形 B．正方形→任意四边形 C．任意四边形→正方形 D．正方形→正方形 4.图示弹簧系统的总体刚度矩阵为（） 5.现抽出60个产品进行可靠性试验，记录的数据如下表： 时间t (小时) 50 100 150 200 250 失效数?N f（个） 3 2 4 3 1 累积失效数N f（个） 3 5 9 12 13 仍正常工作数N S（个）57 55 51 48 47 则该产品的存活频率(200)为（） A．0.00125 B．0.8 C．0.001 D．0.2 6.轴对称问题中，值等于零的应变是（） A．γrθB．γrz C．εθD．εr 7.在任何一个单元内（） A．只有节点符合位移模式 B．只有边界点符合位移模式 C．只有边界点和节点符合位移模式 D．单元内任意点均符合位移模式 8.表示机电设备的一般失效曲线(浴盆曲线)中，偶然失效期的失效密度f(t)服从（）A．威布尔分布B．指数分布C．正态分布D．泊松分布 9.若强度r的概率密度函数为fr(r)=λr e r r -λ,则知其分布为（） 现代机械设计的创新方法研究 在机械设计现代化进程中，设计者需要科学分析现代化设计要求，根据机械生产企业与市场的需求，创新设计形式，优化设计方案，同时，还要在设计方案中指导机械加工人员更好地开展相关工作，以此提升机械设计质量与可靠性。本文对现代机械设计的创新方法进行了探讨。 标签：现代机械设计；创新；方法 随着科技的进步和发展，在创设设计理念的同时，设计师也应该将智能化的因素引入到设计中来。通过建立模型的方法，来描述机械产品的各种工况行为进行了解，对设计产品的性能、设计进行合理性和最优性的考虑，力争让用户获得更为优越的使用体验。 1、现代机械设计特点分析 机械创新设计（Mechaical Creative Design ，MCD）是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果，进行创新构思，设计出具有新颖、创造性及实用性的机构或机械产品（装置）的一种实践活动。在传统形式的机械设计中，大多数情况下是由设计人员，结合自身设计经验开展设计工作，其机械设计思想当中往往会出现很多主观判断，这种情况下，设计人员必须要拥有较强的机械设计与管理水平。在工业技术得到快速发展的背景下，机械已经广泛应用到社会各行业中，有着较为开放性的表现形式。传统机械设计期间，为了在一定程度上降低设计失误率，不断提升工作效率，相关工作人员大力探索新颖化的设计技术，尽量多的结合总目标进行设计，在不同阶段，采取不同设计方案，在真正完成上一环节之后才可以开始下一环节，这样就会降低工作效率。在新型机械设计中，工作人员将设计数据以及方案内容有效导入计算机，然后做出立体化图形，并在数据内容基础上做出适当修改，最终确定设计方案，增强设计内容的科学性，促进工作效率的不断提升。 2、机械设备设计研发流程 机械设备的设计研发阶段决定一个机械设备的全寿命周期中最重要的形成环节，主要工作是根据客户提出的实际需要和应用，设计研发出来的能有效的实现一种或多种满足客户需求功能的机械装备，而在此过程如何创新和设计是需要重点优先考虑的事情。 第一步，跟一般的设计研发步骤相似，由需求应用单位的人员提出设计研发申请，创新性的分析和研究实现客户需求的方法，考虑到性价比和发展性；第二步，等到设计研发申请经过设计负责部门商议研究得到批准以后，设计人员必须将申请中的需求细化分解任务，细化到设计研发任务的具体内容和要求；第三步，相关的各方接到任务的部门根据任务书要求，挑选人员，成立专项部门进行创新性研发。 机械结构优化设计 ——周江琛2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数 优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立 目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算 课程名称： 现代设计方法 一、 单选题 ( 每题1分，共10题，共10分，下列各小题备选答案中，只有一个符合题意的答案。多选、错选、不选均不得分 ) 1. 参数化绘图在定义图形时关键是利用了图形的（ ） A ．相似性 B ．多样性 C ．个别性 D ．特殊性 2. 下列设备不属于CAD 作业输入设备的，有（ ） A ．绘图仪 B ．键盘 C ．数字化仪 D ．光笔 3. 二维图形比例变换矩阵中?? ????=d a T 00，可有（ ） A.a=0,d=1 B. a=1,d=0 C. a=d=1 D. a=d=0 4. 内点罚函数法的特点是（ ） A.能处理等式约束问题 B.初始点必须在可行域内 C. 初始点可以在可行域外 D.后面产生的迭代点序列可以在可行域外 5. 对于极小化F(x)，而受限于约束g μ(x)≤0(μ= 0,1,2,…,m)的优化问题，其内点罚函数表达式为（ ） A.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1)()()(/1)(),(μμ B.∑=+=Φm k k X g r X F r X 1)()()(/1)(),(μμ C.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1)()()](,0m ax[)(),(μμ D.∑=-=Φm k k X g r X F r X 1)()()](,0m in[)(),(μμ 6. 设F (X )为区间(0,3)上的单峰函数，且F (1)=2、F (2)=1.5，则可将搜索区间(0,3)缩小为（ ） A ．(0,2) B ．(1,2) C ．(2,3) D ．(1,3) 7. 标准正态分布是定义为（ ） A.μ＝1，σ＝0.5的正态分布 B.μ＝1，σ＝1的正态分布 C.μ＝0，σ＝1的正态分布 D.μ＝0.5，σ＝1的正态分布 8. 抽取100只灯泡进行实验，灯泡工作到50小时有12只损坏，工作到70小时有20只损坏，从50小时到70小时这段时间内灯泡的平均失效密度是（ ） A.0.006 B.0.004 C.0.01 D.0.12 9. 当转换开关的可靠度为1时，非工作冗余系统的可靠度为R1, 工作冗余系统的可靠度为R2，则R1与R2之间的关系为（ ） A. R1＜R2 B. R1＞R 2 C. R1= R2 D. R1≤R2 10. 设试验数为N 0，累积失效数为N f (t)，仍正常工作数N s (t)，则存活频率是指（ ） A ．0) (N t N f B ．0)(N t N s C ．)()(t N t N f s D ．) ()(t N t N s f 一、绪论 1.设计活动的特征有哪些 时空性、物质性、需求性、创造性、 过程性 2.试比较传统设计和现代设计的区别 传统设计师静态的、经验的、手工的 方法，在设计过程中被动地分析产品 的性能；而传统设计师动态的、科学 的、计算机化的方法，在设计过程中 可以做到主动地设计产品参数。 3.简述现代设计方法的主要内容和基本 特点。 主要内容：设计理论是对产品设计原 理和机理的科学总结。设计方法是使 产品满足设计要求以及判断产品是否 满足设计原则的依据。 现代设计方法主要内容：设计方法学、计算机设计、有限元法、优化设计、 可靠性设计 基本特点：程式性、创造性、系统性、最优性、综合性、数字性 二、设计方法学 1.设计过程包括哪几个阶段 计划阶段、设计阶段、样机试制阶段、批量生产阶段、销售阶段 2.常用的创造性技法有哪些 智力激励法、提问追溯法、联想类推 法、组合创新法、反向探求法及系统 搜索法6类 3.运用功能分析法进行系统原理方案设 计的主要步骤有哪些 三、相似理论及相似设计方法 1.相似三定理的内容和用途各是什么 相似定理是用来判断两个现象相似的 充分必要条件及其所应遵循的法则 内容： 第一定律：对于彼此相似的现象，其相似指标为1，相似判据为一个不变量； 第二定律：某个现象的物理量总数为n，量纲独立的物理量总数为k，则该现象相似准则的个数为n-k，且描述该现象各个物理量之间的关系可表示为相似准则π1，π2，，，，，，πn-k之间的关系，即 第三定律：凡同一完整的方程组所描述的同类现象，当单值条件相似，且由单值条件的物理量所组成的相似准则在数值上相等，则这些现象就相识。用途： 第一定理：介绍相似现象的属性； 第二定理：确定相似准则的个数以及相似结果的推广，也称π； 第三定理：也称模型化法则，也是相似现象的充要条件。 2.相似准则的导出方法及基本依据是什现代机械设计方法研究创新
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