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简介TRIZ法是由前苏联人GenrichAltschuller创建的。
从小就有发明思想，14岁时申请过专利。
第二次大战期间在专利机构工作，从1946年起因一项成功的专利被安排在海军专利局工作。
他分析数以万计的专利，1956年开始提出专利按技术水平可分为5级，1969年提出专利中解决的问题只涉及到39个通用工程参数之间的矛盾，可应用40条发明创新原理中的若干项来解决，等等。
TRIZ法迅速在全球传播，在欧洲建有TRIZ协会，即Europaeische TRIZ Association,简称ETRIZ。
德国的斯图加特工业大学，卡塞尔工业大学和伊尔玛瑙工业大学都已开设TRIZ法的课程。
自动化公司Rockwell在一位TRIZ法咨询师的帮助下成功地把一个刹车系统的零件由12件减为4件，同时造价下降50%。
Ford公司从1995年起举办TRIZ 法培训，已培养掌握TRIZ法的工程师800人。
Ford发动机公司为一种传动轴承探索问题的解决办法，在有载负时，该轴承经常会偏离正常工作位置。
应用TRIZ 法后产生了28个新的设计方案，其中一种设计很有意思的显示，这种轴承具有很小的热膨胀系数，在较高载荷而产生高温时其优点很明显，载荷越大，轴承的位置越稳定，从而解决了这个难题。
一．系统初步分析1.系统选择及问题阐述随着科技的迅猛发展，体积巨大的货物进行远距离的运输成了大问题，如果无法解决这个问题，会阻碍经济的发展，影响科技的进步。
如今在运输货物时，如果运输数量很大或体积巨大的东西而且运输距离很远，目前只能利用大型的货轮进行输送，但是轮船的运输速度很慢，需要很长时间才能到达，如果是急需品就会耽误很多重要的事；并且当货物运输到港口以后，还要转到汽车上，这个过程又会浪费大量的时间。
2.系统组成及原理分析执行机构：动力系统（发动机、螺旋桨、传动装置、推进器等）作用对象：船体、水有益功能：对货物或人进行运输其他功能：进行水上工作3.绘制相应功能图1）通过分析得出系统的黑箱图，确定出系统的主要有益功能以及其他功能；2)通过分析过程，得出系统的结构模型图，组件模型图以及功能模型图；结构模型图组件模型图子系统子子系统功能模型图3）通过分析子系统以及超系统得出所选系统的九屏幕图4.设计准则及可持续发展水上运输，从古至今都是不可缺少的运输方式，在一定程度上解决了陆路运输困难的问题。
现代设计方法作业第五章相似设计与模块化设计一、就某机电、家具、家电产品，谈谈如何进行模块化设计？答：模块化设计是近年来发达国家普遍采用的一种先进设计方法，它的核心思想是将系统按功能分解为若干模块，通过模块的不同组合，可以得到不同品种、不同规格的产品。
而数控机床结构的特点也决定了模块化设计方法对于数控机床设计的适用性：1)同一类型的数控机床均可划分为基本相同的若干部分；2)同一类型的数控机床通过一个或若干个基本参数的变化形成不同规格的；3)同一类的数控机床尽管有着各种不同的结构布局和用途范围，但其基本控制、运动功能和工作原理是相同的；4)数控机床中有不少独立的功能单元，如导轨副、丝杠副、冷却系统、润滑系统、液压系统、气动系统、电气控制系统等。
这一特点使其适应于模块化设计方法；5)数控机床的加工要求向高速、高精度方向发展，要求机床结构具有高刚度、高可靠性，机床基础大件 (床身、工作台、主轴箱、滑鞍、立柱等 ) 的结构动、静态特性和传动系统的高刚性成为设计的主要矛盾；6)数控机床采用计算机控制技术，使机床的机械传动机构大为简化；7)市场竞争和市场需求的多变，要求数控机床产品规格和功能多样化、性能好、成本低、制造周期短；8) 随着技术的进步和市场的发展，许多数控机床功能部件已实现专业化生产和商品化。
对于数控机床而言，模块化设计是指将机床上同一功能的单元，设计成具有不同用途或性能的、可以互换选用的模块，用以更好地满足用户需要的一种设计方法。
数控机床的整体结构可以分解为单个部件的有机组合。
通过功能分析，使得功能相同或相似，联接接口相同，而性能、用途不同的各种功能单元，经过选择、优化、简化和统一，形成各种具有独立功能的单元模块。
通过对机床单元模块选择、使模块间有机地匹配与连接，进而组合成各种通用机床、变型机床和专用机床。
模块化设计的一般过程：模块化设计分为两个不同层次，第一个层次为系列模块化产品研制过程，需要根据市场调研结果对整个系列进行模块化设计，本质上是系列产品研制过程，如图2.1所示。
《现代设计方法》（总分100分）一单选题 (共18题，总分值18分，下列选项中有且仅有一个选项符合题目要求，请在答题卡上正确填涂。
)1.在约束优化方法中，容易处理含等式约束条件的优化设计方法是（ D ）。
（1 分）A. 可行方向法B. 复合形法C. 内点罚函数法D. 外点罚函数法2. 平面三角形单元内任意点的位移可表示为三个节点位移的（ D ）。
（1 分）A. 算术平均值B. 代数和车员C. 矢量和D. 线性组合3. Powell修正算法是一种（ A ）。
（1 分）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4. 在一平面桁架中，节点3处铅直方向位移为已知，若用置大数法引入支承条件，则应将总体刚度矩阵中的（ B ）。
（1 分）A. 第3行和第3列上的所有元素换为大数AB. 第6行第6列上的对角线元素乘以大数AC. 第3行和第3列上的所有元素换为零D. 第6行和第6列上的所有元素换为零5. 平面应力问题中(Z轴与该平面垂直)，所有非零应力分量均位于（ A ）。
A. XY平面内B. XZ平面内C. YZ平面内D. XYZ空间内6. 对于二次函数F(X)= X T AX+b T X+c,若X*为其驻点，则▽F(X*)为（ A ）。
（1 分）A. 零B. 无穷大C. 正值D. 负值7. 约束极值点的库恩——塔克条件为：，当约束函数是g i(X)≤0和λi>0时，则q应为（ D ）。
（1 分）A. 等式约束数目B. 不等式约束数目C. 起作用的等式约束数目D. 起作用的不等式约束数目8. 已知F(X)=(x1-2)2+x22,则在点处的梯度为（ D ）。
（1 分）A.B.C.D.9. 内点罚函数，在其无约束极值点逼近原目标函数的约束最优点时，惩罚项中（ A ）。
（1 分）A. r(k)趋向零，不趋向零B. r(k)趋向零，趋向零C. r(k)不趋向零，趋向零D. ④r(k)不趋向零，不趋向零10. 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。
《现代设计方法》课程习题集 西南科技大学成人、网络教育学院 版权所有习题【说明】：本课程《现代设计方法》（编号为09021）共有单选题,计算题,简答题, 填空题等多种试题类型，其中，本习题集中有[ 填空题,单选题]等试题类型未进入。
一、计算题1. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。
342)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε。
2. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）32)(m in 2+=x x f ，给定[][],1,2a b =-，取1.0=ε3. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）432+=x )x (f min ，给定[][]40,b ,a =，取10.=ε。
4. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。
12)(m in 3+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取5.0=ε5. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。
107)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε6. 用梯度法求解无约束优化问题：168)(m in 22221+-+=x x x X f ，取初始点[]TX 1,1)0(= ，计算精度1.0=ε。
7. 用梯度法求解96)(m in 12221+-+=x x x X f ，[]TX 1,1)0(= ，1.0=ε。
8. 用梯度法求解44)(m in 22221+-+=x x x X f ，[]TX 1,1)0(=，1.0=ε 。
9. 用梯度法求解无约束优化问题：1364)(m in 222121+-+-=x x x x X f ，取初始点[]TX 1,1)0(=，计算精度1.0=ε。
10. 用梯度法求解1212221422)(m in x x x x x X f --+=,[]TX 1,1)0(=，1.0=ε 。
（请迭代两次）11. 有三个可靠度均为0.9的子系统组成的并联系统，试比较纯并联及2/3[G]表决系统的可靠度。
西南科技大学成教学院德阳教学点 《现代设计方法》练习题及参考答案班级： 姓名： 学号： 成绩：一、单项选择题(本大题共20小题。
每小题2分。
共40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 ．计算机辅助制造C 计算机辅助设计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5.3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 ．⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡11510010001B ．⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--11510010001C ．⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡101001500010D ．⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡101001500015．在消阴处理中，进行极大／极小检验，如果两个物体的投影不满足极大／极小条件，则两个物体之间（ ）A ．相互完全遮挡B ．部分相互遮挡C ．相互不遮挡D ．遮挡关系不确定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Hessian 矩阵（ ） A ．半正定B ．正定C ．半负定D ．负定7．对约束优化问题，设计变量的选择（ ） A ．可以在可行域中 B ．不允许在可行域中 C ．只允许在可行域中 D ．不一定在可行域中 8．要将一个有约束问题的求解转化为一系列无约束问题的求解，可以选择（ ） A ．复合形法B ．简约梯度法C ．罚函数法D ．共轭梯度法 9．在解决线性规划问题时，首选的优化方法为（ ） A ．外点罚函数法 B ．单纯形法 C ．拟牛顿法D ．变尺度法10．当目标函势沩凸函数，约『束函彭嘣黜函数时，K —T 条件是约束优化问题取得极值的（ ） A ．必要条件B ．充分条件C ．一般条件D ．充分必要条件 11．有限元分析中，下列单元属于二维单元的是（ ） A ．六面体单元 B ．四面体单元 C ．杆单元 D ．三角形单元 12．用有限元方法求解问题获得的解属于（ ）A ．近似解B ．精确解C ．解析解D ．半解析解13．采用杆单元进行平面刚架有限元分析，杆单元的一端具有（）A．两个自由度B．三个自由度C．四个自由度D．六个自由度14．某刚架单元两节点对应的总体编码为5和3，则局部座标系下的单元刚度系数k在总体刚度矩阵中的位置为（）A．第5行第3列B．第14行第3列C．第5行第14列D．第14行第14列1 5．在平面应变问题中，沿轴线方向（）A．应变、应力都为零B．应力为零，但应变不为零C．应变为零，但应力不为零D．应变、应力都不为零16．若产品的平均寿命等于失效率的倒数则产品的寿命服从（）A．正态分布B．泊松分布C．指数分布D．二项分布17．在平均安全系数不变的情况下，由于强度(或应力)的分散度增大会使零件的可靠度（）A．降低B．提高C．不变D．无法确定18．当系统中任何—个零件发生故障都会导致整个系统失效，该系统是（）A．串联系统B．冗余系统C．表决系统D．非工作冗余系统19．并联系统的可靠度比组成该系统的零件的可靠度（）A．底B．高C．相等D．不确定20．产品工作到t时刻后的单位时间内发生失效的概率称为（）A．平均寿命B．平均失效密度C．平均可靠度D．平均失效率二、多项选择题(本大题共5小题。
现代设计方法总学分：2总学时：30课程英文名称：Modern Design Methods先修课程：机械设计基础、机械原理、高等数学、计算机基础、运筹学适用专业：机械设计制造与其自动化、机械电子工程一、课程性质、地位和任务现代设计方法是机械设计制造与其自动化、农业机械化与其自动化、机械电子工程专业的专业选修课.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多元交叉学科,是以设计产品为目标,以提高设计质量和缩短设计周期为目的而发展起来的一系列新兴学科的集成.主要任务是系统学习现代设计方法的特点、技术体系、现代设计的基本理念和思路,以与一些应用广泛、实用性强的设计方法的理论与其应用.二、教学目标要求1.理解现代设计方法的基本概念与其特点,能以计算机为手段应用几种典型的现代设计方法解决产品设计中的主要问题；2.掌握优化设计、可靠性设计和有限元法的基本理论和方法,建立产品设计的理念,并能正确地运用于机电产品设计.三、理论教学内容与安排第1章绪论〔2学时〕教学目标：理解设计与设计系统的基本概念与内涵,部分现代设计方法的基本概念与内容；掌握现代设计方法的概念与主要内容,以与传统设计方法与现代设计的方法的区别与其特点.重点、难点：重点是现代设计方法的基本概念与内容；难点是传统设计方法与现代设计的方法的区别与其特点.1.1 设计的概念1.2 设计系统1.3 传统设计与现代设计1.4 部分现代设计方法简介1.5 学习现代设计方法的意义第2章优化设计〔16学时〕教学目标：理解优化设计的基本概念与其分类,以与多目标和离散变量的优化方法；掌握优化设计的几何意义和终止准则、一维搜索方法、无约束优化方法和约束优化方法.重点、难点：重点是优化设计的几何意义和终止准则、一维搜索方法、无约束优化方法和约束优化方法.难点是可行方向法和变尺度法.2.1 优化设计的基本概念与数学模型<1学时>优化设计的概念优化设计的数学模型优化设计的分类2.2 优化设计的几何意义与终止准则<1学时>优化设计的几何意义数值迭代法与准直准则2.3 一维搜索法<4学时>概述常用的一维搜索法2.3.3 黄金分割法2.3.4 二次插值法2.4 无约束优化问题<4学时>2.4.1 梯度法2.4.2 牛顿法2.4.3 共轭方向法2.4.4 变尺度法2.5 约束优化问题<4学时>2.5.1 可行方向法2.5.2 惩罚函数法2.6 多目标优化与离散变量优化问题<2学时>2.6.1 概述2.6.2 多目标优化问题2.6.3 离散变量优化问题2.6.4 优化结果分析第3章可靠性设计〔8学时〕教学目标：理解可靠性设计的必要性和基本内容、常用指标和设计原理；掌握可靠性设计的基本概念、常用分布函数的性质与其特点、可靠度的计算方法和系统可靠性的预测方法.重点、难点：重点是可靠性设计的基本概念、常用指标和分布函数、可靠度的计算方法和系统可靠性的预测方法；难点是可靠性设计的原理与系统可靠性预测方法.3.1可靠性设计的概念与特点<1学时>3.1.1 可靠性的概念与特点3.1.3 可靠性设计的必要性3.1.4 可靠性的基本内容3.2 可靠性设计的常用指标<1学时>3.2.1 概率指标3.2.2 寿命指标3.3 可靠性设计常用的分布函数<1学时>3.3.1 离散型分布函数3.3.2 连续性分布函数3.4 可靠性设计原理<1学时>3.4.1几个概念的扩展3.4.2 应力—强度分布的平面干涉模型3.5 可靠度计算<2学时>3.5.1可靠度的确定方法3.5.2可靠度计算3.6系统的可靠性设计<2学时>3.6.1 概述3.6.2 系统可靠性预测3.6.3 故障树分析法在系统设计中的应用第4章有限元法<6学时>教学目标：理解有限元的特点、基本作用与分类；掌握有限元法的基本概念和有限元法的求解步骤.重点、难点：重点是有限元法的基本概念以与有限元法的求解步骤；难点是单元刚度矩阵和总体刚度矩阵的求解.4.1 概述<2学时>4.1.1 有限元法的基本概念4.1.2 有限元法的特点与基本作用4.1.3 有限元法的分类4.2 有限元的求解方法与步骤<4学时>4.2.1 有限元法求解的基本步骤4.2.2 有限元法分析过程4.2.3 有限元法求解示例分析四、教学方式与考核方式课程考核方式：平时作业、课程论文、考试课程成绩评定：平时作业与考勤<20%>、课程论文<20%>、结业考试<60%>五、主要参考文献[1]王凤岐.现代设计方法与其应用.##：##大学,2008[2]陈继平,李元科.现代设计方法.##：华中科技大学,1996[3]孙新民.现代设计方法实用教程.：大学,2009[4]应锦春.现代设计方法.机械工业,2002[5]李思益,任工昌,X甲红等.现代设计方法.##：##电子科技大学,2008。
第1章1.何谓产品生命周期,简述其各个阶段.产品生命周期（Product Life Cycle），简称PLC，是指产品的市场寿命,即一种新产品从开始进入市场到被市场淘汰的整个过程。
PLC分为介绍期（Introduc- tion）、增长期（Growth)、成熟期（Mature）、衰退期（Decline）四个阶段.2.简述现代设计所指的理论与方法有哪些.3.简述产品开发的一般流程.产品基本开发流程的6个阶段:阶段0，计划:规划经常被作为“零阶段”是因为它先于项目的达成和实际产品开发过程的启动。
阶段1，概念开发：概念开发阶段的主要任务是识别目标市场的需要，产生并评估可替代的产品概念，为进一步开发选择一个概念.阶段2，系统水平设计:系统水平设计阶段包括产品结构的定义、产品子系统和部件的划分阶段3,细节设计：细节设计阶段包括产品的所有非标准部件及从供应商处购买的标准部件的尺寸、材料和公差的完整明细表,建立流程计划并为每一个即将在生产系统中制造的部件设计工具.阶段4，测试和改进：测试和改进阶段包括产品的多个生产前版本的构建和评估。
阶段5,产品推出：在产品推出阶段，使用规划生产系统制造第2章1.简述功能分析法的设计步骤。
总功能分析、功能分析、功能元求解、求系统原理、解求最佳系统原理方案。
2.什么是技术系统？举例说明技术系统应具有的分功能单元.技术系统所具有的功能,是完成技术过程的根本特性.从功能的角度分析，技术系统应具有下列能完成不同分功能的单元：①作业单元,完成转换工作；②动力单元，完成能量的转换、传递与分配；图3-1 技术推动的创新过程③控制单元，接受、处理和输出控制信息；④检测单元，检测技术系统各种功能的完成情况,反馈给控制单元;⑤结构单元,实现系统各部分的连接与支承切削加工中心的功能构成第3章1.产品创新的概念是什么?产品创新在哪些诱导机制下完成的，举例说明.产品创新：新产品在经济领域里的成功运用，包括对现有生产要素进行组合而形成新的产品的活动。
《现代设计方法》课程设计任务书《现代设计方法》课程训练任务书学院机械工程学院专业机械设计制造及自动化学生姓名班级、学号训练报告题目有限元和优化设计技术参数、内容及要求：一、有限元课程训练1.学习CAE软件ANSYS,主要上机练习有（1）连杆的静力学分析（2）桁架的有限元分析（3）梁与曲轴结构的内力计算（4）压力容器的静力学分析（5）机翼模型的模态分析（6）压杆稳定临界载荷计算（7）过盈配合与拔销耦合分析2.由学生通过调研，在工厂、企业或科研单位进行工程实践的基础上，结合实际需要自己拟定的题目。
二、优化课程上机调试优化计算程序，并结合工程实际自找算例进行计算。
主要上机练习有：（1）二次插值法（2）Powell 法（3）惩罚函数进度安排：一、有限元上机（20学时）第1次上机（4学时）：学习ANSYS软件，作练习1、2；第2次上机（4学时）：学习ANSYS软件，作练习3、4；第3次上机（4学时）：学习ANSYS软件，作练习5、6；第4次上机（4学时）：学习ANSYS软件，作练习7；第5次上机（4学时）：自拟题目上机。
二、优化设计上机（12学时）优化计算程序的调试及计算算例注：利用业余时间撰写课程设计说明书。
指导教师（签字）：2011 年3 月11日教研室主任（签字）2011 年3月11 日绪论设计是人类一种复杂的思维过程，是创造性的劳动，是人类改造自然的基本活动之一。
人类在认识世界和改造世界的历史长河中，一直在从事着设计活动。
从某种意义上说，是人类不断进行的创新活动，推动了人类文明的进步。
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，它所涉及的学科范伟非常广泛。
主要有设计方法学、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计、动态设计、有限元法、工业产品造型设计、人机工程学、并行工程、价值工程、反求工程设计、模块化设计、相似性设计、虚拟设计、疲劳设计、三次设计等。
现代机械设计理论与方法（大作业）1、采用系统化设计流程及所学现代设计方法详细阐述某公司需要投资研发一款新型产品的整个设计流程和采用方法。
（1）请具体阐述采用哪些设计方法，如何去完成新产品的规划设计过程？（2）请具体阐述采用哪些设计方法，如何去完成新产品的方案设计过程？（3）请具体阐述采用哪些设计方法，如何去完成新产品的技术设计过程？（4）请具体阐述采用哪些设计方法，如何去完成新产品的施工设计过程？答：（1）产品规划设计包括三个主要阶段：第一个阶段是市场细分及选择阶段。
在这个阶段，主要通过市场调研与分析，研究如何细分市场，以及企业如何选择细分市场，最后确定企业对细分市场的战略选择。
第二个阶段是定义新产品概念。
在这个阶段中要对某个细分市场，收集其需求的主要内容，包括客户需求、竞争需求及企业内部需求，并确定企业在该细分市场的产品定位，然后寻找和定义新产品概念。
第三个阶段是确定产品规划阶段。
在这一阶段中需要从技术层面分析新产品属于哪个产品族及其开发路径，并根据公司的战略确定新产品开发的优先顺序和组合策略，然后依据企业资源状况，制定新产品开发的时间计划。
产品规划设计的步骤为：信息集约→产品设计任务→预测调研→可行性分析→明确任务要求→可行性报告、设计要求项目表。
进行产品规划设计的主要方法有：设计方法和预测技术。
支持产品规划设计的主要理论有：设计方法学、技术预测理论、市场学、信息学等。
（2）新产品的方案设计过程大致可以分为方案设计和方案评审两个阶段。
方案设计阶段的步骤为：总共能分析→功能分解→功能元求解→功能载体组合→获得功能原理方案（多个原理方案）→原理试验→评价决策→最优原理方案→原理参数表、方案原理图。
进行产品的方案设计的方法主要有：系统化设计方法、创造技法、评价决策法、形态学矩阵法。
主要的理论指导包括：系统工程学、形态学、创造学、思维心理学、决策论、模糊数学等。
（3）对产品进行技术设计时，首先要对结构进行总体设计，包括了对产品的结构设计和造型设计。
目录一．前言 (1)二．有限元设计 (5)2.1力学模型 (5)2.2有限元模型 (5)2.3计算结果分析 (7)2.4材料力学分析 (10)2.5 结果比较 (11)2.6结论 (11)三．优化设计 (12)3.1黄金分割法的基本原理 (12)3.2进退法及黄金分割法的流程图 (13)3.3问题说明与结果分析 (15)四．总结 (17)五．参考文献 (18)附录 (19)一．前言有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）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。
近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器，国防军工，船舶，铁道，石化，能源，科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面：增加产品和工程的可靠性；在产品的设计阶段发现潜在的问题经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本缩短产品投向市场的时间模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费ANSYS软件致力于耦合场的分析计算，能够进行结构、流体、热、电磁四种场的计算，已博得了世界上数千家用户的钟爱。
ADINA非线性有限元分析软件由著名的有限元专家、麻省理工学院的 K.J.Bathe教授领导开发，其单一系统即可进行结构、流体、热的耦合计算。
并同时具有隐式和显式两种时间积分算法。
由于其在非线性求解、流固耦合分析等方面的强大功能，迅速成为有限元分析软件的后起之秀，现已成为非线性分析计算的首选软件。
二．有限元设计2.1力学模型本设计分析了一个外伸梁及其所受载荷的工程实际问题，其力学模型如图1所示，其中，M=-40KN·m，q=10KN/m，F=-20KN，画出梁的剪力图和弯矩图。
2.2有限元模型（1）对于梁划分了12个单元，13个节点，用BEAM3来建立单元，进行力学分析。
在5、13节点施加约束。
在1节点施加Y方向的力-20。
在9节点施加z方向弯矩-40。
在5到13节点间施加均布载荷q. 有限元模型如图2所示图2 对梁划分12个单元的网格有限元模型（2）对于梁划分了24个单元，25个节点，用BEAM3来建立单元，进行力学分析。
在9、25节点施加约束。
在1节点施加Y方向的力-20。
在17节点施加z方向弯矩-40。
在5到25节点间施加均布载荷q. 有限元模型如图3所示图3 对梁划分24个单元的网格有限元模型2.3有限元结果（1）图4，5分别为对梁划分12个单元时梁的剪力图、弯矩图。
图4 对梁划分12个单元时的剪力图图5 对梁划分12个单元时的弯矩图（2）图6，7分别为对梁划分24个单元时梁的剪力图、弯矩图。
图6 对梁划分24个单元时的剪力图图7 对梁划分24个单元时的弯矩图2.4 材料力学分析由材料力学计算得出结果，画出梁的剪力图及弯矩图如下所示2.5结果比较ANSYS详细结果见附录一、二。
2.6结论1.随着单元的增加，有限元的解趋于精确解。
2.分成12，24个单元的解与准确值相差不大，均可以满足工程要求。
不过如果单元分成六份甚至更少时，可能将会对结果产生影响，误差会有所增加。
三．优化设计选择方法本次上机调试优化计算程序，主要练习了如下方法：(1)黄金分割法 (2)Powell法 (3)惩罚函数选择一维优化方法（二次插值法）进行调试及计算。
题目：用黄金分割法法求f（a）=α2-7α+10的最优解。
3.1黄金分割法的基本原理优化方法选择黄金分割法，黄金分割法又称0.618法，它是通过不断缩短搜索区间的长度来寻求一位函数的极小点。
这种方法的基本原理是：在搜索区间[a, b]内按每次区间等比例缩短原则和对称性原则取两点x1和x2，符合这个原则的计算式为x 1=a+0.382(b-a) ,x 2=a+0.618(b-a)计算他们的函数值比较大小，极小值在“两头大，中间小”的区间内。
两头的函数值不断比较，舍掉大值，将靠近它的中间值赋给它，不断进行直到新区间的长度小于某一精度时，取0.5（a+b）为近似极小点。
3.2 进退法流程图图10 进退法流程图图12 黄金分割法流程图3.3问题说明与结果分析优化例题用黄金分割法求f(x)=x2-7x+10的最优解.设初始点x0=0,初始步长h=1,取迭代精度ε=0.35.解：首先用进退法确定搜索区间x1=x0=0, f1=f(x1)=10, x2=x1+h=1,f2=(x2)=4 比较f1,f2, 因f1>f2,前进运算：x3=x2+h=2,f3=f(x3)=0比较f2,f3, 因f2>f3,前进运算:h=2h=2,x1=x2=1,f1=f2=4,x2=x3=2,f2=f3=0,x3=x2+h=4, f3=f(x3)=-2比较f2,f3, 因f2>f3,前进运算:h=2h=4,x1=x2=2,f1=f2=0,x2=x3=4,f2=f3=-2,x3=x2+h=8,f3=f(x3)=18此时，x1,x2,x3三点的函数值出现了“两头大，中间小”的情况，故初始搜索区间[a,b]=[2,8],下面用黄金分割法求最优解。
x1=x+0.382(b-a)=4.292 , f1=f(x1)=-1.622736x2=x+0.618(b-a)=5.708 , f2=f(x2)=2.625264比较函数值，缩短区间，因有f1<f2, 则b=x2=5.708,x2=x1=4.292,f2=f1=-1.622736,x1=a+0.382(b-a)=3.416456, f1=f(x1)=-2.243020(2)判断迭代终止条件：b-a=5.708-2=3.708>ε, 不满足迭代条件，比较f1,f2数值，继续缩短区间，区间缩短六次后，满足了给定精度，迭代即可终止，近似最优解为x*=0.5(b+a)=3.441689, f*=f(x*)=-2.2466可以看出得到的最优解为x*=3.441689 f*=-2.2466计算结果x*=3.5 f*=-2.25其结果与计算结果基本相同。
由C语言程序做出结果如下：可以看出得到的最优解为x*=3.583705 f*=-2.242993 计算结果x*=3.5 f*=-2.25其结果与计算结果基本相同。
3.3结论黄金分割法结构简单，容易理解，可靠性好，但计算效率偏低，适用于低维优化的一维搜索迭代。
四．总结通过几周的课程设计，让我对优化设计这门课程有了进一步的体会，在设计过程中翻阅了很多资料，请教了很多老师和同学，在知识面上有了很大程度的提高。
同时也让我认识到了机械优化设计是随着电子计算机技术的迅速发展和广泛应用而产生的一种现代设计方法。
采用优化设计的产品可以提高产品质量。
节省原材料，降低成本，从而达到提高经济效益的目的。
通过本次现代设计方法课程设计，我学习了有限元分析方法及ANSYS命令，了解并掌握利用CAE软件ANSYS进行连杆、梁、架、曲轴、压力容器等的力学分析，将理论与实际相结合，并最终达到了能独立对梁、杆等进行有限元内力分析。
随着现代技术的发展，也对我们的学习和实践能力提出了更高的要求，作为当代大学生，有责任和义务，更加努力的学习现代文化和技术，提高自身的技术水平，完善自我素质。
五．参考文献[1]倪洪启，谷耀新.现代机械设计方法.北京：化工工业出版社，2008.[2]刘鸿文.材料力学.北京：高等教育出版社，2004.附录一对梁划分12个单元时ANSYS输出结果PRINT ELEMENT TABLE ITEMS PER ELEMENT***** POST1 ELEMENT TABLE LISTING *****STAT CURRENT CURRENT CURRENT CURRENTELEM IMOMENT JMOMENT ISHEAR JSHEAR1 -0.56843E-13 -10.000 20.000 20.0002 -10.000 -20.000 20.000 20.0003 -20.000 -30.000 20.000 20.0004 -30.000 -40.000 20.000 20.0005 -40.000 -31.250 -20.000 -15.0006 -31.250 -25.000 -15.000 -10.0007 -25.000 -21.250 -10.000 -5.00008 -21.250 -20.000 -5.0000 0.56843E-139 20.000 18.750 -0.85265E-13 5.000010 18.750 15.000 5.0000 10.00011 15.000 8.7500 10.000 15.00012 8.7500 0.23870E-14 15.000 20.000MINIMUM V ALUESELEM 5 4 5 5 V ALUE -40.000 -40.000 -20.000 -15.000MAXIMUM V ALUESELEM 9 9 2 2 V ALUE 20.000 18.750 20.000 20.000附录二对梁划分24个单元时ANSYS输出结果PRINT ELEMENT TABLE ITEMS PER ELEMENT***** POST1 ELEMENT TABLE LISTING *****STAT CURRENT CURRENT CURRENT CURRENTELEM IMOMENT JMOMENT ISHEAR JSHEAR1 0.79581E-12 -5.0000 20.000 20.0002 -5.0000 -10.000 20.000 20.0003 -10.000 -15.000 20.000 20.0004 -15.000 -20.000 20.000 20.0005 -20.000 -25.000 20.000 20.0006 -25.000 -30.000 20.000 20.0007 -30.000 -35.000 20.000 20.0008 -35.000 -40.000 20.000 20.0009 -40.000 -35.312 -20.000 -17.50010 -35.312 -31.250 -17.500 -15.00011 -31.250 -27.812 -15.000 -12.50012 -27.812 -25.000 -12.500 -10.00013 -25.000 -22.812 -10.000 -7.500014 -22.812 -21.250 -7.5000 -5.000015 -21.250 -20.312 -5.0000 -2.500016 -20.312 -20.000 -2.5000 -0.15916E-1117 20.000 19.688 -0.45475E-12 2.500018 19.688 18.750 2.5000 5.000019 18.750 17.188 5.0000 7.500020 17.188 15.000 7.5000 10.00021 15.000 12.188 10.000 12.50022 12.188 8.7500 12.500 15.00023 8.7500 4.6875 15.000 17.50024 4.6875 0.94785E-14 17.500 20.000 MINIMUM V ALUESELEM 9 8 9 9 V ALUE -40.000 -40.000 -20.000 -17.500MAXIMUM V ALUESELEM 17 17 1 1 V ALUE 20.000 19.688 20.000 20.000附录三黄金分割法的C语言源程序#include"stdio.h"#include"math.h"#include"conio.h"#define e 0.35#define tt 1float function(float x){float y=pow(x,2)-7*x+10;return(y);}void finding(float a[3],float f[3]){int i;float t=tt,a1,f1;a[0]=0;f[0]=function(a[0]);for(i=0;;i++){a[1]=a[0]+t; f[1]=function(a[1]); if(f[1]<f[0]) break;if(fabs(f[1]-f[0])>=e){t=-t;a[0]=a[1];f[0]=f[1];}else t=t/2;}for (i=0;;i++){a[2]=a[1]+t; f[2]=function(a[2]); if(f[2]>a[1]) break;t=2*t;a[0]=a[1]; f[0]=f[1];a[1]=a[2]; f[1]=f[2];}if(a[0]>a[2]){a1=a[0]; f1=f[0];a[0]=a[2]; f[0]=f[2];a[2]=a1; f[2]=f1;}return;}float gold(float *ff){int i;float a1[3],f1[3],a[4],f[4];float aa;finding(a1,f1);a[0]=a1[0];f[0]=f1[0];a[3]=a1[2];f[3]=f1[2];a[1]=a[0]+0.382*(a[3]-a[0]);a[2]=a[0]+0.618*(a[3]-a[0]);f[1]=function(a[1]); f[2]=function(a[2]);for(i=0;;i++){if (f[1]>f[2]){a[0]=a[1];f[0]=f[1];a[1]=a[2];f[1]=f[2];a[2]=a[0]+0.618*(a[3]-a[0]);f[2]=function(a[2]); }else{a[3]=a[2];f[3]=f[2];a[2]=a[1];f[2]=f[1];a[1]=a[0]+0.382*(a[3]-a[0]); f[1]=function(a[1]); }if(a[3]-a[0]<e){aa=(a[1]+a[2])/2; *ff=function(aa);break;}}return (aa);}void main(){float xx,ff;xx=gold(&ff);printf("\nThe Optimal Design Result Is:\n"); printf("\n\tx*=%f\n\tf*=%f",xx,ff);getch();}。
