《现代设计理论与方法》复习提纲

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第一章 设计方法学

1. 现代设计目标：缩短产品设计周期；提高产品质量；降低生产成本。 T--缩短产品设计周期 Q--提高产品质量 C--降低其成本

2. 传统设计法特点：静态的、经验的、手工式的、（近似计算） 现代设计法特点：动态的、科学的、计算机化的、（精确计算）

3. 现代设计理论与方法的发展分为：（1)直觉设计阶段 （2)经验设计阶段 （3)半理论半经验设计阶段 （4)现代设计阶段 4. 系统－执行特定功能而达到特定目的，相互联系，相互作用的元素。 具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。 5.系统化设计的特征：由上而下、由总到细。

基本方法：系统的分析和综合。

6.黑箱法定义：把系统看成是一个不透明的，不知其内部结构的“黑箱”，在不打开黑箱的前提下，利用外部观测，通过分析黑箱与周围环境的信息联系,了解其功能的一种方法。 根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。 7.系统化设计的步骤：

8、评价的目标内容：

（1) 技术评价目标——可行性，创造性，可靠性 （2) 经济评价目标——成本，利润，市场潜力 （3）社会评价目标——社会效益和影响 9.技术-经济评价法

（a)技术价 Wt : Wt=(Piqi)/Pmax

（Pi-各技术评分值；qi-加权系数；Pmax-最高分值5分或10分）

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（b)经济价Ww： Ww=Hi/H=0.7Hz/H （Hi-理想成本；H-实际成本） （c)技术-经济综合评价 ： 均值法：W=（Wt+Ww)/2 双曲线法： W= (Wt.Ww )

10.产品价值 V=F/C ( F-功能 C-成本)

11.寿命周期成本（要会画出它的曲线图，并做分析）

C=C1+C2 C1-生产成本 C2-使用成本

12、提高V途径（分5种情况讨论）

F ↑ /C → =V ↑ 功能 F → /C ↓ =V ↑ 成本

F ↑ /C ↓ =V ↑ 功能、成本 F ↑↑ /C ↑ =V ↑ 功能 F ↓ /C ↓↓ =V ↑ 成本

第二章 机械优化设计

1.优化设计的数学模型 统一形式描述：

min f(x) x=[x1,x2,???xn]

T

s.t. gi(x)<=0 i=1,2,3?m

hj(x)=o j=1,2,??n(p

2. 迭代过程

X（k+1）=x（k）+α（k）s（k） x（k）——第K步迭代点

α（k）——第K步迭步长 s（k）——第K步迭代方向

3. 终止准则：

X(k?1)?Xk??ksk??1（1）点距准则：

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(2)下降准则： f(X(k?1))?f(Xk)?2

k?1 (3）梯度准则：

3 4.一维搜索方法 : 对一维（也称一元或单变量）函数f(x)寻求其极值点x*就是一维优化方法中限制最优解问题。

5. 无约束极小化问题（无约束优化问题）：对于一个n维目标函数，在没有任何限制条件下寻求它的极小点的问题。

数学上表达为 minf (X) X R n

6、无约束优化方法分为哪两类方法，它们分别是什么？

（1）非梯度算法（不使用导数信息）：随机搜索法、坐标轮换法、Powell法、模式搜索法、单纯形法；

（2）梯度算法（使用导数信息）：梯度法、共轭梯度法、牛顿法、变尺度法。 7、变尺度法集合了梯度法和牛顿法的哪些优点？

前期属于梯度法，收敛速度快；后期属于牛顿法，在迭代极值点速度最快。 8.单纯形法——对整个区间的点进行搜索，典型的直接法。

复合形法基本思路：在可行域中选取K个设计点（n+1≤K≤2n）作为初始复合形的顶点。比较各顶点目标函数值的大小，去掉目标函数值最大的顶点(称最坏点)，以坏点以外其余各点的中心为映射中心，用坏点的映射点替换该点，构成新的复合形顶点。反复迭代计算，使复合形不断向最优点移动和收缩，直至收缩到复合形的顶点与形心非常接近，且满足迭代精度要求为止。初始复合形产生的全部K个顶点必须都在可行域内。

9.有约束优化问题的分类：

直接法包括：网格法、复合形法、随机试验法、随机方向法、可行方向法。 间接法包括：惩罚函数法（内点法、外点法、混合法）、广义乘子法 10、要学会用公式构造惩罚函数（内点法和外点法）。 内点法

??f(X)??1 或 ?(X,r(k))?f(X)?r(k) ?(X,r)?f(X)?r?i?1gi(X)(k)(k)m?[ln(?g(X)]ii?1m

r(k)?0 r(k?1)?Cr(k)?0?C?1?limk??外点法

?(X,r(K))?f(X)?r(K)p?m2?2??max(0,g(X))?h(X)?????i?j??i?1j?1??

r(k?1)?Cr(k)?1?C? 混合法

K( ?(X,r(K))?f(X)?r11?(K)?ri?1gi(X)3

m)???h(X)??jj?1p2

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11.要学会用黄金分割法、牛顿法，梯度法进行具体的计算 12.多目标优化方法常用方法: （1）线性加权组合法； （2）功效系数法； （3）主要目标法。

第三章 有限元法及其应用

1.你所知道的有限元分析软件有哪些？

ANSYS、SAP、ASKA、MARC、ADINA、NASTRAN 、FEPG、COSMOS等 2.ANSYS包括三个部分：

前处理模块、分析计算模块、后处理模块。 3.有限元的基本思想是什么？(网上答案：自己删节) 是把连续的几何机构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，从而将连续体看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量并在每一单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题。求解得到节点值后就可以通过设定的插值函数确定单元上以至个集合体上的场函数。对每个单元，选取适当的插值函数，使得该函数在子域内部、在子域分界面上以及子域与外界面上都满足一定的条件。单元组合体在已知外载荷作用下处于平衡状态时，列出一系列以节点、位移为未知量的线性方程组，利用计算机解出节点位移后，再用弹性力学的有关公式，计算出各单元的应力、应变，当各单元小到一定程度，那么它就代表连续体各处的真实情况。

4、有限元法的分析过程？

1)连续体离散化 2）单元分析 3)整体分析

4）确定约束条件 5)有限元方程求解 6)结果分析与讨论

5、有限元求解应力问题的三种方法 ：位移法、力法、混合法。

6、有限元法的力学基础是什么？

弹性力学，结构力学、材料力学等

7、三种常见杆状单元：杆单元、平面梁单元、空间梁单元。

8、形函数N：反映单元内位移的分布形态，是x y坐标的连续函数。 形函数N仅与坐标值x y有关，与位移大小无关

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第四章 机械可靠性设计

1.可靠性的由来和发展 研究对象：寿命特征

基础：概率论、数理统计理论

知识：系统工程学、人机工程学、价值工程学、安全工程学等 2.机械可靠性设计的难点

1）应力因素对机械产品的失效率的影响难以准确预计 2）机械产品的寿命试验都很昂贵。

3）机械产品的可靠性数据资源非常缺乏。

3.可靠性：是指产品在规定条件和规定时间内，完成规定功能的能力。

四要素：１）研究对象 ２）规定的条件 ３）规定的时间 ４）规定的功能 4. 可靠度R（t）：产品在规定的条件下和在规定的时间内，完成规定功能的概率。

5、失效概率F（t）：产品在规定的条件下和在规定的时间内，丧失规定功能的概率。 R（t）+(t)=1 R(t)=1-F(t) 0≤R(t)≤1，0≤F(t)≤1 6、 失效率 λ(t)

失效率即故障率，是判断产品失效规律的基本参数。

简化定义：产品工作到时刻t,在此时刻以后的单位时间内发生失效的概率。 近似计算公式为：

λ*(t)=(n(t+Δt)-n(t))/([N-n(t)]Δt) 7、失效率曲线的三个特征区（要求能画出浴盆曲线） 早期失效区——试车、跑合阶段

正常工作区——使用寿命区λ(t)≤ λ0 功能失效区——疲劳和磨损阶段 8、会计算以下可靠性寿命指标 平均寿命——MTTF，MTBF MTTF：

MTBF：

维修度：在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法完成维修的概率。(M(t)) 有效度：可以维修的产品在某时刻具有或维持规定功能的概率。 可靠寿命——tr

中位寿命及特征寿命——t0.5

9、应力-强度干涉理论。（书p109）

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