現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)課件

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法第一章緒論1.1現(xiàn)代設(shè)計(jì)的概念1.1.1設(shè)計(jì)的概念

設(shè)計(jì)是為了滿足人類與社會(huì)的功能要求，將預(yù)定的目標(biāo)通過(guò)人們創(chuàng)造性思維，經(jīng)過(guò)一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生載有相應(yīng)得文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的技術(shù)文件，以取得最滿意的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法1.1.1設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)是為了滿足1.1.2設(shè)計(jì)發(fā)展的基本階段（1）直覺(jué)設(shè)計(jì)階段古代設(shè)計(jì)（2）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段17世紀(jì)初（3）半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段20世紀(jì)初（4）現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段近30年1.1.2設(shè)計(jì)發(fā)展的基本階段（1）直覺(jué)設(shè)計(jì)階段古代設(shè)計(jì)1.1.3現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為基礎(chǔ)，運(yùn)用力學(xué)和數(shù)學(xué)而形成的經(jīng)驗(yàn)、公式、圖表、設(shè)計(jì)手冊(cè)等作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)或類比方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在長(zhǎng)期運(yùn)用中得到不斷地完善和提高，是符合當(dāng)代技術(shù)水平的有效設(shè)計(jì)方法。但由于所用的計(jì)算方法和參考數(shù)據(jù)偏重于經(jīng)驗(yàn)的概括和總結(jié)，往往忽略了一些難解或非主要的因數(shù)，因而造型設(shè)計(jì)結(jié)果的近似性較大，也難免有不確切和失誤。此外，在信息處理、參量統(tǒng)計(jì)和選取、經(jīng)驗(yàn)或狀態(tài)的存儲(chǔ)和調(diào)用等還沒(méi)有一個(gè)理想的有效方法，解算和繪圖也多用手工完成，所以不僅影響設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高，也難以做到精確和優(yōu)化的結(jié)果。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)與美學(xué)也未做到很好的統(tǒng)一，使設(shè)計(jì)帶來(lái)一定局限性。1.1.3現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是以經(jīng)驗(yàn)總

隨著科技發(fā)展，新工藝、新材料的出現(xiàn)，微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)及控制技術(shù)等新技術(shù)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的滲透和有機(jī)結(jié)合，與設(shè)計(jì)相關(guān)的基礎(chǔ)理論的深化和設(shè)計(jì)新方法的涌現(xiàn)，都給產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新途徑。使產(chǎn)品設(shè)計(jì)跨上了現(xiàn)代設(shè)計(jì)的水平。在這一時(shí)期，國(guó)際上在設(shè)計(jì)領(lǐng)域相繼出現(xiàn)了一系列有關(guān)設(shè)計(jì)學(xué)的新興理論與方法。為了強(qiáng)調(diào)他們對(duì)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的革新，以區(qū)別于傳統(tǒng)理論和方法，把這些新興理論與方法統(tǒng)稱為現(xiàn)代設(shè)計(jì)。當(dāng)然，現(xiàn)代設(shè)計(jì)不僅指設(shè)計(jì)方法的更新，也包含了新技術(shù)的引入和產(chǎn)品的創(chuàng)新。目前現(xiàn)代設(shè)計(jì)所指的新興理論與方法主要包括：優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方法學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、有限元法、工業(yè)藝術(shù)造型設(shè)計(jì)、人機(jī)工程、并行工程、價(jià)值工程、相似設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)等。隨著科技發(fā)展，新工藝、新材料的出現(xiàn)，微電子技術(shù)1.2現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要內(nèi)容

1.2.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign），簡(jiǎn)稱CAD。它是把計(jì)算機(jī)技術(shù)引入設(shè)計(jì)過(guò)程，利用計(jì)算機(jī)來(lái)完成計(jì)算、選型、繪圖及其他作業(yè)的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。CAD是設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)信息處理的總稱。

1.2現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要內(nèi)容1.2.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

它應(yīng)包括產(chǎn)品分析計(jì)算和自動(dòng)繪圖兩部分功能，甚至擴(kuò)展到具有邏輯能力的智能CAD。計(jì)算機(jī)、自動(dòng)繪圖機(jī)及其他外圍設(shè)備構(gòu)成CAD的系統(tǒng)硬件，而操作系統(tǒng)、文件管理系統(tǒng)、語(yǔ)言處理程序、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等構(gòu)成CAD的系統(tǒng)軟件。通常所說(shuō)的CAD系統(tǒng)是指由系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件組成，兼有計(jì)算、圖形處理、數(shù)據(jù)庫(kù)等功能，并能綜合地利用這些功能完成設(shè)計(jì)作業(yè)的系統(tǒng)，CAD是產(chǎn)品或工程的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它應(yīng)包括產(chǎn)品分析計(jì)算和自動(dòng)繪圖兩

CAD系統(tǒng)應(yīng)支持設(shè)計(jì)過(guò)程各個(gè)階段，即從方案設(shè)計(jì)入手，使設(shè)計(jì)對(duì)象模型化；依據(jù)提供的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和總圖設(shè)計(jì)；通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)性能分析，最后確定技術(shù)參數(shù)；在此基礎(chǔ)上，完成詳細(xì)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。所以，CAD系統(tǒng)應(yīng)能支持包括：分析、計(jì)算、綜合、創(chuàng)新、模擬及繪圖等各項(xiàng)基本設(shè)計(jì)活動(dòng)。

CAD的基礎(chǔ)工作是建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形庫(kù)、應(yīng)用程序庫(kù)。CAD系統(tǒng)應(yīng)支持設(shè)計(jì)過(guò)程各個(gè)階段，即從方案設(shè)計(jì)入1.2.2優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)（OptimalDesign）是把最優(yōu)化數(shù)學(xué)原理應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)問(wèn)題，在所有可行方案中尋求最佳設(shè)計(jì)方案的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。進(jìn)行工程優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先需要將工程問(wèn)題按優(yōu)化設(shè)計(jì)所規(guī)定的格式建立數(shù)學(xué)模型，然后選擇合適的優(yōu)化計(jì)算方法在計(jì)算機(jī)上對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，得到工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。1.2.2優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)（Optima

在建立優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的過(guò)程中，把影響設(shè)計(jì)方案選取得那些參數(shù)稱為設(shè)計(jì)變量；設(shè)計(jì)變量應(yīng)當(dāng)滿足的條件稱為約束條件；而設(shè)計(jì)者選定來(lái)衡量設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣并期望得到改進(jìn)的指標(biāo)表現(xiàn)為設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，稱為目標(biāo)函數(shù)。設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成了優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。優(yōu)化設(shè)計(jì)需要數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法放到計(jì)算機(jī)程序中用計(jì)算機(jī)自動(dòng)尋優(yōu)求解。在建立優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的過(guò)程中，把影響設(shè)計(jì)方案1.2.3可靠性設(shè)計(jì)

可靠性設(shè)計(jì)（ReliabilityDesign）是以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，以失效分析、失效預(yù)測(cè)及各種可靠性試驗(yàn)為依據(jù)，以保證產(chǎn)品的可靠性為目標(biāo)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法?？煽啃栽O(shè)計(jì)的基本內(nèi)容是：選定產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)及量值，對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行合理的分配，在把規(guī)定的可靠性指標(biāo)設(shè)計(jì)到產(chǎn)品中去。1.2.3可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)（Reliab可靠性的定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力；產(chǎn)品的可靠性受“規(guī)定的條件”所制約，不同條件下產(chǎn)品的可靠性可能截然不同，離開(kāi)了具體條件談?wù)摽煽考呛翢o(wú)意義的。所謂“規(guī)定的條件”是指：①環(huán)境條件(如溫度、濕度、氣壓等)；⑦上作條件(如振動(dòng)、沖擊、噪音等)；③動(dòng)力、負(fù)載條件(如供電電比、輸出功率等)；④工作方式(如連續(xù)工作、間斷工作等)；⑤使用和維護(hù)條件等。同樣，產(chǎn)品的可靠性只能在一定的時(shí)間范圍內(nèi)達(dá)到目標(biāo)可靠度，不可能永遠(yuǎn)保持目標(biāo)可靠度而不降低。因此，討論產(chǎn)品的可靠性還需要在一個(gè)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行；

可靠性的定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能

可靠性工程是一門綜合運(yùn)用多種學(xué)科知識(shí)的工程技術(shù)學(xué)科，工作的內(nèi)容也較為廣泛，可靠性設(shè)汁基本內(nèi)容有以下幾方面：

(1)根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求確定采用什么可靠性指標(biāo)并確定可靠性指標(biāo)及其量值。

(2)進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)?？煽啃灶A(yù)測(cè)是指在設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)，運(yùn)用以往的可靠性數(shù)據(jù)資料計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)可靠件的特征量外進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。在不同的階段，系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)需反復(fù)進(jìn)行幾次；

可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容(3)對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行合理的分配：將可靠性指標(biāo)分配到各子系統(tǒng)，并與各子系統(tǒng)能達(dá)到的指標(biāo)相比較，判斷是否需要改進(jìn)設(shè)計(jì)。再把改進(jìn)設(shè)計(jì)后的可靠件指標(biāo)分配到各子系統(tǒng)、根據(jù)同樣的方法，可把可靠件指標(biāo)進(jìn)一步分配到各個(gè)零件。

(4)把規(guī)定的可靠度直接設(shè)計(jì)到零件中去。(3)對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行合理的分配：將可靠性指標(biāo)分配到

有限元法（FiniteElementMethod）是以電子計(jì)算機(jī)為工具的一種現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算方法

1.2.4有限元法有限元法（FiniteElementMet

機(jī)械設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是研究機(jī)械棗部件的應(yīng)力和變形問(wèn)題，為強(qiáng)度和剛度等的設(shè)計(jì)計(jì)算提供依據(jù)。眾多的機(jī)械零部件通?？梢钥醋魇怯蓷U件、板塊、殼休、塊體等或由它們的組合所組成的結(jié)構(gòu)，在彈性范圍內(nèi)，對(duì)于這類構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等，可通過(guò)彈性力學(xué)的方程予以描述和求解。引伸一步來(lái)講，從數(shù)學(xué)角度看，一個(gè)工程問(wèn)題往往可以通過(guò)一個(gè)或一系列偏微分方程來(lái)描述，如彈性力學(xué)基本方程組、塑性力學(xué)基本方程組、流體力學(xué)基本方程組等。機(jī)械設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是研究機(jī)械棗部件的應(yīng)力但是，由于方程本身的復(fù)雜程度和求解域及邊界條件的復(fù)雜性，常使對(duì)上述偏微分方程(組)的精確求解(解析解)變得十分困難或無(wú)法進(jìn)行。在這種情況下，尋求上述問(wèn)題的數(shù)值解法以獲取滿足工程精度要求的近似解．就顯得十分重要和必要了。目前，已成功地找到了一些有效和可行的方法，如有限差分法、有限元法及邊界元這等。其中，有限元法目前在工程中的應(yīng)用最為廣泛，它是一種伴隨著使用高速電子計(jì)算機(jī)而發(fā)展起來(lái)的高效數(shù)值計(jì)算方法。但是，由于方程本身的復(fù)雜程度和求解域及邊界條件的復(fù)雜性，常使基本思路

1．連續(xù)體離散化2．單元分析3．整體分析1．連續(xù)體離散化

有限元法先將連續(xù)體劃分為有限個(gè)具有規(guī)則形狀的微小塊體，把每個(gè)微小塊體稱為單元，兩相鄰單元之間只通過(guò)若干點(diǎn)互相連接．每個(gè)連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。再把作用于各單元上的外載荷，按照虛功原理等效化成各單元的節(jié)點(diǎn)載荷。用劃分后由有限個(gè)單元組成的集合體代替原來(lái)的連續(xù)體，這一步稱為連續(xù)體的離散化。圖6—1是一懸臂保梁劃分為許多三角形單元的例子，三角形單元的三個(gè)頂點(diǎn)部足節(jié)點(diǎn)?；舅悸?/p>

1．連續(xù)體離散化2．單元分析3．整體分析1．

有限元法是以節(jié)點(diǎn)參數(shù)為基本未知量，根據(jù)所取基本未知量不同，可分為三類：①位移法；以節(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量；⑦力法：以節(jié)點(diǎn)力作為基本未知量；⑦混合法：以部分節(jié)點(diǎn)位移利部分節(jié)點(diǎn)力作為基本未知量：由于位移法易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算自動(dòng)化，因而在工程上得到廣泛采用。有限元法是以節(jié)點(diǎn)參數(shù)為基本未知量，根據(jù)所取基本2．單元分析

如采用位移法計(jì)算，首先要針對(duì)所選定的單元類型選擇一簡(jiǎn)單多項(xiàng)式函數(shù)近似表達(dá)單元內(nèi)各位移分量的分布規(guī)律．并把單元內(nèi)任意點(diǎn)位侈分量寫成統(tǒng)一形式的位移插值函數(shù)式，從而通過(guò)單元節(jié)點(diǎn)位移，表達(dá)出單元內(nèi)任意點(diǎn)的位移、應(yīng)變和應(yīng)力。其次，利用虛功原理或變分原理建立單元節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移之間的特性關(guān)系，稱為單元有限元方程式。該方程式可用矩陣形式表示為{F}i=[K]i。{q}i，其中{F}i是單元節(jié)點(diǎn)載荷分量組成的列陣；{q}i是由基本未知量節(jié)點(diǎn)位移分量組成的列陣；[K]i稱為單元?jiǎng)偠染仃?，它反映了單元?jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移之間存在的特性關(guān)系。不難看出，建立單元?jiǎng)偠染仃嚤萚K]i是單元分析中的核心．事實(shí)上它也是整個(gè)有限元分析中的關(guān)鍵性步驟。2．單元分析如采用位移法計(jì)算，首先要針對(duì)所選定3．整體分析這一步驟也稱作單元綜合。它是通過(guò)結(jié)構(gòu)力平衡條件和邊界條件把各個(gè)組成整體特性關(guān)系，即建立整體各節(jié)點(diǎn)載荷與節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系，形成整體有限元方程式。該方程式仍可用矩陣形式表示為F=Kq，其中F是由全部節(jié)點(diǎn)的載荷分量組成的列陣，q是由全部節(jié)點(diǎn)的位移分量組成的列陣；而K稱為整體剛度矩陣，它是由各單元?jiǎng)偠染仃嘯K]i疊加而成的。這表明，最后得到的是一組以全部節(jié)點(diǎn)位移分量為未知量的線性方程組。在引入邊界條件后求解上述聯(lián)立方程組，就可得到連續(xù)體力學(xué)問(wèn)題的數(shù)值解(包括位移、應(yīng)力和應(yīng)變等)。3．整體分析這一步驟也稱作單元綜合。它是通過(guò)結(jié)構(gòu)力平衡條件和通過(guò)以上介紹，不難看出，有限元法是由整體到分塊，又從分塊組集整體的分析方法。通常，劃分單元越多，問(wèn)題的求解精度也就越高，但是計(jì)算量也會(huì)隨之迅速增大。由于劃分的單元是有限的，而得到的解也局限在有限的節(jié)點(diǎn)上，因此這種方法被稱作“有限(單)元法”，其“有限”性是相對(duì)于解析法中解的無(wú)限性而言的。通過(guò)以上介紹，不難看出，有限元法是由整體到分塊，又從分塊組集同時(shí)還可以看出，有限元法的實(shí)際應(yīng)用要借助兩個(gè)重要工具：矩陣算法和電子計(jì)算機(jī)。有限元法在理論上是將難于直接求解的偏微分方程(組)化解為一系列的線性代數(shù)方程組(對(duì)線性問(wèn)題)或非線性代數(shù)方程組(對(duì)非線性問(wèn)題)，而上述代數(shù)方程組在采用矩陣算法進(jìn)行處理時(shí)其性質(zhì)和解法都是比較完善和成熟的。而大量的線性或非線性方程組的求解，在實(shí)際應(yīng)用中靠人工完成是相當(dāng)困難的，因此有限元法是在大容量電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以后才獲得了飛速發(fā)展。同時(shí)還可以看出，有限元法的實(shí)際應(yīng)用要借助兩個(gè)重要工具：矩陣算機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)正在發(fā)展中的新技術(shù)．它包含的內(nèi)容十分豐富，涉及現(xiàn)代動(dòng)態(tài)分析方法、計(jì)算機(jī)技術(shù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論、設(shè)計(jì)方法等眾多學(xué)科范圍。目前，還沒(méi)有形成完整的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論、方法和體系，許多問(wèn)題尚需進(jìn)行深入廣泛的研究。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的大體過(guò)程是：對(duì)滿足工作性能要求的產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)圖樣，或?qū)π枰倪M(jìn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)實(shí)物進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，并作動(dòng)態(tài)特性分析。然后，根據(jù)丁程實(shí)際情況，給出其動(dòng)態(tài)特性的要求或預(yù)定的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo)，再按動(dòng)力學(xué)方法直接求解滿足設(shè)計(jì)日標(biāo)的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，或進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改設(shè)計(jì)與修改結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性預(yù)測(cè)，這種修改與修改預(yù)測(cè)反復(fù)多次，直到滿足機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的設(shè)計(jì)要求，即最后設(shè)計(jì)出滿意的機(jī)械產(chǎn)品。1.2.5動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)正在發(fā)展中的新技術(shù)．它包含的內(nèi)容十分豐內(nèi)容土要包括動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的基本概念；動(dòng)態(tài)分析中常用的建模方法，包括有限元建模法、傳遞矩陣建模法和實(shí)驗(yàn)建模法。內(nèi)容土要包括1.2.6機(jī)電產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)（工業(yè)設(shè)計(jì)）

工業(yè)藝術(shù)造型設(shè)計(jì)是工程技術(shù)與美學(xué)藝術(shù)相結(jié)合的一門新學(xué)科。它是指在保證產(chǎn)品實(shí)用功能的前提下，用藝術(shù)手段按照美學(xué)法則對(duì)工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行造型活動(dòng)，對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸、體面形狀、色彩、材質(zhì)、線條、裝飾及人機(jī)關(guān)系等因素進(jìn)行有機(jī)的綜合處理，從而設(shè)計(jì)出優(yōu)質(zhì)美學(xué)的產(chǎn)品造型。實(shí)用和美觀的最佳統(tǒng)一是工業(yè)藝術(shù)造型的基本原則。最終應(yīng)使產(chǎn)品在保證實(shí)用的前提下，具有美的、富有表現(xiàn)力的審美特性。

1.2.6機(jī)電產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)（工業(yè)設(shè)計(jì)）工業(yè)一、造型與形式法則

1．形態(tài)要素及其視覺(jué)效果點(diǎn)、線、面、立體、色彩、肌理是構(gòu)成一切形態(tài)的基本要素，稱為形態(tài)要素。產(chǎn)品造型是由形態(tài)要素構(gòu)成的，因而有必要研究形態(tài)要素的構(gòu)成及兵性格。形態(tài)要素造型美的形式法則。

內(nèi)容主要包括：2．造型美的形式法則工業(yè)產(chǎn)品所具有的美的形式是多種多樣的，這些肯定的、實(shí)際存在的美的形式具有內(nèi)在的、共同的特性和規(guī)律，就是形式美。形式美是對(duì)大量事物的美的形式進(jìn)行研究、歸納、總結(jié)出來(lái)的。它包含反映多種審美要求的若干方面，也就是形式美的若干法則。這些法則有其內(nèi)在的聯(lián)系，造形設(shè)計(jì)中，并不能依據(jù)一條或幾條法則．經(jīng)純粹的邏輯推理而直接獲得答案；而是要根據(jù)具體情況，靈活地融會(huì)貫通，綜合運(yùn)用這些法則。一、造型與形式法則內(nèi)容主要包括：2．造型美的形式法則二．人機(jī)工程

人機(jī)工程學(xué)簡(jiǎn)稱人機(jī)學(xué)，是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的各種因素；研究人、機(jī)器及環(huán)境的相互作用；研究工作中、家庭生活中與閑暇時(shí)怎樣考慮人的健康、安全、舒適和工作效率等問(wèn)題的學(xué)科。

比較人與機(jī)器的能力，機(jī)器適合于承擔(dān)笨重、快速、單調(diào)、精細(xì)、規(guī)律性強(qiáng)，大量或復(fù)雜的運(yùn)算和惡劣環(huán)境下的工作。人更適合承擔(dān)程序編制、監(jiān)護(hù)、故障排除、意外情況處理等工作。二．人機(jī)工程人機(jī)工程學(xué)簡(jiǎn)稱人機(jī)學(xué)，是研究人在某種工1、人體結(jié)構(gòu)尺寸與造型尺度；2、視覺(jué)特征與顯示器設(shè)計(jì)；3、控制器的選擇與設(shè)計(jì)；4、控制制臺(tái)板設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容三．產(chǎn)品色彩1．色彩的基本知識(shí)；

2．色彩的對(duì)比與調(diào)合；

3．產(chǎn)品色彩設(shè)計(jì)1、人體結(jié)構(gòu)尺寸與造型尺度；主要內(nèi)容三．產(chǎn)品色彩1.3學(xué)習(xí)本課程的目的

產(chǎn)品的質(zhì)且和經(jīng)濟(jì)效益取決于設(shè)計(jì)、制造和管理的綜合水平，而產(chǎn)品設(shè)計(jì)則是關(guān)鍵。沒(méi)有高質(zhì)量的設(shè)計(jì)，就不可能有高質(zhì)量的產(chǎn)品，而要達(dá)到高質(zhì)量的設(shè)計(jì)，就必須采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和手段。因此，掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和手段是完成高質(zhì)量設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。從以上介紹的主要內(nèi)容可以看出，本課程不僅體現(xiàn)了當(dāng)前先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法的核心，而且指出了掌握這些先進(jìn)方法所必須具備的知識(shí)。為此，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，可以達(dá)到如下目的：1.3學(xué)習(xí)本課程的目的

產(chǎn)品的質(zhì)且和經(jīng)濟(jì)效益

1)熟悉現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的作用和地位；

2)以計(jì)算機(jī)為手段，能應(yīng)用幾種具體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題；

3)為現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的發(fā)展和推廣奠定較為扎實(shí)的基礎(chǔ)；

4)促進(jìn)和加快傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法向現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的轉(zhuǎn)變進(jìn)程?？偠灾?，希望通過(guò)學(xué)習(xí)本課程，學(xué)生不僅具有一定的產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)的知識(shí)和意識(shí)，而且具有應(yīng)用上述幾種典型現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法分析和解決實(shí)際問(wèn)題的初步能力，并為熟練地應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)力法設(shè)計(jì)出具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品奠定良好的基礎(chǔ)。1)熟悉現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的作用和地現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法第一章緒論1.1現(xiàn)代設(shè)計(jì)的概念1.1.1設(shè)計(jì)的概念

設(shè)計(jì)是為了滿足人類與社會(huì)的功能要求，將預(yù)定的目標(biāo)通過(guò)人們創(chuàng)造性思維，經(jīng)過(guò)一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生載有相應(yīng)得文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的技術(shù)文件，以取得最滿意的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法1.1.1設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)是為了滿足1.1.2設(shè)計(jì)發(fā)展的基本階段（1）直覺(jué)設(shè)計(jì)階段古代設(shè)計(jì)（2）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段17世紀(jì)初（3）半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段20世紀(jì)初（4）現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段近30年1.1.2設(shè)計(jì)發(fā)展的基本階段（1）直覺(jué)設(shè)計(jì)階段古代設(shè)計(jì)1.1.3現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為基礎(chǔ)，運(yùn)用力學(xué)和數(shù)學(xué)而形成的經(jīng)驗(yàn)、公式、圖表、設(shè)計(jì)手冊(cè)等作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)或類比方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在長(zhǎng)期運(yùn)用中得到不斷地完善和提高，是符合當(dāng)代技術(shù)水平的有效設(shè)計(jì)方法。但由于所用的計(jì)算方法和參考數(shù)據(jù)偏重于經(jīng)驗(yàn)的概括和總結(jié)，往往忽略了一些難解或非主要的因數(shù)，因而造型設(shè)計(jì)結(jié)果的近似性較大，也難免有不確切和失誤。此外，在信息處理、參量統(tǒng)計(jì)和選取、經(jīng)驗(yàn)或狀態(tài)的存儲(chǔ)和調(diào)用等還沒(méi)有一個(gè)理想的有效方法，解算和繪圖也多用手工完成，所以不僅影響設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高，也難以做到精確和優(yōu)化的結(jié)果。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)與美學(xué)也未做到很好的統(tǒng)一，使設(shè)計(jì)帶來(lái)一定局限性。1.1.3現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是以經(jīng)驗(yàn)總

隨著科技發(fā)展，新工藝、新材料的出現(xiàn)，微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)及控制技術(shù)等新技術(shù)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的滲透和有機(jī)結(jié)合，與設(shè)計(jì)相關(guān)的基礎(chǔ)理論的深化和設(shè)計(jì)新方法的涌現(xiàn)，都給產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新途徑。使產(chǎn)品設(shè)計(jì)跨上了現(xiàn)代設(shè)計(jì)的水平。在這一時(shí)期，國(guó)際上在設(shè)計(jì)領(lǐng)域相繼出現(xiàn)了一系列有關(guān)設(shè)計(jì)學(xué)的新興理論與方法。為了強(qiáng)調(diào)他們對(duì)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的革新，以區(qū)別于傳統(tǒng)理論和方法，把這些新興理論與方法統(tǒng)稱為現(xiàn)代設(shè)計(jì)。當(dāng)然，現(xiàn)代設(shè)計(jì)不僅指設(shè)計(jì)方法的更新，也包含了新技術(shù)的引入和產(chǎn)品的創(chuàng)新。目前現(xiàn)代設(shè)計(jì)所指的新興理論與方法主要包括：優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方法學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、有限元法、工業(yè)藝術(shù)造型設(shè)計(jì)、人機(jī)工程、并行工程、價(jià)值工程、相似設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)等。隨著科技發(fā)展，新工藝、新材料的出現(xiàn)，微電子技術(shù)1.2現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要內(nèi)容

1.2.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign），簡(jiǎn)稱CAD。它是把計(jì)算機(jī)技術(shù)引入設(shè)計(jì)過(guò)程，利用計(jì)算機(jī)來(lái)完成計(jì)算、選型、繪圖及其他作業(yè)的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。CAD是設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)信息處理的總稱。

1.2現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要內(nèi)容1.2.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

它應(yīng)包括產(chǎn)品分析計(jì)算和自動(dòng)繪圖兩部分功能，甚至擴(kuò)展到具有邏輯能力的智能CAD。計(jì)算機(jī)、自動(dòng)繪圖機(jī)及其他外圍設(shè)備構(gòu)成CAD的系統(tǒng)硬件，而操作系統(tǒng)、文件管理系統(tǒng)、語(yǔ)言處理程序、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等構(gòu)成CAD的系統(tǒng)軟件。通常所說(shuō)的CAD系統(tǒng)是指由系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件組成，兼有計(jì)算、圖形處理、數(shù)據(jù)庫(kù)等功能，并能綜合地利用這些功能完成設(shè)計(jì)作業(yè)的系統(tǒng)，CAD是產(chǎn)品或工程的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它應(yīng)包括產(chǎn)品分析計(jì)算和自動(dòng)繪圖兩

CAD系統(tǒng)應(yīng)支持設(shè)計(jì)過(guò)程各個(gè)階段，即從方案設(shè)計(jì)入手，使設(shè)計(jì)對(duì)象模型化；依據(jù)提供的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和總圖設(shè)計(jì)；通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)性能分析，最后確定技術(shù)參數(shù)；在此基礎(chǔ)上，完成詳細(xì)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。所以，CAD系統(tǒng)應(yīng)能支持包括：分析、計(jì)算、綜合、創(chuàng)新、模擬及繪圖等各項(xiàng)基本設(shè)計(jì)活動(dòng)。

CAD的基礎(chǔ)工作是建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形庫(kù)、應(yīng)用程序庫(kù)。CAD系統(tǒng)應(yīng)支持設(shè)計(jì)過(guò)程各個(gè)階段，即從方案設(shè)計(jì)入1.2.2優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)（OptimalDesign）是把最優(yōu)化數(shù)學(xué)原理應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)問(wèn)題，在所有可行方案中尋求最佳設(shè)計(jì)方案的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。進(jìn)行工程優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先需要將工程問(wèn)題按優(yōu)化設(shè)計(jì)所規(guī)定的格式建立數(shù)學(xué)模型，然后選擇合適的優(yōu)化計(jì)算方法在計(jì)算機(jī)上對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，得到工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。1.2.2優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)（Optima

在建立優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的過(guò)程中，把影響設(shè)計(jì)方案選取得那些參數(shù)稱為設(shè)計(jì)變量；設(shè)計(jì)變量應(yīng)當(dāng)滿足的條件稱為約束條件；而設(shè)計(jì)者選定來(lái)衡量設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣并期望得到改進(jìn)的指標(biāo)表現(xiàn)為設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，稱為目標(biāo)函數(shù)。設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成了優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。優(yōu)化設(shè)計(jì)需要數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法放到計(jì)算機(jī)程序中用計(jì)算機(jī)自動(dòng)尋優(yōu)求解。在建立優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的過(guò)程中，把影響設(shè)計(jì)方案1.2.3可靠性設(shè)計(jì)

可靠性設(shè)計(jì)（ReliabilityDesign）是以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，以失效分析、失效預(yù)測(cè)及各種可靠性試驗(yàn)為依據(jù)，以保證產(chǎn)品的可靠性為目標(biāo)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容是：選定產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)及量值，對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行合理的分配，在把規(guī)定的可靠性指標(biāo)設(shè)計(jì)到產(chǎn)品中去。1.2.3可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)（Reliab可靠性的定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力；產(chǎn)品的可靠性受“規(guī)定的條件”所制約，不同條件下產(chǎn)品的可靠性可能截然不同，離開(kāi)了具體條件談?wù)摽煽考呛翢o(wú)意義的。所謂“規(guī)定的條件”是指：①環(huán)境條件(如溫度、濕度、氣壓等)；⑦上作條件(如振動(dòng)、沖擊、噪音等)；③動(dòng)力、負(fù)載條件(如供電電比、輸出功率等)；④工作方式(如連續(xù)工作、間斷工作等)；⑤使用和維護(hù)條件等。同樣，產(chǎn)品的可靠性只能在一定的時(shí)間范圍內(nèi)達(dá)到目標(biāo)可靠度，不可能永遠(yuǎn)保持目標(biāo)可靠度而不降低。因此，討論產(chǎn)品的可靠性還需要在一個(gè)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行；

可靠性的定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能

可靠性工程是一門綜合運(yùn)用多種學(xué)科知識(shí)的工程技術(shù)學(xué)科，工作的內(nèi)容也較為廣泛，可靠性設(shè)汁基本內(nèi)容有以下幾方面：

(1)根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求確定采用什么可靠性指標(biāo)并確定可靠性指標(biāo)及其量值。

(2)進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)。可靠性預(yù)測(cè)是指在設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)，運(yùn)用以往的可靠性數(shù)據(jù)資料計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)可靠件的特征量外進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。在不同的階段，系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)需反復(fù)進(jìn)行幾次；

可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容(3)對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行合理的分配：將可靠性指標(biāo)分配到各子系統(tǒng)，并與各子系統(tǒng)能達(dá)到的指標(biāo)相比較，判斷是否需要改進(jìn)設(shè)計(jì)。再把改進(jìn)設(shè)計(jì)后的可靠件指標(biāo)分配到各子系統(tǒng)、根據(jù)同樣的方法，可把可靠件指標(biāo)進(jìn)一步分配到各個(gè)零件。

(4)把規(guī)定的可靠度直接設(shè)計(jì)到零件中去。(3)對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行合理的分配：將可靠性指標(biāo)分配到

有限元法（FiniteElementMethod）是以電子計(jì)算機(jī)為工具的一種現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算方法

1.2.4有限元法有限元法（FiniteElementMet

機(jī)械設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是研究機(jī)械棗部件的應(yīng)力和變形問(wèn)題，為強(qiáng)度和剛度等的設(shè)計(jì)計(jì)算提供依據(jù)。眾多的機(jī)械零部件通?？梢钥醋魇怯蓷U件、板塊、殼休、塊體等或由它們的組合所組成的結(jié)構(gòu)，在彈性范圍內(nèi)，對(duì)于這類構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等，可通過(guò)彈性力學(xué)的方程予以描述和求解。引伸一步來(lái)講，從數(shù)學(xué)角度看，一個(gè)工程問(wèn)題往往可以通過(guò)一個(gè)或一系列偏微分方程來(lái)描述，如彈性力學(xué)基本方程組、塑性力學(xué)基本方程組、流體力學(xué)基本方程組等。機(jī)械設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是研究機(jī)械棗部件的應(yīng)力但是，由于方程本身的復(fù)雜程度和求解域及邊界條件的復(fù)雜性，常使對(duì)上述偏微分方程(組)的精確求解(解析解)變得十分困難或無(wú)法進(jìn)行。在這種情況下，尋求上述問(wèn)題的數(shù)值解法以獲取滿足工程精度要求的近似解．就顯得十分重要和必要了。目前，已成功地找到了一些有效和可行的方法，如有限差分法、有限元法及邊界元這等。其中，有限元法目前在工程中的應(yīng)用最為廣泛，它是一種伴隨著使用高速電子計(jì)算機(jī)而發(fā)展起來(lái)的高效數(shù)值計(jì)算方法。但是，由于方程本身的復(fù)雜程度和求解域及邊界條件的復(fù)雜性，常使基本思路

1．連續(xù)體離散化2．單元分析3．整體分析1．連續(xù)體離散化

有限元法先將連續(xù)體劃分為有限個(gè)具有規(guī)則形狀的微小塊體，把每個(gè)微小塊體稱為單元，兩相鄰單元之間只通過(guò)若干點(diǎn)互相連接．每個(gè)連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。再把作用于各單元上的外載荷，按照虛功原理等效化成各單元的節(jié)點(diǎn)載荷。用劃分后由有限個(gè)單元組成的集合體代替原來(lái)的連續(xù)體，這一步稱為連續(xù)體的離散化。圖6—1是一懸臂保梁劃分為許多三角形單元的例子，三角形單元的三個(gè)頂點(diǎn)部足節(jié)點(diǎn)?；舅悸?/p>

1．連續(xù)體離散化2．單元分析3．整體分析1．

有限元法是以節(jié)點(diǎn)參數(shù)為基本未知量，根據(jù)所取基本未知量不同，可分為三類：①位移法；以節(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量；⑦力法：以節(jié)點(diǎn)力作為基本未知量；⑦混合法：以部分節(jié)點(diǎn)位移利部分節(jié)點(diǎn)力作為基本未知量：由于位移法易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算自動(dòng)化，因而在工程上得到廣泛采用。有限元法是以節(jié)點(diǎn)參數(shù)為基本未知量，根據(jù)所取基本2．單元分析

如采用位移法計(jì)算，首先要針對(duì)所選定的單元類型選擇一簡(jiǎn)單多項(xiàng)式函數(shù)近似表達(dá)單元內(nèi)各位移分量的分布規(guī)律．并把單元內(nèi)任意點(diǎn)位侈分量寫成統(tǒng)一形式的位移插值函數(shù)式，從而通過(guò)單元節(jié)點(diǎn)位移，表達(dá)出單元內(nèi)任意點(diǎn)的位移、應(yīng)變和應(yīng)力。其次，利用虛功原理或變分原理建立單元節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移之間的特性關(guān)系，稱為單元有限元方程式。該方程式可用矩陣形式表示為{F}i=[K]i。{q}i，其中{F}i是單元節(jié)點(diǎn)載荷分量組成的列陣；{q}i是由基本未知量節(jié)點(diǎn)位移分量組成的列陣；[K]i稱為單元?jiǎng)偠染仃?，它反映了單元?jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移之間存在的特性關(guān)系。不難看出，建立單元?jiǎng)偠染仃嚤萚K]i是單元分析中的核心．事實(shí)上它也是整個(gè)有限元分析中的關(guān)鍵性步驟。2．單元分析如采用位移法計(jì)算，首先要針對(duì)所選定3．整體分析這一步驟也稱作單元綜合。它是通過(guò)結(jié)構(gòu)力平衡條件和邊界條件把各個(gè)組成整體特性關(guān)系，即建立整體各節(jié)點(diǎn)載荷與節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系，形成整體有限元方程式。該方程式仍可用矩陣形式表示為F=Kq，其中F是由全部節(jié)點(diǎn)的載荷分量組成的列陣，q是由全部節(jié)點(diǎn)的位移分量組成的列陣；而K稱為整體剛度矩陣，它是由各單元?jiǎng)偠染仃嘯K]i疊加而成的。這表明，最后得到的是一組以全部節(jié)點(diǎn)位移分量為未知量的線性方程組。在引入邊界條件后求解上述聯(lián)立方程組，就可得到連續(xù)體力學(xué)問(wèn)題的數(shù)值解(包括位移、應(yīng)力和應(yīng)變等)。3．整體分析這一步驟也稱作單元綜合。它是通過(guò)結(jié)構(gòu)力平衡條件和通過(guò)以上介紹，不難看出，有限元法是由整體到分塊，又從分塊組集整體的分析方法。通常，劃分單元越多，問(wèn)題的求解精度也就越高，但是計(jì)算量也會(huì)隨之迅速增大。由于劃分的單元是有限的，而得到的解也局限在有限的節(jié)點(diǎn)上，因此這種方法被稱作“有限(單)元法”，其“有限”性是相對(duì)于解析法中解的無(wú)限性而言的。通過(guò)以上介紹，不難看出，有限元法是由整體到分塊，又從分塊組集同時(shí)還可以看出，有限元法的實(shí)際應(yīng)用要借助兩個(gè)重要工具：矩陣算法和電子計(jì)算機(jī)。有限元法在理論上是將難于直接求解的偏微分方程(組)化解為一系列的線性代數(shù)方程組(對(duì)線性問(wèn)題)或非線性代數(shù)方程組(對(duì)非線性問(wèn)題)，而上述代數(shù)方程組在采用矩陣算法進(jìn)行處理時(shí)其性質(zhì)和解法都是比較完善和成熟的。而大量的線性或非線性方程組的求解，在實(shí)際應(yīng)用中靠人工完成是相當(dāng)困難的，因此有限元法是在大容量電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以后才獲得了飛速發(fā)展。同時(shí)還可以看出，有限元法的實(shí)際應(yīng)用要借助兩個(gè)重要工具：矩陣算機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)正在發(fā)展中的新技術(shù)．它包含的內(nèi)容十分豐富，涉及現(xiàn)代動(dòng)態(tài)分析方法、計(jì)算機(jī)技術(shù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論、設(shè)計(jì)方法等眾多學(xué)科范圍。目前，還沒(méi)有形成完整的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論、方法和體系，許多問(wèn)題尚需進(jìn)行深入廣泛的研究。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的大體過(guò)程是：對(duì)滿足工作性能要求的產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)圖樣，或?qū)π枰倪M(jìn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)實(shí)物進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，并作動(dòng)態(tài)特性分析。然后，根據(jù)丁程實(shí)際情況，給出其動(dòng)態(tài)特性的要求或預(yù)定的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo)，再按動(dòng)力學(xué)方法直接求解滿足設(shè)計(jì)日標(biāo)的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，或進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改設(shè)計(jì)與修改結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性預(yù)測(cè)，這種修改與修改預(yù)測(cè)反復(fù)多次，直到滿足機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的設(shè)計(jì)要求，即最后設(shè)計(jì)出滿意的機(jī)械產(chǎn)品。1.2.5動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)正在發(fā)展中的新技術(shù)．它包含的內(nèi)容十分豐內(nèi)容土要包括動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的基本概念；動(dòng)態(tài)分析中常用的建模方法，包括有限元建模法、傳遞矩陣建模法和實(shí)驗(yàn)建模法。內(nèi)容土要包括1.2.6機(jī)電產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)（工業(yè)設(shè)計(jì)）

工業(yè)藝術(shù)造型設(shè)計(jì)是工程技術(shù)與美學(xué)藝術(shù)相結(jié)合的一門新學(xué)科。它是指在保證產(chǎn)品實(shí)用功能的前提下，用藝術(shù)手段按照美學(xué)法則對(duì)工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行造型活動(dòng)，對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸、體面形狀、色彩、材質(zhì)、線條、裝飾及人機(jī)關(guān)