現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)際與方法陳時(shí)錦：sjchen@機(jī)械制造及其自動(dòng)化系第一章概述課程教學(xué)的目的培育學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)的設(shè)計(jì)實(shí)際和方法處理工程問題的才干。教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代設(shè)計(jì)實(shí)際：重點(diǎn)內(nèi)容為系統(tǒng)分析法及發(fā)明性思想?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法：重點(diǎn)內(nèi)容為有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)和反求工程設(shè)計(jì)。1.1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)及其范疇一傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)的來源和設(shè)計(jì)技術(shù)的傳送手工藝人的設(shè)計(jì)及技術(shù)傳送師傅——徒弟〔適用的〕傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的傳送圖紙、閱歷、類比〔實(shí)驗(yàn)為根底的〕現(xiàn)代設(shè)計(jì)實(shí)際體系的建立與開展仿真、實(shí)際分析〔分析實(shí)驗(yàn)結(jié)合的〕1.1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)及其范疇一傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)2產(chǎn)品屬性變化對(duì)設(shè)計(jì)的要求〔傳統(tǒng)產(chǎn)品與現(xiàn)代產(chǎn)品〕產(chǎn)品的運(yùn)用屬性產(chǎn)品的社會(huì)屬性產(chǎn)品的效力屬性海爾是如何賺錢的？他把保險(xiǎn)公司的產(chǎn)品放到哪里去了？3現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本區(qū)別手工的、靜態(tài)的、閱歷的設(shè)計(jì)，被動(dòng)地分析產(chǎn)品的性能計(jì)算機(jī)化的、動(dòng)態(tài)的、科學(xué)的設(shè)計(jì)，自動(dòng)地設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能1.1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)及其范疇二現(xiàn)代設(shè)計(jì)的范疇1信息論方法,如信息分析法、技術(shù)預(yù)測(cè)法等。它是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的前提。2系統(tǒng)論方法,如系統(tǒng)分析法、人機(jī)工程以及面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì)。3控制論方法,如動(dòng)態(tài)分析法等。4優(yōu)化論方法,它是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的目的。5對(duì)應(yīng)論方法,如類似設(shè)計(jì)、反求工程設(shè)計(jì)等。6智能論方法,如CAE、并行工程、人工智能等。是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的中心。7壽命論方法,如可靠性設(shè)計(jì)、價(jià)值工程和穩(wěn)健性設(shè)計(jì)等。8離散論方法,如有限元和邊境元方法。9模糊論方法,如模糊評(píng)價(jià)和決策等。10突變論方法,如發(fā)明性設(shè)計(jì)等。它是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的根底。11藝術(shù)論方法,如藝術(shù)外型等。1.2設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)方法的研討內(nèi)容設(shè)計(jì)素質(zhì)的培育做合格的設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)步驟和程式組織和執(zhí)行設(shè)計(jì)處理詳細(xì)問題的方法和手段科學(xué)而嫻熟的方法1.2設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)述一機(jī)械設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)述1根本設(shè)計(jì)步驟調(diào)查研討方案設(shè)計(jì)任務(wù)圖設(shè)計(jì)樣機(jī)試制與鑒定2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方式3發(fā)明性設(shè)計(jì)方式1.2設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)述二設(shè)計(jì)技術(shù)知識(shí)維邏輯維時(shí)間維三機(jī)械構(gòu)造設(shè)計(jì)第二章系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的缺陷孤立、靜止地分析問題得到的結(jié)論具有片面性和部分性添加系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難度和本錢失敗的案例分析：某大型企業(yè)的技術(shù)引進(jìn)——XX壓力機(jī)設(shè)計(jì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法注重產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程注重分析系統(tǒng)內(nèi)部單元的相對(duì)關(guān)系從功能分析入手處理產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)2.1技術(shù)系統(tǒng)的組成和處置對(duì)象系統(tǒng)的組成系統(tǒng)單元系統(tǒng)構(gòu)造邊境條件輸入和輸出的要素2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的內(nèi)容系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)制造系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)涉及到產(chǎn)品開發(fā)和運(yùn)轉(zhuǎn)的一切環(huán)節(jié)，甚至包括產(chǎn)品的售后效力和產(chǎn)品失效〔報(bào)廢〕后處置，所以系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)不是單純的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法一設(shè)計(jì)過程分析1產(chǎn)品規(guī)劃重要度：極高。極少數(shù)人行為確定，受控度低，無補(bǔ)救措施。2方案設(shè)計(jì)重要度：高。少數(shù)人行為確定，受控范圍小，補(bǔ)救困難。3技術(shù)設(shè)計(jì)重要度：中。較多人行為確定，受控范圍大，較易補(bǔ)救。4施工設(shè)計(jì)重要度：低。受控度高，普通能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，易補(bǔ)救。工程設(shè)計(jì)中，大多數(shù)人了解施工設(shè)計(jì)非常重要，其緣由是施工設(shè)計(jì)是非常費(fèi)時(shí)而細(xì)致的任務(wù)，而且多數(shù)人只能看到施工設(shè)計(jì)或只需看見施工設(shè)計(jì)的才干。2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法二產(chǎn)品規(guī)劃明確所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的目的、義務(wù)和要求撰寫設(shè)計(jì)義務(wù)書目的：提供設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和決策的根據(jù)2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法二產(chǎn)品規(guī)劃1市場(chǎng)需求分析1)消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品功能、性能、質(zhì)量和數(shù)量等的詳細(xì)要求2)現(xiàn)有類似產(chǎn)品的銷售情況和銷售趨勢(shì)3)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)缺陷及開展趨向4)主要原料、配件和半廢品的現(xiàn)狀、價(jià)錢及變化趨勢(shì)等2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法二產(chǎn)品規(guī)劃2可行性分析1)技術(shù)分析——系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)2)經(jīng)濟(jì)分析——本錢、性能價(jià)錢比分析3)社會(huì)分析——產(chǎn)品開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法二產(chǎn)品規(guī)劃3可行性分析報(bào)告的內(nèi)容1)產(chǎn)品開發(fā)的必要性、市場(chǎng)調(diào)查和預(yù)測(cè)情況2)有關(guān)產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外程度及開展趨勢(shì)3)從技術(shù)上預(yù)期能到達(dá)的程度4)需求處理的關(guān)鍵技術(shù)問題5)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的分析6)投資費(fèi)用及時(shí)間進(jìn)度方案7)現(xiàn)有條件下開發(fā)的能夠性及預(yù)備采取的措施2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法二產(chǎn)品規(guī)劃4設(shè)計(jì)要求的擬定1)產(chǎn)品功能和性能2)設(shè)計(jì)參數(shù)和相關(guān)的目的3)制造及運(yùn)用等方面的限制條件2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法三方案設(shè)計(jì)1功能分析和原理方案擬定1)功能分析2)發(fā)明性設(shè)計(jì)3)分析——綜合——評(píng)價(jià)2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法三方案設(shè)計(jì)2功能分析的目的1)啟發(fā)發(fā)明性2)全面掌握對(duì)產(chǎn)品各方面的要求3)防止設(shè)計(jì)的盲目性4)全面思索功能和本錢的關(guān)系功能分析2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法三方案設(shè)計(jì)3功能的分類1)根本功能和輔助功能手機(jī)的功能分析2)必要功能和不用要功能短命的產(chǎn)品——金長(zhǎng)城家用電腦的功能分析3)運(yùn)用功能和外觀功能二十年來服裝的變化趨勢(shì)或潮流2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法三方案設(shè)計(jì)4根據(jù)功能的設(shè)計(jì)1)參考有關(guān)資料、專利或產(chǎn)品求解2)利用各種發(fā)明性方法以開闊思想來探尋解法3)采用形狀綜合法或相關(guān)表和相關(guān)網(wǎng)法進(jìn)展組合2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法三方案設(shè)計(jì)5功能分析設(shè)計(jì)法舉例1)發(fā)掘機(jī)的原理方案設(shè)計(jì)2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法三方案設(shè)計(jì)5功能分析設(shè)計(jì)法舉例2)電子皮帶秤的原理方案設(shè)計(jì)2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法四方案設(shè)計(jì)舉例瓶蓋整列安裝的原理方案設(shè)計(jì)2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法四方案設(shè)計(jì)舉例原理方案設(shè)計(jì)2.2系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法四方案設(shè)計(jì)舉例原理方案設(shè)計(jì)第三章發(fā)明性設(shè)計(jì)方法什么是發(fā)明建立新系統(tǒng)的過程狹義發(fā)明廣義發(fā)明個(gè)體發(fā)明力發(fā)明性設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)力與發(fā)明性的關(guān)系典型企業(yè)特征Wintel——用新產(chǎn)品進(jìn)展“搶劫〞麥當(dāng)勞和肯德基——為什么會(huì)虧損？3.1發(fā)明力和發(fā)明過程一培育發(fā)明力的條件發(fā)明力的培育1)豐富的知識(shí)和閱歷——知識(shí)和閱歷是發(fā)明的根底,是智慧的源泉。創(chuàng)培育是用已有的知識(shí)為前提去開辟新的知識(shí)。淺談水變油——沒有知識(shí)的創(chuàng)新只能是滑稽的創(chuàng)新淺談海水變油——1升海水所蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于300升汽油3.1發(fā)明力和發(fā)明過程一培育發(fā)明力的條件發(fā)明力的培育2)高度的發(fā)明精神——發(fā)明性思想才干并不是與知識(shí)量簡(jiǎn)單地成比例的,還需求有劇烈的參與發(fā)明的認(rèn)識(shí)和動(dòng)力。少年牛頓萊特兄弟孫圣和教授與博士生培育3.1發(fā)明力和發(fā)明過程一培育發(fā)明力的條件發(fā)明力的培育3)安康的心思質(zhì)量——要有不怕困難、刻意求新、百折不撓的堅(jiān)強(qiáng)意志。愛迪生與諾貝爾墻頭散步的精神病人3.1發(fā)明力和發(fā)明過程一培育發(fā)明力的條件發(fā)明力的培育4)科學(xué)而嫻熟的方法——必需掌握各種發(fā)明技法和其他的工程技術(shù)研討方法。馮康教授與有限元法3.1發(fā)明力和發(fā)明過程一培育發(fā)明力的條件發(fā)明力的培育5)嚴(yán)謹(jǐn)而科學(xué)的管理——發(fā)明需求引發(fā)和參與,也需求對(duì)其每個(gè)階段或步驟進(jìn)展嚴(yán)謹(jǐn)而科學(xué)的管理,這也是促進(jìn)發(fā)明發(fā)明的實(shí)現(xiàn)的要素之一。淺談神州飛船3.1發(fā)明力和發(fā)明過程一培育發(fā)明力的條件發(fā)明力的培育1)要抑制思想僵化和片面性,樹立辯證觀念。2)要擺脫傳統(tǒng)思想的束縛,不盲目置信權(quán)威等。3)要消除不安康的心思,如膽怯和自大。4)要抑制妄自尊大的排他認(rèn)識(shí),留意發(fā)揚(yáng)群體的發(fā)明認(rèn)識(shí)等。從過高空懸索看我們本身的心思弱點(diǎn)。從同窗到上司。我看文化革命。3.1發(fā)明力和發(fā)明過程二發(fā)明發(fā)明過程分析預(yù)備階段——提出問題、搜集資料、定向科學(xué)分析等。發(fā)明階段——構(gòu)思、頓悟和發(fā)現(xiàn)等。整理結(jié)果階段——驗(yàn)證、評(píng)價(jià)和公布等。尺有所短，寸有所長(zhǎng)——談發(fā)明發(fā)明中的人才任用3.1發(fā)明力和發(fā)明過程二發(fā)明發(fā)明過程分析1意念什么是意念及意念的獲取方法值得研討？值得改良？也許能實(shí)現(xiàn)？顧客需求的不是這個(gè)？顧客需求的也許是這個(gè)？下屬對(duì)我的做法不稱心？上級(jí)對(duì)我的任務(wù)不稱心？同級(jí)覺得和我溝通困難？客戶對(duì)我不稱心？客戶流失？3.1發(fā)明力和發(fā)明過程二發(fā)明發(fā)明過程分析2概念報(bào)告〔廣義的履歷表、方案表〕概念報(bào)告的內(nèi)容概念報(bào)告的修正概念報(bào)告的作用3.1發(fā)明力和發(fā)明過程二發(fā)明發(fā)明過程分析3可行模型4工程模型5可見模型從可視化到虛擬制造6樣品原型7小批消費(fèi)3.2發(fā)明性思想發(fā)明性思想和發(fā)明技法是發(fā)明的中心常規(guī)思想的主要特點(diǎn)常規(guī)性——即習(xí)慣性、通常性單向性——即只向常規(guī)的習(xí)慣方向思索單一性——即只思索一種方案、一種思緒邏輯性——即通常的邏輯思想范疇等發(fā)明性思想的主要特點(diǎn)獨(dú)特性——即與眾不同多向發(fā)散性——即立體性思想、多答案非邏輯性——即出人預(yù)料連動(dòng)性——即由此及彼性綜合性——發(fā)明是多種思想方式的綜合,在綜合中創(chuàng)新3.2發(fā)明性思想一發(fā)散思想與收斂思想發(fā)散思想是一種讓思緒向多方向、多數(shù)量全面展開的立體型、輻射型的思想方式。收斂思想是指針對(duì)由發(fā)散思想所提出的各種方案,分別逐一地進(jìn)展討論,做出比較、評(píng)價(jià)和選擇,將問題集中到使它獲得處理的某一種或某幾種方案上,并最終使問題獲得處理的思想過程。發(fā)散思想和收斂思想都具有它們各自的特點(diǎn),缺一不可。3.2發(fā)明性思想二想像想像是人腦在過去的感知的根底上對(duì)所感知的籠統(tǒng)進(jìn)展加工、改造，創(chuàng)建出新籠統(tǒng)的過程。是對(duì)沒有關(guān)聯(lián)的事物經(jīng)過重新組合、搭配,構(gòu)成新的有聯(lián)絡(luò)的事物的思想過程。消極想像和積極想像再造想像、發(fā)明想像和憧憬3.2發(fā)明性思想三靈感人們?cè)诎l(fā)明活動(dòng)中,有時(shí)長(zhǎng)期冥思苦想,找不出好的方法去處理問題,但在某種情況下卻恍然大悟,問題迎刃而解。這種景象稱為靈感。 靈感具有突發(fā)性、目的性、獨(dú)創(chuàng)性、隨機(jī)性和瞬時(shí)性的特點(diǎn),是發(fā)明性思想中作用宏大的一種思想方式,是發(fā)明活動(dòng)中到達(dá)最高階段出現(xiàn)的一種最富有發(fā)明性的心思形狀。3.2發(fā)明性思想三靈感在長(zhǎng)期積累的前提下偶爾得之；在有意追求的過程中元意得之；在循常思想的根底上反常得之；在良好的精神形狀下怡然得之；在調(diào)和的環(huán)境中悵然得之。3.3發(fā)明技法一列舉法希望列舉法電冰箱的冷藏冷凍區(qū)域劃分缺陷列舉法單放機(jī)的發(fā)明故事特性列舉法專賣店與超市3.3發(fā)明技法二智爆法〔集體聯(lián)想方式〕會(huì)議要求人員、方案處理的問題確定會(huì)議原那么創(chuàng)新、傾聽、贊賞實(shí)施程序氣氛、主持人技巧3.3發(fā)明技法三提問追溯法5W1HWhen?Where?Who?What?Why?How?二維微位移任務(wù)臺(tái)的工程圖設(shè)計(jì)問題舉例3.3發(fā)明技法三提問追溯法奧斯本檢核表法1)可否將產(chǎn)品的外形、制造方法等加以改動(dòng)?2)可否另作他用?3)有無其他更佳想象?4)改動(dòng)一下如何?5)放大如何?6)減少如何?7)用別的替代如何?8)反之如何?9)組合起來如何?3.3發(fā)明技法四反向探求和向前推演法反向探求法對(duì)現(xiàn)有的處理方案系統(tǒng)地加以否認(rèn)或?qū)ひ捚渌纳踔料喾吹囊幻?找出新的解法或啟發(fā)新的想法。向前推演法從一個(gè)最初的想象按一定方向逐漸向前探求,尋覓新的想法。3.3發(fā)明技法五聯(lián)想類推法類似聯(lián)想法河蚌育珠、牛黃籠統(tǒng)類比法噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)與沙漠中的沙丘借用法、仿生法蜂窩構(gòu)造3.3發(fā)明技法六組合法主體附加手機(jī)和收音機(jī)異類組合手表和U盤同類組合DVD和VCD分解組合前掠翼飛機(jī) 單兵飛行器輻射組合——納米技術(shù)坐標(biāo)組合——北京某肉制品廠的起死回生3.3發(fā)明技法七功能分析法八同中求異與異中求同對(duì)于熟習(xí)的事物把它看成是“陌生的〞清華校訓(xùn)“自強(qiáng)不息，厚德載物〞：出自<周易>：“天行健，君子以自強(qiáng)不息〞、“地勢(shì)坤，君子以厚德載物〞。哈工大校訓(xùn)“規(guī)格嚴(yán)厲，功夫到家〞：航天人的精神被概括為：特別能吃苦，特別能戰(zhàn)斗，特別能攻關(guān)，特別能奉獻(xiàn)。對(duì)陌生的事物持“熟習(xí)的〞態(tài)度快速虎鉗的設(shè)計(jì)案例第四章機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)什么是可靠性可靠性能不能被量化可靠、不可靠；非?？煽?、很不可靠；可靠度到達(dá)99.99%??可靠性與合格可靠性的代價(jià)數(shù)據(jù)的獲取代價(jià)產(chǎn)品失效的代價(jià)4.1關(guān)于機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題一為什么要研討可靠性的問題由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)猛烈,產(chǎn)品更新快,許多新元件、新資料、新工藝等未及成熟實(shí)驗(yàn)就被采用,因此呵斥缺點(diǎn)。隨著產(chǎn)品或系統(tǒng)日益向大容量、高性能參數(shù)開展,尤其是機(jī)電一體化技術(shù)的開展,使整機(jī)或系統(tǒng)變得復(fù)雜,零、部件的數(shù)量大增,致使其發(fā)生缺點(diǎn)的時(shí)機(jī)增多,往往由于一個(gè)小零件、小安裝的失效而釀成大事故。為了維護(hù)用戶的利益,在一些工業(yè)國(guó)家中實(shí)行產(chǎn)品責(zé)任索賠方法。產(chǎn)品或系統(tǒng)可靠性的提高可運(yùn)用戶獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。4.1關(guān)于機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題二我國(guó)機(jī)電產(chǎn)品可靠性現(xiàn)狀可靠性差汽車電子產(chǎn)品芯片的消費(fèi)方式妨礙新技術(shù)的運(yùn)用航天研討中的新技術(shù)運(yùn)用4.1關(guān)于機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題三為什么會(huì)出現(xiàn)可靠性問題平安系數(shù)為主的機(jī)械設(shè)計(jì)方法計(jì)算平安系數(shù)時(shí)以為資料的強(qiáng)度F和零件所接受的應(yīng)力S都是取單值的坦克的設(shè)計(jì)問題坦克的戰(zhàn)場(chǎng)壽命坦克的損壞方式4.1關(guān)于機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題三為什么會(huì)出現(xiàn)可靠性問題可靠性設(shè)計(jì)假設(shè)強(qiáng)度分布和應(yīng)力分布都是正態(tài)分布4.1關(guān)于機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題三為什么會(huì)出現(xiàn)可靠性問題4.1關(guān)于機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題四機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)容可靠性實(shí)際根底。如可靠性數(shù)學(xué),可靠性物理,可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)、可靠性環(huán)境技術(shù),可靠性數(shù)據(jù)處置技術(shù),可靠性根底實(shí)驗(yàn)以及人在操作過程中的可靠性等?？煽啃赃\(yùn)用技術(shù)。如運(yùn)用要求調(diào)查,現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)搜集和分析,失效分析,零件、機(jī)器和系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè),軟件可靠性,可靠性評(píng)價(jià)和驗(yàn)證,包裝、運(yùn)輸、保管和運(yùn)用的可靠性規(guī)范,可靠性規(guī)范等。4.2可靠性的概念和目的可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的才干。缺點(diǎn)：產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能。維修度：可以維修的產(chǎn)品在規(guī)定條件下運(yùn)用，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按規(guī)定的程序和方法進(jìn)展維修時(shí)，堅(jiān)持或恢復(fù)到能完成規(guī)定功能的才干。有效度：可以維修的產(chǎn)品在某時(shí)辰所具有的或能維持規(guī)定功能的才干。4.2可靠性的概念和目的產(chǎn)品完成的規(guī)定功能1)性能不超越規(guī)定范圍的“性能可靠性〞2)構(gòu)造不斷裂破損的“構(gòu)造可靠性〞3)狹義可靠性和廣義可靠性4.2可靠性的概念和目的可靠性的目的1)可靠度(Reliability)2)失效率或缺點(diǎn)率(FailureRate)3)平均壽命(MeanLife)4)有效壽命(UsefulLife)5)維修度(Maintainability)6)有效度(Availability)7)重要度(Importance)4.2可靠性的概念和目的一可靠度和失效率可靠度——是時(shí)間的函數(shù)缺點(diǎn)(失效)概率4.2可靠性的概念和目的一可靠度和失效率缺點(diǎn)概率密度函數(shù)4.2可靠性的概念和目的一可靠度和失效率缺點(diǎn)分布函數(shù)〔累計(jì)缺點(diǎn)概率密度函數(shù)〕可靠度失效率4.2可靠性的概念和目的二三種失效率——失效方式隨機(jī)失效——指數(shù)分布失效概率為常數(shù)功能失效——正態(tài)分布零件的疲勞壽命和強(qiáng)度——韋布爾分布4.2可靠性的概念和目的三平均壽命平均壽命又稱平均失效時(shí)間(MTBF),它是一個(gè)和可靠性有關(guān)的很有用的數(shù)量目的。它是失效的平均間隔時(shí)間,即平均無缺點(diǎn)任務(wù)時(shí)間。4.3可靠性設(shè)計(jì)方法舉例〔自學(xué)〕主要設(shè)計(jì)根據(jù)應(yīng)力強(qiáng)度干涉實(shí)際期望、規(guī)范差平均壽命、可靠度設(shè)計(jì)方法查表數(shù)值積分4.4系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成單元→子系統(tǒng)→系統(tǒng)靠性設(shè)計(jì)的含義可靠性預(yù)測(cè)可靠性分配4.4系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)一系統(tǒng)模型1串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)4.4系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)一系統(tǒng)模型2并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)4.4系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)一系統(tǒng)模型3混聯(lián)絡(luò)統(tǒng)4.4系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)一系統(tǒng)模型4備用冗余系統(tǒng)4.4系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)一系統(tǒng)模型5復(fù)雜系統(tǒng)4.4系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)一系統(tǒng)模型6表決系統(tǒng)假設(shè)組成系統(tǒng)的n個(gè)單元中,只需有K個(gè)單元不失效,系統(tǒng)就不會(huì)失效,這樣的系統(tǒng)稱為n中取K系統(tǒng),簡(jiǎn)寫成K/n系統(tǒng)。4.4系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)一系統(tǒng)模型嚴(yán)厲地說,上述六種系統(tǒng)中,除串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)外,都可稱為冗余系統(tǒng)或貯備系統(tǒng)。由于并聯(lián)、混聯(lián)、等待系統(tǒng)等等,實(shí)踐上也都是部分單元在任務(wù),而另一些單元是作為備用的。備用冗余系統(tǒng)又可分為:冷貯備系統(tǒng)和熱貯備系統(tǒng)兩類。貯備單元在貯備期間沒有失效的叫冷貯備系統(tǒng);而貯備單元在貯備期間能夠失效時(shí),那么稱為熱貯備系統(tǒng)。因此,并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)和表決系統(tǒng)是熱貯備系統(tǒng)。

4.4系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)二系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)1串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)的可靠度計(jì)算對(duì)于串聯(lián)絡(luò)統(tǒng),雖然提高其組成單元的可靠度或降低它們的失效率可以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠度,但提高單元可靠度必將提高產(chǎn)品的制造本錢,因此宜權(quán)衡其得失。例如,對(duì)于一個(gè)由10個(gè)單元組成的串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)。假定這10個(gè)單元的可靠度一樣,那么當(dāng)失效率從10%降低到1%,系統(tǒng)的可靠度將從0.0026%升高到36.6%。然而,這個(gè)數(shù)值對(duì)普通產(chǎn)品或系統(tǒng)來說,并不是很理想的。但失效率從10%降到1%卻是件不容易的事。這樣一權(quán)衡,能夠是得不償失的。假設(shè)把同種零、部件進(jìn)展并聯(lián)組合,卻可在不提高零件可靠度(即不降低失效率)的條件下,提高產(chǎn)品或系統(tǒng)的可靠度。4.4系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)二系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)2并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)的可靠度計(jì)算這類系統(tǒng)只需當(dāng)一切的組成單元都失效時(shí)系統(tǒng)才失效。4.4系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)二系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)3混聯(lián)絡(luò)統(tǒng)的可靠度計(jì)算混聯(lián)絡(luò)統(tǒng)是串聯(lián)和并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)的組合,它們的可靠度計(jì)算可直接參照串聯(lián)和并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)的公式進(jìn)展。也可以采用"等效單元"的方法進(jìn)展計(jì)算,即首先把其中的串聯(lián)和并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)分別進(jìn)展計(jì)算,得出"等效單元"的可靠度,然后再就等效單元組成的系統(tǒng)進(jìn)展綜合計(jì)算,從而給出系統(tǒng)的可靠度。4.4系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)二系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)4備用冗余系統(tǒng)的可靠度計(jì)算假定貯備單元在貯藏期時(shí)間t內(nèi)不發(fā)生缺點(diǎn),且轉(zhuǎn)換開關(guān)(自動(dòng)或手動(dòng)的)是完全可靠的。那么當(dāng)各單元的可靠度函數(shù)是指數(shù)分布,并且時(shí),那么系統(tǒng)的可靠度為:4.4系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)二系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)5表決系統(tǒng)的可靠度計(jì)算設(shè)表決系統(tǒng)中每個(gè)單元的可靠度為R(t),那么系統(tǒng)的可靠度為:4.4系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)二系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)5復(fù)雜系統(tǒng)的可靠度計(jì)算當(dāng)系統(tǒng)可以分解為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)絡(luò)統(tǒng)時(shí),復(fù)雜系統(tǒng)可靠度的計(jì)算就可以按照前面闡明的方法進(jìn)展。但在實(shí)踐中,有的系統(tǒng)是不能簡(jiǎn)單地分解成串聯(lián)、并聯(lián)等來進(jìn)展計(jì)算的。例如,橋式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和非串、并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)就是這類系統(tǒng)。對(duì)這類復(fù)雜系統(tǒng),可以采用分解法、布爾真值表法或卡諾圖法進(jìn)展計(jì)算。4.6失效分析方法——失效樹分析第五章有限元分析方法什么是有限元法延續(xù)問題轉(zhuǎn)換為規(guī)那么離散區(qū)域計(jì)算的方法有限元法的開展早期運(yùn)用名詞提出有限元法所能處理的問題第五章有限元分析方法有限元運(yùn)用構(gòu)造分析流體及空氣動(dòng)力學(xué)分析電場(chǎng)及磁場(chǎng)分析線性分析非線性分析5.1有限元分析方法的根本概念一物體離散化二單元特性分析三單元組集四求解未知節(jié)點(diǎn)位移5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法一直接方法運(yùn)用根本定義直接推導(dǎo)單元特性5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法一直接方法運(yùn)用根本定義直接推導(dǎo)單元特性5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法一直接方法Kij表示j號(hào)節(jié)點(diǎn)的單位位移對(duì)i號(hào)節(jié)點(diǎn)力的奉獻(xiàn)。由功的互等定理有,所以單元?jiǎng)偠染仃囀菍?duì)稱的。5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法一直接方法5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法一直接方法5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法一直接方法5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法二虛功原理1設(shè)定位移函數(shù)5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法二虛功原理1設(shè)定位移函數(shù)5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法二虛功原理1設(shè)定位移函數(shù)5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法二虛功原理1設(shè)定位移函數(shù)5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法二虛功原理1設(shè)定位移函數(shù)5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法二虛功原理1設(shè)定位移函數(shù)5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法二虛功原理2由位移函數(shù)求應(yīng)變5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法二虛功原理3由應(yīng)變求應(yīng)力5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法二虛功原理4由虛功原理求單元的剛度矩陣根據(jù)虛功原理,當(dāng)構(gòu)造受載荷作用途于平衡形狀時(shí),在恣意給出的節(jié)點(diǎn)虛位移下,外力(節(jié)點(diǎn)力)及內(nèi)力所做的虛功之和應(yīng)等于零。5.2有限元法中單元特性的導(dǎo)出方法二虛功原理平面應(yīng)力問題的三角形單元?jiǎng)偠染仃?.3有限元法的解題步驟一單元剖分和插值函數(shù)確實(shí)定二單元特性分析三單元組集四解有限元方程五計(jì)算應(yīng)力5.3有限元法的解題步驟六用梁?jiǎn)卧M(jìn)展計(jì)算的實(shí)例1.單元剖分5.3有限元法的解題步驟六用梁?jiǎn)卧M(jìn)展計(jì)算的實(shí)例2.單元特性分析5.3有限元法的解題步驟六用梁?jiǎn)卧M(jìn)展計(jì)算的實(shí)例2.單元特性分析5.3有限元法的解題步驟六用梁?jiǎn)卧M(jìn)展計(jì)算的實(shí)例2.單元特性分析5.3有限元法的解題步驟六用梁?jiǎn)卧M(jìn)展計(jì)算的實(shí)例2.單元特性分析5.3有限元法的解題步驟六用梁?jiǎn)卧M(jìn)展計(jì)算的實(shí)例3.單元組集把單元①,②組合起來,構(gòu)成原構(gòu)造的整體。由于各個(gè)節(jié)點(diǎn)是處于平衡形狀的,所以節(jié)點(diǎn)1,3的內(nèi)力Fy1,Mz1和Fy3,Mz3分別等于節(jié)點(diǎn)1,3處的支反力和支反彎矩。5.3有限元法的解題步驟六用梁?jiǎn)卧M(jìn)展計(jì)算的實(shí)例3.單元組集組集后，外力為：5.3有限元法的解題步驟六用梁?jiǎn)卧M(jìn)展計(jì)算的實(shí)例3.單元組集組集后，右端項(xiàng)為：5.3有限元法的解題步驟六用梁?jiǎn)卧M(jìn)展計(jì)算的實(shí)例3.單元組集由單元的方式表示為：5.3有限元法的解題步驟六用梁?jiǎn)卧M(jìn)展計(jì)算的實(shí)例3.單元組集從單元?jiǎng)傟嚱M集成全構(gòu)造總剛陣,就是將各個(gè)單元的對(duì)應(yīng)于各自在度的剛度系數(shù),按原節(jié)點(diǎn)自在度對(duì)應(yīng)的行號(hào)和列號(hào)對(duì)號(hào)入座,填入全構(gòu)造總剛陣相對(duì)應(yīng)的行號(hào)和列號(hào)的位置中去。對(duì)于幾個(gè)單元共用的節(jié)點(diǎn),那么應(yīng)將這幾個(gè)單元對(duì)應(yīng)于該節(jié)點(diǎn)各自在度的剛度系數(shù)相加,作為全構(gòu)造剛陣中該節(jié)點(diǎn)自在度的剛度系數(shù)。而在沒有剛度系數(shù)與之對(duì)應(yīng)的地方,就填入0。5.3有限元法的解題步驟六用梁?jiǎn)卧M(jìn)展計(jì)算的實(shí)例4.求解變形邊境條件處置由于由構(gòu)造支承條件給出兩端為剛性固支：對(duì)于固支的自在度可以直接消除掉行和列。5.3有限元法的解題步驟六用梁?jiǎn)卧M(jìn)展計(jì)算的實(shí)例4.求解變形5.3有限元法的解題步驟六用梁?jiǎn)卧M(jìn)展計(jì)算的實(shí)例5.求解支反力可將已求得的、的數(shù)值一同代入方程組即可。5.3有限元法的解題步驟七用三角形單元計(jì)算的實(shí)例〔了解利用對(duì)稱性降低求解難度和提高求解精度〕5.4構(gòu)造分析的有限元法一矩形單元二薄板彎曲問題如板的厚度t與板在其他兩方向的尺寸之比小于1/15時(shí),可以為是薄板。對(duì)普通機(jī)器的箱體、支承件等,在用有限元計(jì)算將其離散為單元時(shí),大都采用這類薄板單元。5.4構(gòu)造分析的有限元法二薄板彎曲問題薄板彎曲問題在小變形時(shí)有如下的根本假設(shè):1)法線假設(shè)一一在板變形前垂直于中面的法線段,在板變形后依然垂直于彎曲了的中面。法線假設(shè)類似于梁彎曲的平截面假設(shè);2)正應(yīng)力假設(shè)一一在平行于中面的截面上,正應(yīng)力可忽略不計(jì)；3)小撓度假設(shè)一一板的中面只發(fā)生彎曲變形,且撓度很小。假設(shè)中面內(nèi)各點(diǎn)沒有平行于中面的變形。5.4構(gòu)造分析的有限元法三矩形薄板單元的位移函數(shù)5.5構(gòu)造動(dòng)力學(xué)問題的有限元法一構(gòu)造的動(dòng)力學(xué)方程完好的動(dòng)力學(xué)方程求解的難度和意義簡(jiǎn)化的求解方法求解的實(shí)踐意義5.5構(gòu)造動(dòng)力學(xué)問題的有限元法二單元的質(zhì)量矩陣一致質(zhì)量矩陣集中質(zhì)量矩陣5.5構(gòu)造動(dòng)力學(xué)問題的有限元法三構(gòu)造系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題的有限元解法求解系統(tǒng)特征值問題的方法,有雅可比如法、幕迭代法和反迭代法、子空間迭代法等。求解系統(tǒng)呼應(yīng)問題的方法,有振型疊加法和逐漸積分法〔顯式和隱式〕等。5.6有限元法的前后置處置簡(jiǎn)介一有限元網(wǎng)格自動(dòng)生成構(gòu)造的計(jì)算機(jī)表示方式自動(dòng)剖分的普通步驟線段剖分面剖分體剖分5.6有限元法的前后置處置簡(jiǎn)介二有限元法的后置處置模型圖描畫曲線表示表格表示第六章優(yōu)化設(shè)計(jì)方法6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)概述實(shí)現(xiàn)要求的功能期望輸出角實(shí)踐輸出角min6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)概述約束條件滿足運(yùn)動(dòng)條件滿足存在條件其他要求6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)概述實(shí)現(xiàn)最低本錢6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)概述實(shí)現(xiàn)最正確性能6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)概述優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型1.設(shè)計(jì)變量2.約束條件3.目的函數(shù)6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)概述優(yōu)化問題的幾何解釋6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)概述優(yōu)化問題的幾何解釋6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)概述優(yōu)化問題的極值條件6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)概述優(yōu)化問題的極值條件6.1優(yōu)化設(shè)計(jì)概述解析解法與數(shù)值解法優(yōu)化準(zhǔn)那么法與數(shù)學(xué)規(guī)劃法迭代終止條件6.2無約束優(yōu)化方法一概述無約束優(yōu)化方法可以分為兩類。一類是利用目的函數(shù)的一階或二階導(dǎo)數(shù)的無約束優(yōu)化方法,如最速下降法、共扼梯度法、牛頓法及變尺度法等。另一類是只利用目的函數(shù)值的無約束優(yōu)化方法,如坐標(biāo)輪換法,單形交換法及鮑威爾(Powell)法等。6.2無約束優(yōu)化方法二一維搜索方法試探法黃金分割二次插值6.2無約束優(yōu)化方法三最速下降法6.2無約束優(yōu)化方法四牛頓型方法6.2無約束優(yōu)化方法五共扼方向法共扼方向6.2無約束優(yōu)化方法六共軛梯度法利用函數(shù)的梯度構(gòu)造共軛方向6.2無約束優(yōu)化方法七變尺度法擬牛頓條件6.2無約束優(yōu)化方法八坐標(biāo)輪換法6.3 約束優(yōu)化問題的解法一概述二隨機(jī)方向法三復(fù)合行法6.3 約束優(yōu)化問題的解法四可行方向法X6.3 約束優(yōu)化問題的解法四可行方向法6.3 約束優(yōu)化問題的解法四懲罰函數(shù)法——內(nèi)點(diǎn)法6.3 約束優(yōu)化問題的解法四懲罰函數(shù)法——內(nèi)點(diǎn)法由于內(nèi)點(diǎn)法的迭代過程在可行域內(nèi)進(jìn)展,妨礙項(xiàng)的作用是阻止迭代點(diǎn)越出可行域。由妨礙項(xiàng)的函數(shù)方式可知,當(dāng)?shù)c(diǎn)接近某一約束邊境時(shí),其值趨近于0,而妨礙項(xiàng)的值陡然添加,并趨近于無窮大,好象在可行域的邊境上筑起了一道"圍墻",使迭代點(diǎn)一直不能越出可行域。顯然,只需當(dāng)懲罰因子r→0時(shí),才干求得在約束邊境上的最優(yōu)解。6.3 約束優(yōu)化問題的解法四懲罰函數(shù)法——內(nèi)點(diǎn)法6.3 約束優(yōu)化問題的解法五懲罰函數(shù)法——外點(diǎn)法6.3 約束優(yōu)化問題的解法五懲罰函數(shù)法——外點(diǎn)法由于外點(diǎn)法的迭代過程在可行域之外進(jìn)展。懲罰項(xiàng)的作用是迫使迭代點(diǎn)逼近約束邊境或等式約束曲面。由懲罰項(xiàng)的方式可知,當(dāng)?shù)c(diǎn)x不可行時(shí),懲罰項(xiàng)的值大于0。使得懲罰函數(shù)￠(x,r)大于原目的函數(shù),這可看成是對(duì)迭代點(diǎn)不滿足約束條件的一種懲罰。當(dāng)?shù)c(diǎn)離約束邊境愈遠(yuǎn),懲罰項(xiàng)的值愈大,這種懲罰愈重。但當(dāng)?shù)c(diǎn)不斷接近約束邊境和等式約束曲面時(shí),懲罰項(xiàng)的值減小,且趨近于0,懲罰項(xiàng)的作用逐漸消逝,迭代點(diǎn)也就趨近于約束邊境上的最優(yōu)點(diǎn)了。6.3 約束優(yōu)化問題的解法六增廣乘子法懲罰函數(shù)法原理簡(jiǎn)單,算法易行,適用范圍廣,并且可以和各種有效的無約束最優(yōu)化方法結(jié)合起來,因此得到廣泛運(yùn)用。但是,懲罰函數(shù)也存在不少問題,從實(shí)際上講,只需當(dāng)r→∞(外點(diǎn)法)或r→0(內(nèi)點(diǎn)法)時(shí),算法才干收斂,因此序列迭代過程收斂較慢。另外,當(dāng)懲罰因子的初值獲得不適宜時(shí),懲罰函數(shù)能夠變得病態(tài),使無約束最優(yōu)化計(jì)算發(fā)生困難。6.3 約束優(yōu)化問題的解法六增廣乘子法——等式約束6.3 約束優(yōu)化問題的解法六增廣乘子法——等式約束6.3 約束優(yōu)化問題的解法六增廣乘子法——等式約束6.3 約束優(yōu)化問題的解法七廣義簡(jiǎn)約梯度法1.簡(jiǎn)約梯度法6.3 約束優(yōu)化問題的解法七廣義簡(jiǎn)約梯度法1.簡(jiǎn)約梯度法6.3 約束優(yōu)化問題的解法七廣義簡(jiǎn)約梯度法2.廣義簡(jiǎn)約梯度法處理問題的思想——線性化用廣義簡(jiǎn)約梯度法求解具有不等式約束函數(shù)的優(yōu)化問題時(shí),需引進(jìn)新變量,將不等式約束函數(shù)轉(zhuǎn)化成等式約束函數(shù)第八章反求工程設(shè)計(jì)8.1概述一什么是“反求工程〞反求工程是針對(duì)消化吸收先進(jìn)技術(shù)的一系列分析方法和技術(shù)的綜合。運(yùn)用反求技術(shù)可以探求先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指點(diǎn)思想,分析產(chǎn)品的原理方案,掌握相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。第八章反求工程設(shè)計(jì)8.1概述二反求工程的類型實(shí)物反求影像反求技術(shù)文件反求8.1概述三反求工程所涉及的知識(shí)范圍系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)法發(fā)明性設(shè)計(jì)方法有限元分析方法幾何、半幾何的類似設(shè)計(jì)方法模塊化設(shè)計(jì)的方法圖形透視和圖形的幾何變換尺寸和公差確實(shí)定零件資料的選擇、資料的交換及外表處置方法傳動(dòng)鏈精度分析、零件動(dòng)態(tài)精度分析8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法一類似概念1.類似和類似常數(shù)表述類似景象的一切量,在空間中相對(duì)應(yīng)各點(diǎn)和在時(shí)間上相對(duì)應(yīng)的各瞬間,各自互成一定的比例關(guān)系,并且被約束在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系之中。對(duì)應(yīng)量〔有量綱〕的比例常數(shù)C稱為類似常數(shù)8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法一類似概念1.類似和類似常數(shù)(1)幾何類似(2)時(shí)間類似8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法一類似概念2.類似變換假設(shè)把一個(gè)知系統(tǒng)的每一個(gè)量的大小都用Cu的倍數(shù)來進(jìn)展變換,那么所得到的新系統(tǒng)就和原來的己知系統(tǒng)類似。這種從己知系統(tǒng)變換得到新的類似系統(tǒng)稱為類似變換。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法一類似概念2.類似變換關(guān)于類似常數(shù)的推論：8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法一類似概念3.類似定數(shù)一個(gè)知系統(tǒng)任何物理量的比值等于與之類似的系統(tǒng)中相對(duì)應(yīng)量的比值。類似定數(shù)是同一系統(tǒng)內(nèi)同類物理量之間的比值。4.類似常數(shù)和類似定數(shù)的區(qū)別8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法一類似概念5.類似目的有些物理量的類似定數(shù)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)群，例如質(zhì)點(diǎn)的速度是長(zhǎng)度和時(shí)間的導(dǎo)出量。綜合數(shù)群，稱為類似目的8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法一類似概念5.類似目的類似常數(shù)和類似定數(shù)只是規(guī)定了單值條件的類似,即物理(物理量)、空間(幾何)條件、時(shí)間條件(包括初始條件和過程的定常與不定?；蚍Q穩(wěn)定與不穩(wěn)定性)和邊境條件(即周圍介質(zhì)相互作用的條件,如對(duì)流體在管中的流動(dòng)來說,入口處與出口處的壓力和速度以及管壁處的速度等就是邊境條件)等的類似。然而,當(dāng)思索到一個(gè)物理景象的時(shí)候,往往是從描畫這個(gè)景象的方程式或方程組出發(fā),即要思索許多個(gè)對(duì)物理景象有影響的物理量,而不僅 是某一個(gè)物理量。因此,景象的類似不能只局限在類似常數(shù)和類似定數(shù)上面。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法一類似概念6.類似準(zhǔn)那么〔用牛頓運(yùn)動(dòng)定律闡明類似準(zhǔn)那么〕力=質(zhì)量x加速度F=mxdv/dt(F/m)x(dt/dv)=1——Ft/mv=idem8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法一類似概念6.類似準(zhǔn)那么在知系統(tǒng)和類似系統(tǒng)中,不同類物理量之間的乘積(綜合數(shù)群)必需在數(shù)值上相等。類似準(zhǔn)那么是一個(gè)無量綱的數(shù)。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法類似準(zhǔn)那么是一個(gè)無量綱的數(shù)首先,無量綱量能表達(dá)較深化的內(nèi)容。例如,無量綱長(zhǎng)度l/d表示幾倍于直徑的長(zhǎng)度,在流膂力學(xué)中,它的數(shù)值可以確定管內(nèi)流動(dòng)的形狀;無量綱速度ω/α(α是音速)表示幾倍于聲音的速度,它給人以流動(dòng)范圍(亞音速、超音速等)的概念,也使人聯(lián)想到在此不同流動(dòng)范圍內(nèi)的一些有關(guān)問題,如緊縮性、空氣功力和加熱寺;無量綱數(shù)群wl/v=Re(雷諾常數(shù))表達(dá)慣性力與粘滯力的比值,它的大小決議流動(dòng)處于層流、紊流形狀,也使人們聯(lián)想到一些有關(guān)的問題,如阻力特點(diǎn)等。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法類似準(zhǔn)那么是一個(gè)無量綱的數(shù)其次,有量綱量的數(shù)值和單位制的選擇有關(guān),這就涉及人的客觀意志。而物理定律是客觀存在的,它們不應(yīng)隨人的意志在表達(dá)時(shí)有所轉(zhuǎn)移。假設(shè)表達(dá)客觀規(guī)律的關(guān)系式用無量綱量來表述,那么不論采用什么單位,只需同類量的單位一致,那么無量綱量關(guān)系式的方式不會(huì)有任何改動(dòng)。因此,表達(dá)自然規(guī)律的最終方式應(yīng)該是無量綱的關(guān)系式。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法類似準(zhǔn)那么是一個(gè)無量綱的數(shù)再次,用無量綱量整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可以推行到類似景象中去,也使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容明顯減少。假設(shè)用無量綱量給類似下定義的話,那么類似是指無量綱量場(chǎng)幾何全等的景象。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法一類似概念7.類似準(zhǔn)那么的組合與變換類似準(zhǔn)那么是根據(jù)一定的方程式推導(dǎo)出來的,不是恣意選擇或拼湊起來的,它具有一定的物理意義。對(duì)于復(fù)雜景象,能夠存在幾個(gè)類似準(zhǔn)那么。由于類似景象的類似準(zhǔn)那么在數(shù)值上相等,所以類似景象可以根據(jù)需求寫成不同的方式,也可以和常數(shù)值或其他的類似準(zhǔn)那么進(jìn)展不同的組合或變換,所得的新的類似準(zhǔn)那么具有新的物理意義8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法一類似概念7.類似準(zhǔn)那么的組合與變換1)類似準(zhǔn)那么的指數(shù)幕,仍是類似準(zhǔn)那么;2)類似準(zhǔn)那么的指數(shù)積,仍是類似準(zhǔn)那么;3)類似準(zhǔn)那么與恣意常數(shù)的和或差仍是類似準(zhǔn)那么;4)類似準(zhǔn)那么間的和或差,仍是類似準(zhǔn)那么;5)類似準(zhǔn)那么中任一物理量用其差值替代仍是類似準(zhǔn)那么8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法二類似準(zhǔn)那么確實(shí)定1.方程分析法(1)類似變換法例8.1粘性不可緊縮流體的穩(wěn)定等溫流動(dòng)。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法(1)類似變換法8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法(1)類似變換法8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法(1)類似變換法恣意數(shù)得到三個(gè)類似目的及對(duì)應(yīng)的類似準(zhǔn)那么8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法二類似準(zhǔn)那么確實(shí)定1.方程分析法(2)類似變換法用方程式中的任一項(xiàng)去遍除其他各項(xiàng)。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法(2)類似變換法8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法二類似準(zhǔn)那么確實(shí)定2.量綱分析法根本量綱長(zhǎng)度質(zhì)量時(shí)間溫度8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法2.量綱分析法采用量綱分析法時(shí),應(yīng)首先了解所研討景象的物理本質(zhì),并正確決議參與景象的全部物理量。然后,根據(jù)表示物理關(guān)系的方程式等號(hào)兩端量綱應(yīng)該齊次的原那么,就可推算出指數(shù)未知的物理關(guān)系式,即得類似準(zhǔn)那么。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法2.量綱分析法例8.3 分析彈性體振動(dòng)的類似準(zhǔn)那么。1)定性分析彈性體振動(dòng)的固有頻率ω。與長(zhǎng)度L、資料密度ρ、彈性模量E、泊松比μ和阻尼比有關(guān)。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法2.量綱分析法例8.3 分析彈性體振動(dòng)的類似準(zhǔn)那么。2)設(shè)式中的a,b,c,d,e是待定數(shù)。由于該問題與溫度無關(guān),且參數(shù)μ和C是無量綱的量,結(jié)果只需n–r=4-3=1個(gè)類似準(zhǔn)那么。在列寫上面ω0的表達(dá)式時(shí),先寫主要的物理量,依次為次主要的物理量,這樣可使主要分析的幾個(gè)物理量只分別出如今一個(gè)類似準(zhǔn)那么中,便于分析。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法2.量綱分析法3)列出量綱方程式假設(shè)采用SI單位制,那么可以寫出8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法2.量綱分析法3)列出量綱方程式故彈性體振動(dòng)的頻率方程為,8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法2.量綱分析法4)假設(shè)有兩個(gè)類似系統(tǒng),那么類似常數(shù)方程5)類似準(zhǔn)那么8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法三模型實(shí)驗(yàn)許多工程問題,由于其復(fù)雜性,致使難于列出微分方程式;即使列出了微分方程式也無法求解。因此,單純靠數(shù)學(xué)方法還不能完全處理問題,而直接對(duì)實(shí)物進(jìn)展實(shí)驗(yàn)研討又有很大的局限性。因此,在模型上進(jìn)展?；杏懙姆椒ㄈ缃褚廊皇翘角笞匀灰?guī)律時(shí)采用的一種實(shí)驗(yàn)研討方法,依然是工業(yè)上產(chǎn)品開發(fā)中的重要環(huán)節(jié)。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法三模型實(shí)驗(yàn)所謂?；?是指不直接研討自然景象或過程本身,而是用和這些自然景象或過程類似的模型來進(jìn)展研討的一種方法。它是用方程分析或量綱分析方法導(dǎo)出類似準(zhǔn)那么,并在根據(jù)類似原理建立起來的模型上,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)求出類似準(zhǔn)那么之間的函數(shù)關(guān)系,再把此函數(shù)關(guān)系推行到設(shè)備實(shí)物上去,從而得到設(shè)備實(shí)物任務(wù)規(guī)律的一種實(shí)驗(yàn)研討方法。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法三模型實(shí)驗(yàn)從廣義角度看,?；菍?shí)物(原型)的形狀、任務(wù)規(guī)律或信息傳送規(guī)律在特定的(普通是簡(jiǎn)化的模型)條件下的一種類似再現(xiàn)。模型是指和實(shí)物的形狀、任務(wù)規(guī)律或信息傳送規(guī)律類似的物體或設(shè)備(如實(shí)驗(yàn)臺(tái)、計(jì)算機(jī)等)?；蛘哒f,模型是對(duì)所要研討的對(duì)象在某些特定方面的籠統(tǒng)。經(jīng)過模型對(duì)原型進(jìn)展研討,使其具有更深化、更集中的特點(diǎn)。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法三模型實(shí)驗(yàn)1.?；O(shè)計(jì)和模型實(shí)驗(yàn)(1)確定模型尺寸和資料(2)模型實(shí)驗(yàn)(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合方法8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法三模型實(shí)驗(yàn)2.?；O(shè)計(jì)舉例8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法四類似性設(shè)計(jì)為了滿足運(yùn)用者的不同要求,工廠常設(shè)計(jì)和消費(fèi)系列產(chǎn)品。所謂系列產(chǎn)品,是指具有一樣功能、一樣構(gòu)造方案、一樣或類似的加工工藝,且各產(chǎn)品相應(yīng)的尺寸參數(shù)及性能目的具有一定級(jí)差(公比)的產(chǎn)品。產(chǎn)品系列設(shè)計(jì)時(shí),首先選定某一中檔的產(chǎn)品為基型,對(duì)它進(jìn)展最正確方案的設(shè)計(jì),定出其資料、參數(shù)和尺寸。然后再按系列設(shè)計(jì)原理,即經(jīng)過類似原理求出系列中其他產(chǎn)品的參數(shù)和尺寸。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法四類似性設(shè)計(jì)1.幾何類似的產(chǎn)品系列設(shè)計(jì)系列產(chǎn)品在空間一切三個(gè)方向都應(yīng)按長(zhǎng)度的一樣公比來確定尺寸。假設(shè)系列中各產(chǎn)品的應(yīng)力、速度、改動(dòng)角等均一樣,并設(shè)它們具有一樣的資料、一樣的運(yùn)用條件。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法四類似性設(shè)計(jì)1.幾何類似的產(chǎn)品系列設(shè)計(jì)8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法四類似性設(shè)計(jì)2.幾何半類似的產(chǎn)品系列設(shè)計(jì)幾何半類似的在三個(gè)坐標(biāo)方向的尺寸公比能夠是不一樣的。應(yīng)該按照工藝、運(yùn)用要求等詳細(xì)情況來確定各參數(shù)的比例關(guān)系。因此,在系列設(shè)計(jì)時(shí)必需求進(jìn)展詳細(xì)分析。對(duì)于有些更復(fù)雜的問題,在類似設(shè)計(jì)時(shí),類似準(zhǔn)那么間的函數(shù)關(guān)系不能用簡(jiǎn)單的分析法得出,往往還需求經(jīng)過一些實(shí)驗(yàn)才干得出。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法四類似性設(shè)計(jì)設(shè)已有的任務(wù)臺(tái)寬B=380mm的雙柱式坐標(biāo)鍾床的橫梁-立柱-床身系統(tǒng)的剛度能滿足要求,現(xiàn)確定任務(wù)臺(tái)寬棚400,700,840,1000mm的橫梁-立柱-床身系統(tǒng)的斷面尺寸及其尺寸類似常數(shù)。8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法四類似性設(shè)計(jì)(1)橫梁-立柱框架斷面尺寸及其類似常數(shù)確實(shí)定按彈性構(gòu)造梁實(shí)際設(shè)計(jì)8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法四類似性設(shè)計(jì)類似目的8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法四類似性設(shè)計(jì)(2)床身斷面尺寸及其類似常數(shù)確實(shí)定對(duì)于雙柱坐標(biāo)鏜床床身,其高度h受操作方便性的限制,不能隨機(jī)床主參數(shù)B的添加而添加,只需床身的寬度b和主參數(shù)B成正比添加。類似目的可改寫為8.2類似實(shí)際及類似設(shè)計(jì)方法四類似性設(shè)計(jì)(2)床身斷面尺寸及其類似常數(shù)確實(shí)定即允許的載荷與坐標(biāo)鍾床任務(wù)臺(tái)寬度尺寸B的1次方或B的1.5次方成反比。也就是說,采用上述方法計(jì)算出的大規(guī)格的坐標(biāo)鍾床允許的載荷反而小了,與實(shí)踐要求是矛盾的。假設(shè)載荷按尺寸類似常數(shù)的同一數(shù)值來設(shè)計(jì),那么又將導(dǎo)致大規(guī)格機(jī)床的變形誤差類似常數(shù)增大。由此看出,床身的剛度問題是大規(guī)格坐標(biāo)鍾床設(shè)計(jì)的突出矛盾,必需采用增大床身壁厚或加筋板等措施,或者采用添加床身輔助支承?？梢?分析類似