现代设计方法有限元法
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目前常见的机械现代设计方法
机械现代设计方法是指利用计算机辅助设计软件、仿真分析软件等现代化工具,将传统机械设计方法与现代科技手段相结合,以提高机械产品设计质量和效率。
目前常见的机械现代设计方法包括以下几种:
1. 三维建模设计:利用3D建模软件,将机械产品的三维模型建立起来,可视化地展现设计效果,便于设计师进行直观的审查和修改。
2. 有限元分析:利用有限元分析软件对机械产品进行力学分析,包括应力分析、变形分析、疲劳分析等,以评估产品的工作性能和耐久性。
3. 数值优化设计:利用数值优化算法,对机械产品的形状、材料等参数进行优化,以达到最优的设计效果。
4. 虚拟试验:利用仿真分析软件对机械产品进行虚拟试验,模拟产品在各种工作条件下的工作状态,预测产品的工作性能和故障情况,为产品的试制和改进提供依据。
5. 快速原型技术:利用快速原型技术,通过快速制造出机械产品的实物样品,以验证设计效果和性能,缩短产品开发周期。
以上方法在机械产品设计中得到广泛应用,为设计师提供了更加科学、高效、精准的工具和方法。
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现代设计方法思考题和练习题一、有限元部分思考题1 有限单元法中离散的含义是什么?有限单元法是如何将具有无限自由度的连续介质问题转变成有限自由度问题?2 位移有限单元法的标准化程式是怎样的?3 什么叫做节点力和节点载荷?两者有什么不同?为什么应该保留节点力的概念?4 单元刚度矩阵和整体刚度矩阵各有哪些性质?单元刚度系数和整体刚度系数的物理意义是什么?两者有何区别?5 减少问题自由度的措施有哪些?各自的基本概念如何?6 构造单元函数应遵循哪些原则?7 在对三角形单元节点排序时,通常需按逆时针方向进行,为什么?8采用有限元分析弹性体应力与变形问题有哪些特点和主要问题?9 启动ANSYS一般需几个步骤?每一步完成哪些工作?10 进入ANSYS后,图形用户界面分几个功能区域?每个区域作用是什么?11 ANSYS提供多种坐标系供用户选择,主要介绍的6种坐标系的主要作用各是什么?12工作平面是真实存在的平面吗?怎么样理解工作平面的概念和作用?它和坐标系的关系是怎样的?13 如何区分有限元模型和实体模型?14网格划分的一般步骤是什么?15单元属性的定义都有什么内容?如何实现?如何实现单元属性的分配操作?16自由网格划分、映射网格划分和扫掠网格划分一般适用于什么情况的网络划分?使用过程中各需要注意什么问题?17如何实现网格的局部细化?相关高级参数如何控制?18负载是如何定义和分类?19在有限元模型上加载时,节点自由度的约束有几种?如何实现节点载荷的施加?20与有限元模型加载相比,实体模型加载有何优缺点?如何实现在点、线和面上载荷的施加?21 ANSYS提供的两种后处理器分别适合查看模型的什么计算结果?22使用POST1后处理器,如何实现变形图、等值线图的绘制?习题试用ANSYS应用程序计算下列各题:1. 如习题图2-1,框架结构由长为1米的两根梁组成,各部分受力如图表明,μ,求各节点的力及力矩,节点位移。
⨯=,0.32E11.2pa1001=习题图2-1 框架结构2. 自行车扳手由钢制成,尺寸如习题图2-2,pa 1001.2E 11⨯=,0.32=μ,扳手的厚度为3mm,受力分布如图示,左边六边形固定,求受力后的应力、应变、及变形。
有限元法在机械设计中的应用有限元法是一种基于数学原理的现代计算技术,它被广泛应用于机械设计、结构分析、流体力学、电磁场等领域。
在机械设计中,有限元法可以帮助工程师们更准确地预测和分析结构性能,优化设计,提高产品质量和节约成本。
以下是有限元法在机械设计中的应用。
1. 结构分析有限元法最常用的应用是结构分析。
在机械设计中,结构分析可以帮助工程师们分析机械零部件的应力、变形、位移、刚度等特征。
通过有限元法,可以将结构分为许多小的单元,计算每个单元的应力和位移,并将它们整合成整体结构的应力和位移。
这样一来,工程师们可以更好地理解结构的性能,选择更合适的设计方案。
2. 材料选择在机械设计中,材料的选择是非常重要的。
有限元法可以对不同材料的性能进行计算,帮助工程师们选择最优的材料。
通过计算应力和位移,可以确定材料的强度、刚度、韧性等特性。
这样一来,工程师们就可以根据不同的需求选择适合的材料。
3. 疲劳分析疲劳分析是机械设计中的一个重要方面。
有限元法可以在设计过程中对零部件进行疲劳分析,计算它们的疲劳寿命。
通过预测零部件的疲劳寿命,工程师们可以选择更可靠的设计方案,避免机械失效和安全事故。
4. 模拟分析在机械设计的早期阶段,有限元法可以在计算机上进行模拟分析,帮助工程师们进行设计可行性分析。
通过模拟分析,工程师们可以验证设计是否合理,优化设计,提高机械性能。
5. 优化设计有限元法还可以用于优化机械设计。
通过计算不同设计方案的性能,工程师们可以通过优化设计来改进机械性能。
这种优化设计方法可以在早期阶段对机械进行改进,避免在后期阶段出现缺陷和工作效率低下。
第一章1.现代设计方法只包含优化设计、有限元法和可靠性设计三种()。
答案:错2.下列为有限元分析软件的是()。
答案:Ansys3.绿色设计是现代设计方法的一种()。
答案:对第二章1.求解弹性力学问题的方法有哪些()。
答案:应力法;位移法;混合法2.下列不属于空间问题基本单元的是()答案:三角形3.有限元法首先求出的解是(),单元应变和应力都是由它求得。
答案:节点位移4.平面应变单元也好,平面应力单元也好,如果以单位厚来作模型化处理的话会得到一样的答案()答案:错5.同一载荷作用下的结构,所给材料的弹性模量越大则变形值越小()答案:对6.设定边界条件是为了消除总刚度矩阵的奇异性()答案:对第三章1.组成优化设计数学模型的三要素是()。
答案:目标函数;约束条件;设计变量2.一优化设计问题,其设计变量为,,则下述正确的是()答案:设计空间是维欧式空间3.设计体积为的圆柱形包装盒,按用料最省的原则要确定其高度和直径,其设计变量是()答案:直径4.优化设计数学模型为,那么和的关系为()答案:5.通过数值迭代算式计算出的两个迭代点对应的函数值与的大小关系为()答案:<6.一立柱的优化设计目标函数为,则其在处的梯度为()答案:7.梯度方向是目标函数值在某点范围内变化最快的方向。
()答案:对8.多维优化问题可以转为一维优化问题,一维搜索方法是多维优化问题的基础。
()答案:对9.对于函数,给定,,用黄金分割法求其极小值,第二次迭代的两个插入点为()答案:10.在单峰搜索区间内,取一点,用二次插值法计算得,若,并且函数,则新区间为()答案:第四章1.()分布现象在实际生活中是非常普通的。
答案:正态分布2.对100个零件的失效情况进行统计分析,其失效时已工作的时间及失效数如下表所示,运行时间/h1030100200失效数/个54133则,零件工作到100h时的可靠度为()答案:0.783.对100个零件的失效情况进行统计分析,其失效时已工作的时间及失效数如下表所示,运行时间/h1030100200失效数/个54133则,则零件工作到100h后的失效率为()答案:0.038/h4.串联系统中,串联的单元数增多时,系统的可靠度()。
现代设计方法设计是人类改造自然的一种重要的创新活动。
可以说,人类在改造自然的历史长河中一直从事着设计活动,一直生活在大自然和自身“设计”的世界中。
机械设计,建筑设计、服装设计等设计活动都有着十分悠久的历史,人类通过通过这些设计活动创造了丰富而伟大的物质文明。
从某种意义上来讲,人类文明的历史,就是不断进行设计活动的历史。
人类自觉的设计活动开始于15世纪,欧洲文艺复兴时期,但直到20世纪中期,设计仍被限定在狭窄的专业范围内。
随着科学技术和生产力的不断发展,设计和设计科学也在不断地想更深、更广的层次发展,其内容、要求、理论和手段等都在不断更新,设计的内涵和外延也都在扩大。
设计不再仅仅是考虑构成产品的物质条件和能够满足的功能需求,而是综合了经济、社会、环境、人机工程学、人的心理、文化层次等多种因素的系统设计。
从设计内容上来看,设计贯穿了产品从孕育到消亡的真个生命周期,含钙量需求获取、概念设计、技术设计、技术设计、详细设计、工艺设计、营销设计及回收设计等设计活动,并把实验、研究、设计、制造、安装、使用、维修、作为一个整体来进行规划。
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多元交叉学科,是一设计产品为目标的一个只是群体的统称。
他是为了适应剧烈的师承竞争的需要,提高设计质量和缩短设计周期,以及推动计算机在设计中的广泛应用,于20世纪60年代在设计领域诞生与发展起来的一些列的新兴学科的集成。
随着网络时代的到来,全球化的经济进程的家属,迫使企业面对全球化的大市场,参与国际市场的竞争,企业间的合作越来越广泛,为了真和资源,需要形成超越空间约束的分散网络的设计开发系统,以进行动态联盟组织的设计及制造活动,支持企业实施异地协同设计,形成跨地区的联合设计。
现代设计方法的分类及主要现代设计方法简介在产品设计领域,机械产品的设计最有代表性和典型性,这里主要以机械产品的现代设计方法为主进行介绍。