你知道的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有哪些

1、1.你知道的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有哪些？列出兩種.說出他的內(nèi)涵， 特點(diǎn)，關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)方法和步驟。現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛 應(yīng)用而在設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展起來的一門新興的多元交叉學(xué)科。它是以設(shè) 計(jì)產(chǎn)品為目標(biāo)的一個(gè)總的知識(shí)群體的統(tǒng)稱，是為了適應(yīng)市場(chǎng)劇烈競(jìng) 爭(zhēng)的需要，為提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短設(shè)計(jì)周期，以及計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)中 的廣泛應(yīng)用，于60年代以來在設(shè)計(jì)領(lǐng)域相繼誕生與發(fā)展的一系列 新興學(xué)科的集成。其種類繁多，內(nèi)容廣泛。目前，它的內(nèi)容主要包 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、反求工程設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、

2、相似性設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、疲勞設(shè) 計(jì)、三次設(shè)計(jì)等。在運(yùn)用它們進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，一般都以計(jì)算機(jī)作 為分析、計(jì)算、綜合、決策的工具。這些學(xué)科匯集成了一個(gè)設(shè)計(jì)學(xué) 的新體系，即現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，它們包含了現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的各 個(gè)方面。本節(jié)以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元 法、工業(yè)藝術(shù)造型設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方法學(xué)及三次設(shè)計(jì)等為例，來說明現(xiàn) 代設(shè)計(jì)方法的基本內(nèi)容與特點(diǎn)。1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design)，簡(jiǎn)稱CAD。它是把計(jì)算 機(jī)技術(shù)引入設(shè)計(jì)過程，利用計(jì)算機(jī)來完成計(jì)算、選型、繪圖及其它 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。它應(yīng)包

3、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)及其它 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 言處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等構(gòu)成CAD的系統(tǒng)軟 件。通常所說的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)。CAD系統(tǒng)應(yīng)支 持設(shè)計(jì)過程各個(gè)階段，即從方案設(shè)計(jì)人手，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，C

4、AD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)。圖1-1 CAD工作 過程CAD的基礎(chǔ)工作是建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫、圖形庫、應(yīng)用程序 庫。典型的CAD工作過程如圖1-1所示。2有限元法有限元法（Finite Element Method）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。目前，該法不僅能用于工程中復(fù)雜的非線性問題、 非穩(wěn)態(tài)問題（如結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、熱傳導(dǎo)、電磁 場(chǎng)等方面問題） 的求解，而且還可用于工程設(shè)計(jì)中進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動(dòng)力分析， 并能準(zhǔn)確地計(jì)算形狀復(fù)雜零件（如機(jī)架、汽輪機(jī)葉片、齒輪等）的應(yīng) 力分布和變形，成為復(fù)雜零件強(qiáng)度和剛度計(jì)算的有力分析工具。

5、有 限元法的基本思想是：首先假想將連續(xù)的結(jié)構(gòu)分割成數(shù)目有限的小 塊體，稱為有限單元。各單元之間僅在有限個(gè)指定結(jié)合點(diǎn)處相聯(lián)接，用組成單元的集合體近似代替原來的結(jié)構(gòu)。在結(jié)點(diǎn)上引人等效結(jié)點(diǎn) 力以代替實(shí)際作用單元上的動(dòng)載荷。對(duì)每個(gè)單元，選擇一個(gè)簡(jiǎn)單的 函數(shù)來近 似地表達(dá)單元位移分量的分布規(guī)律，并按彈性力學(xué)中的變 分原理建立單元結(jié)點(diǎn)力與結(jié)點(diǎn)位移（速度、加速度）的關(guān)系（質(zhì)量、阻 尼和剛度矩陣），最后把所有單元的這種關(guān)系集合起來，就可以得到 以結(jié)點(diǎn)位移為基本未知量的動(dòng)力學(xué)方程。給定初始條件和邊界條件， 就可求解動(dòng)力學(xué)方程得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。依據(jù)這一思想，有限元 法的計(jì)算過程是：結(jié)構(gòu)離散化（即將連續(xù)構(gòu)件轉(zhuǎn)化為

6、若干個(gè)單元）； 單元特性分析與計(jì)算（即建立各單元的結(jié)點(diǎn)位移和結(jié)點(diǎn)力之間的關(guān) 系式，求出各單元的剛度矩陣）；單元組集求解方程（利用結(jié)構(gòu)力 的平衡條件和邊界條件，求出結(jié)點(diǎn)位移及各單元內(nèi)的應(yīng)力值）。所以， 有限元法的計(jì)算過程思想是“一分一合”，先分是為了進(jìn)行單元分析， 后合則是為了對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析。圖1-2所示是采用有限元 法對(duì)一圓柱直齒輪的輪齒應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算及分析的實(shí)例。圖1-2（a）為 網(wǎng)格分割圖，共分單元總數(shù)為257個(gè)，結(jié)點(diǎn)總數(shù)為563個(gè)。圖1-2（b） 為計(jì)算所得的應(yīng)力分布情況，圖中左右兩側(cè)的曲線表示主應(yīng)力。p， 沿兩邊齒 廓的分布情況，此外，圖中還標(biāo)明了危險(xiǎn)截面MN上 主應(yīng)力o 1 ， 2以及o y，max的分布情況。o t，近些年來， 有限元法的應(yīng)用得到蓬勃發(fā)展，國際上不僅研制有功能完善的各類 有限元分析 通用程序，如NASTRAN，ANSYS，ASKA，SAP等， 而且還帶有功能強(qiáng)大的前處理（自動(dòng)生成單元網(wǎng)格，形成輸入數(shù)據(jù)文 件）和后處理（顯示計(jì)算結(jié)果，繪制變形圖、等值線圖、振型圖并可動(dòng)態(tài)顯示結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)等）程序。由于有限元通用程序使用方