00-现代机械设计方法概论.ppt

12/23/2022112/23/202212/23/20221 1南京农业大学南京农业大学 机械设计教研室机械设计教研室 张海军张海军现代机械设计方法现代机械设计方法2021/9/231I I 绪论绪论现代设计方法概念现代设计方法概念设计方法的发展过程设计方法的发展过程 直觉直觉经验经验半理论半经验半理论半经验现代设计现代设计1.1 1.1 概述概述2021/9/232 在大学机械类专业的教学计划中，安排了一组在大学机械类专业的教学计划中，安排了一组机械设计类课程。机械设计类课程。这些课程的目的是向学生提供机械设计方面的这些课程的目的是向学生提供机械设计方面的基本理论和知识基本理论和知识，并，并通过通过各种教学环节使学生具备各种教学环节使学生具备进行机械设计的进行机械设计的基本能力基本能力，并具备进行机械试验的并具备进行机械试验的动手能力动手能力。通过这些课程和相关的实践活动，培养同学们的通过这些课程和相关的实践活动，培养同学们的创新精神、团队精神和工作作风创新精神、团队精神和工作作风。一、机械设计类课程简介一、机械设计类课程简介 1.2 1.2 现代设计方法的主要内容及特点现代设计方法的主要内容及特点2021/9/233机械设计系列课程机械制图 机械设计基础 工程力学 现代机械设计方法 必修课必修课 选修课选修课 2021/9/234二、机械设计的方法工业革命以来工业革命以来力学和材料科学的发展力学和材料科学的发展运动学分析与设计运动学分析与设计动力学分析与设计动力学分析与设计工作能力的分析与设计工作能力的分析与设计产生的时代：产生的时代：产生的基础：产生的基础：基本内容：基本内容：产生的时代：产生的时代：产生的基础：产生的基础：20世纪下半期世纪下半期计算机的发明与快速发展计算机的发明与快速发展常规设计方法常规设计方法现代设计方法现代设计方法2021/9/235 方案设计方案设计 运动学分运动学分 析与设计析与设计动力学分动力学分析与设计析与设计 零件工作零件工作 能力设计能力设计结构设计结构设计 创造性创造性主要依靠经验，通主要依靠经验，通过类比方法进行过类比方法进行主要依赖于设计者主要依赖于设计者的灵感的灵感有系统的理论有系统的理论方法，但往往方法，但往往只能近似满足只能近似满足运动学要求运动学要求受到计算手段受到计算手段的制约，分析的制约，分析较简单。较简单。常将复杂问题简化，得出近常将复杂问题简化，得出近似公式或经验公式。一般按似公式或经验公式。一般按静载荷计算，引入动载系数静载荷计算，引入动载系数常采用类比常采用类比的方法的方法1.1.常规设计方法常规设计方法常规设计方法常规设计方法2021/9/236机械零件设计的一般步骤机械零件设计的一般步骤选择零件类型、结构选择零件类型、结构 计算零件上的载荷计算零件上的载荷确定计算准则确定计算准则选择零件的材料选择零件的材料确定零件的基本尺寸确定零件的基本尺寸结结 构构 设设 计计校校 核核 计计 算算画出零件工作图画出零件工作图写出计算说明书写出计算说明书2021/9/237常规设计方法常规设计方法有如下不足：有如下不足：n 方案设计过分依赖设计者个人的经验和水平；方案设计过分依赖设计者个人的经验和水平；一般满足于获得一个可用方案，而不是最佳方案；一般满足于获得一个可用方案，而不是最佳方案；n 受计算手段的限制，简化假定较多，影响了设受计算手段的限制，简化假定较多，影响了设计质量；计质量；n 设计工作周期长、效率低，不能满足市场竞争设计工作周期长、效率低，不能满足市场竞争激烈、产品更新速度加快的新形势。激烈、产品更新速度加快的新形势。2021/9/238机械现代设计方法简介12.机械现代设计方法现代设计方法从总体上概括为力求运用现代应用数学、应用力学、微电子学及信息科学等方面的最新成果与手段实现下列转换：q以动态的取代静态的如机器结构动力学计算。q以定量的取代定性的如有限元计算。q以随机量取代确定量如可靠性设计。q以优化设计取代可行性设计如优化设计。q并行设计取代串行设计如并行设计。q微观的取代宏观的如微纳米摩擦学设计。q系统工程法取代分部处理法如系统工程。q自动化设计取代人工设计的转化如计算机辅助设计。2021/9/239现代设计方法现代设计方法以动态取代静态以动态取代静态以定量取代定性以定量取代定性以变量取代常量以变量取代常量以优化取代可行性设计以优化取代可行性设计以并行取代串行设计以并行取代串行设计以微观取代宏观以微观取代宏观以系统工程取代分部处理以系统工程取代分部处理以自动化取代人工设计以自动化取代人工设计特征和发展动向：特征和发展动向：具体方法：具体方法：计算机辅助设计计算机辅助设计优化设计优化设计可靠性设计可靠性设计虚拟产品设计虚拟产品设计参数化设计参数化设计智能设计智能设计分形设计分形设计网上设计网上设计创新设计创新设计反求工程反求工程2021/9/2310 近年来，我国关于近年来，我国关于近年来，我国关于近年来，我国关于“见习机械设计工程师资格考试见习机械设计工程师资格考试见习机械设计工程师资格考试见习机械设计工程师资格考试”日益受到重视，和大学英语、计算机等级考试一样，日益受到重视，和大学英语、计算机等级考试一样，日益受到重视，和大学英语、计算机等级考试一样，日益受到重视，和大学英语、计算机等级考试一样，每年举行两次。每年举行两次。每年举行两次。每年举行两次。主要内容包括：机电企业管理导论、计算机主要内容包括：机电企业管理导论、计算机主要内容包括：机电企业管理导论、计算机主要内容包括：机电企业管理导论、计算机辅助设计及制造技术、辅助设计及制造技术、辅助设计及制造技术、辅助设计及制造技术、现代机械设计方法等课程。现代机械设计方法等课程。现代机械设计方法等课程。现代机械设计方法等课程。现代机械设计方法是其中的重要组成部分！学现代机械设计方法是其中的重要组成部分！学现代机械设计方法是其中的重要组成部分！学现代机械设计方法是其中的重要组成部分！学现代机械设计方法是其中的重要组成部分！学现代机械设计方法是其中的重要组成部分！学习该课程，不是完全摒弃传统设计方法，而是多掌握一习该课程，不是完全摒弃传统设计方法，而是多掌握一习该课程，不是完全摒弃传统设计方法，而是多掌握一习该课程，不是完全摒弃传统设计方法，而是多掌握一习该课程，不是完全摒弃传统设计方法，而是多掌握一习该课程，不是完全摒弃传统设计方法，而是多掌握一些新的设计理论和方法。些新的设计理论和方法。些新的设计理论和方法。些新的设计理论和方法。些新的设计理论和方法。些新的设计理论和方法。1.3 1.3 学习现代设计方法的意义学习现代设计方法的意义 产品的设计是决定产品性能、质量、成本和企业经产品的设计是决定产品性能、质量、成本和企业经济效益的重要环节。产品的核心竞争力很大程度上取济效益的重要环节。产品的核心竞争力很大程度上取决于设计。通过学习，力争提高产品设计水平，既能决于设计。通过学习，力争提高产品设计水平，既能缩短设计周期，又能提高产品质量。缩短设计周期，又能提高产品质量。2021/9/23111.了了解解创创新新设设计计、有有限限元元分分析析、优优化化设设计计、可可靠靠性性设设计计等方法的原理、功能、特点与工程应用。等方法的原理、功能、特点与工程应用。2.掌掌握握四四种种设设计计方方法法中中涉涉及及到到的的主主要要概概念念、主主要要模模型型、基本方法。基本方法。3.具具有有完完整整地地运运用用这这些些方方法法解解决决简简单单工工程程实实际际问问题题的的能能力。力。1 1总体要求总体要求总体要求总体要求现代机械设计方法大纲现代机械设计方法大纲2021/9/23122 2相关内容和要求相关内容和要求相关内容和要求相关内容和要求1.创新设计创新设计2.有限元方法有限元方法与软件应用与软件应用1.1 基本概念基本概念1.2 冲突及其解决原理冲突及其解决原理1.3 利用技术进化模式利用技术进化模式2.1 基本思想基本思想 2.2 弹性力学基本理论弹性力学基本理论2.3 弹性力学有限元法弹性力学有限元法2.4 设计分析若干问题设计分析若干问题2.5 有限元分析软件有限元分析软件3.1 基本概念基本概念3.2 优化设计数学模型优化设计数学模型3.3 优化设计数学基础优化设计数学基础3.4 无约束优化方法无约束优化方法3.5 有约束优化方法有约束优化方法3.6 机械优化设计应用机械优化设计应用4.1 可靠性度量指标可靠性度量指标4.2 常用概率分布常用概率分布4.3 零件可靠性设计零件可靠性设计4.4 机械系统的可靠性机械系统的可靠性3.优化设计优化设计4.可靠性设计可靠性设计2021/9/23131.1.三、三、三、三、本课程要求的主要内本课程要求的主要内本课程要求的主要内本课程要求的主要内容容容容1.计算机辅助计算机辅助设计设计CAD2.有限元方法有限元方法与软件应用与软件应用2.1 基本思想基本思想 2.2 弹性力学基本理论弹性力学基本理论2.3 弹性力学有限元法弹性力学有限元法2.4 设计分析若干问题设计分析若干问题2.5 有限元分析软件的应用有限元分析软件的应用3.1 基本概念基本概念3.2 优化设计数学模型优化设计数学模型3.3 优化设计数学基础优化设计数学基础3.4 无约束优化方法无约束优化方法3.5 有约束优化方法有约束优化方法3.6 机械优化设计应用机械优化设计应用4.1 可靠性度量指标可靠性度量指标4.2 常用概率分布常用概率分布4.3 零件可靠性设计零件可靠性设计4.4 机械系统的可靠性机械系统的可靠性3.优化设计优化设计4.可靠性设计可靠性设计1.1 CAD概述概述1.2 CAD系统的构成系统的构成1.3 工程数据处理方法工程数据处理方法1.4 数据库及其应用数据库及其应用1.5 图形处理技术图形处理技术 1.6 常用常用CAD软件软件2021/9/2314学习要求学习要求1.1.课堂讲解与课外自学相结合；课堂讲解与课外自学相结合；2.2.上课认真听讲，按时完成作业；上课认真听讲，按时完成作业；3.3.基于课程内容繁杂的特点，应注意平时知基于课程内容繁杂的特点，应注意平时知识的积累。识的积累。考核方式：考核方式：课程设计成绩课程设计成绩 闭卷闭卷(70%)+(70%)+平时平时(30%)(30%)教材：现代机械设计方法倪洪启主编，化工出版社教材：现代机械设计方法倪洪启主编，化工出版社2021/9/2315