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现代设计理论与方法考试范围现代设计理论与方法 1.工业产品设计具有哪些特征？ 1）需求特征，2）创造特征，3）程序特征，4）时代特征。 2.传统设计是以经验总结为基础，运用力学和数学而形成的经验、公式、图标、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。 3.现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，它继承了传统设计的精华，吸收了当代科技成果和计算机技术。 4.现代设计与传统设计方法相比，具有哪些转变？ 1）产品结构分析的定量化，2)产品工况分析的动态化，3）产品质量分析的可靠性化， 4）产品设计结果的最优化，5)产品设计过程的高效化和自动化。 5.现代产品的设计类型：1）开发性设计，用新科学技术进行新产品的设计； 2）适应性设计，对产品局部变更，使其更广泛地适应使用要求的设计； 3）变型设计，改变现有产品的结构配置和尺寸，满足不同要求的使其。 6.机械优化设计的四步程序是：1）设计课题分析，2）建立数学模型，3)选择优化方法，4）上机计算择优。 7.机械优化设计的数学模型的三要素：1）设计变量，2）目标函数，3)约束条件。 8.运用数值迭代法寻找到目标函数的极小值，关键要解决的三个问题： 1）如何确定迭代步长(k）， 2）怎样选定搜索方向S(k）， 3）如何判断是否找到了最优点，以终止迭代。 9.迭代终止准则：1）点距足够小准则， 2)函数下降量足够小准则， 3）函数梯度充分小准则。 10.可靠性的定义：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。 它包含四个要素：1）研究对象，2）规定的条件，3）规定的时间，4）规定的功能。 11.可靠度：指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率，用R表示。 12.失效率：又称故障率，产品工作t时刻时尚未失效的产品，在该时刻t以后的下一个单位时间内发生失效的概率。 13.MTTF是指不可修复产品从开始使用到失效的平均工作时间，或称平均无故障工作时间。 MTBF是指可修复产品两次相邻故障间工作时间的平均值，或称平均故障间隔时间。 14.机械可靠性设计和机械常规设计方法的主要区别： 1）零部件上的设计应力s是一个随机变量，其遵循某一分布规律，设应力的概率密度函数为g。 2）零件的强度参量c也是一个随机变量，设其概率密度函数为f。 15.零件强度设计与零部件设计的区别：零件的强度参量c也是一个随机变量，设其概率密度函数为f。零件的强度报过材料本身的强度，如抗拉强度、屈服强度、疲劳强度等机械性能，以及包括考虑零部件尺寸、表面加工情况、结构形状和工作环境等在内的影响强度的各种因素。它们都不是一个定值，有各自的概率分布。同样，对于零件的强度分布也可以由各随即变量分部间的运算获得。 16.(定义)CAD技术就是利用计算机的软硬件辅助设计者对产品进行规划、分析计算、综合、模拟、评价、绘图和编写技术文件等设计活动，其特点是将设计人员的思维、综合分析和创造能力与计算机的高速运算、巨大数据存储和快速图形生成等能力很好地结合起来。 17.CAD技术在机械工业中的应用： 1）二维绘图，2）图形及符号库，3）参数化设计，4）三维造型，5）工程分析，6）设计文档或生成报表。 18.有限元法的基本思想：将问题的求解域划分为系列单元，单元之间仅靠结点联接。 19.何谓单元分析？连续体离散化后，即可对单元体进行特性分析，简称为单元分析。 单元分析工作的两项：1）选择单元位移模式，2）分析单元的特性，即建立单元刚度矩阵。 20.有限元法的解题步骤：1）结构的力学模型简化，2）单元划分和插值函数的确定，3）单元特性分析， 4）整体分析，5）解有限元方程，6）计算应力应变。 21.什么是整体有限元方程式及其各参数含义？即整体结构的结点力与节点位移之间的关系：F=Kq ， F为整体总节点载荷列阵，K为整体结构的刚度矩阵或称总刚度矩阵，q是整体结构的所有节点的位移列阵。 22.工业造型设计的基本内容：1）产品的人机工程设计，或称宜人性设计，2）产品的形态设计， 3）产品的色彩设计，4）产品的铭牌、标识、字体等的设计。 23.产品造型设计的原则：1）实用，2）美观，3）经济。 其中实用原则的表现：1）适当的功能范围，2）优良的工作性能和使用性能。 24.反求工程也称逆向工程，就是针对消化吸收先进技术的系列分析方法和应用技术的综合的一项新技术。它以现代设计理论方法、生产工程学、材料科学为基础，运用各类专业人员工程设计的经验、知识和创新思维，对其已有新技术进行解剖、深化和再创造，而应用于产品开发和仿真制造的一种并行设计开发技术。 25.反求工程包含哪些方面？反求工程包括 设计反求 、 工艺反求 、 材料反求 和 管理反求 等各个方面。 26.反求对象的类型：1）实物反求，2）软件反求，3）影像反求。 27.实物反求的一般进程：1）工作准备，2）功能分析，3）反求实物性能测试，4）反求实物分解，5）测绘零件。 28.反求工程的步骤：1）数据采样，2）数据分析，3）数据恢复及修补，4）原始部件的分解， 5）模型信息处理及CAD模型的建立，6）部件装配，7）产品功能模拟，8）再设计等。 29.材料反求分析包含哪些方面？1）材料成分反求分析，2）材料组织结构反求分析，3）材料硬度反求分析。 其中材料组织结构反求分析包括材料的 宏观组织结构分析 和 微观组织结构分析 。 30.工艺反求，就是对于无法一次成形的板料或体积成形产品，必须根据最终的产品形状和不同的成形条件，设计出相应的中间工序件和毛坯形状，由于整个设计过程与成形工艺密切相关，则把这一过程称为工艺反求。 31. 绿色设计，即在产品整个生命周期内，着重考虑产品的可拆卸性、可回收性、可维护性、重复利用性等，同时保证产品的功能、经济、质量和使用寿命等要求。 32.绿色设计的特点：1）绿色设计是针对产品整个生命周期， 2）绿色设计是并行闭环设计， 3）绿色设计有利于保护环境，维护生态系统平衡，4）绿色设计可以减少不可再生资源的消耗， 5）绿色设计的结果是减少了废弃物数量及其处理的棘手问题。 33.绿色技术就是最大限度地节约资源和能源，减少环境污染，有利于人类生存而是用的各种现代技术、工艺和方法的总称。绿色设计和绿色制造是绿色技术的核心内容。 34.绿色设计的产品生命周期就是指从原材料生产、产品生产制造、装配、包装、运输、销售、使用直至回收重用及处理所涉及的各个阶段的总和。 35.绿色设计的产品生命周期的阶段：1）原材料获取阶段，2）绿色产品的规划、设计与生产制造阶段， 3）产品的分配和使用阶段，4）产品维护和服务阶段，5）废弃淘气产品的回收、重用及处理处置阶段。 36.绿色设计的内容：1）绿色材料及其选择，2）产品的可回收性设计，3）产品的可拆卸设计，4）绿色包装设计， 5）绿色产品的成本分析，6）绿色产品设计数据库与知识库。 37.绿色材料选择的三个原则：1）优先选用可再生材料，尽量选用回收材料，提高资源回收率，实现可持续发展， 2）尽量选用低能耗、少污染的材料，3）尽量选择环境兼容性好的材料及零部件，避免选用有毒、有害和有辐射特性的材料，所用材料应易于再利用、回收、再制造或易于讲降解。 38.动态设计，指的是机械结构和机器系统的动态性能在其图纸的设计阶段就得到充分考虑，整个设计过程实质上是动态分析技术、借助计算机分析、计算机辅助设计和仿真来实现的。 39.机械系统动态设计的主要内容包括两个方面： 1）建立一个切合实际的机械系统动态力学模型，从而为进行机械系统动态力学特性分析提供条件， 2）选择有效的机械系统动态优化设计方法，以获得一个具有良好的机械系统动态性能的产品结构设计方案。 40.动刚度KD是衡量机械系统及结构抗振能力的常用指标，在数值上等于单位振幅所需的动态力。 41.提高机械系统结构的动刚度措施：1）提高机械系统结构的静刚度，2）提高固有频率，3）增加结构阻尼。 42.技术系统是确定的人工系统的通称，它是以一定技术手段来实现社会特定需求的人造系统，它和操作者一起在技术工程中发挥预定的作用，使作业对象进行有目的的转换或变化。 43.摩擦学，是有关摩擦、磨损与润滑科学的总称，是研究相互接触的摩擦表面之间的摩擦和磨损的有关科学和技术的一门学科。 44.影响摩擦的因素：1）金属材料的性质，2）法向载荷，3）表面的滑动速度，4）环境及表面间的温度，5）表面的粗糙度，6）表面膜等。 45.关于材料磨损程度和耐磨性能的指标： 1）磨损量，指以尺寸、体积或重量的减少量来表示的磨损过程结果的量； 2）磨损率，是指磨损量对产生磨损的行程或时间之比值； 3）磨损度，指磨损量与发生磨损所经过的规定距离或所做的功之比值； 4）耐磨性，用以表示材料抵抗磨损的性能，它以规定的摩擦条件下的磨损率的倒数来表示。 大题和计算题 46. (大题，详见书p98)浴盘曲线的三个特征区： 1）早期失效期，2）正常运行期，3）耗损失效期。各特征区详看。 47.强度-应力关系图的相关内容，画干涉区。 48.黑箱法是根据系统的输入和输出关系来研究实现系统功能的一种方法。它将待求的系统看作未知数内容的“黑箱”，分析比较系统的输入和输出的能量、物料和信息，其性质或状态上的差别和关系就反映了系统的总共能。因此。可以从输入和输出的差别和关系的比较中找出实现功能的原理方案来，从而把黑箱打开，确定系统的结构。记住图的内容。 49.最优步长的计算。 已知f(x)=x1+2x2-4x1-2x1x2，以及点X22(k)=和S11(k)=，求K10(k+1)。 解：f(K(k)+aS(k)=(1+a´1)2+2´(1+a´0)2-4(1+a´1)-2(1+a´1)(1+a´0) =(1+a)2+2-4(1+a)-2(1+a) =a2-4a-3 f¢(K(k)+aS(k)=2a-4 令f¢(K(k)+aS(k)=0，即2a(k)-4=0，解得a(k)=2。 所以X(k+1)=X(k)+a(k)S(k)=X(k)+2S(k)=。 3150.零件强度可靠度的计算，见例3-6。 51.优化设计计算，见例2-2，例2-3.