技术与设计2复习提纲.doc

第一章 结构及其设计第一节 结构的概念一、结构的含义（1）从广义上讲，结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列，结构决定了事物的性质和形态。（2）从力学的角度讲，结构是指可承受一定载荷和应力的架构形态，结构可以抵抗能引起形状和大小改变的力。二、结构的作用对于应用于工程建设（如建筑、机械、冶金、化工）的结构，目前我们主要依据由伽利略、牛顿奠基的经典力学原理来评定其宏观作用，结构要能安全地使用，必须有足够的承载能力，这一能力包括以下三方面的要求：（1）应保证在一定的载荷作用下不致发生破坏（包括材料的塑性变形），也就是具有足够的强度；（2）应在使用过程中不产生过大的弹性变形，也就是具有足够的刚度；（3）保证在载荷作用下不致发生平衡状态的突然改变，也就是具有足够的稳定性。三、常见的结构类型常见的结构有桁架结构、薄壳结构和实体结构三大类。（一）桁架结构是以刚性的杆件为组成结构的基本单元。其特点是，支撑空间而不充满空间，如铁架塔、建筑用脚手架，厂房的框架、火箭发射塔等。（二）薄壳结构是由若干块薄板组成，板的厚度远小于其他两个尺寸的结构，可以做成具有曲面轮廓的外形。它的受力特点是，外力分散作用在结构体的表面上，如摩托车手的头盔、飞机的外壳、贝壳、圆顶体育馆。（三）实体结构是指结构体本身是实心的结构。它的受力特点是，外力分布在整个体积中，如实心墙、大坝等；（四）捆扎结构用缠绕或捆绑的方式对容易溃散或滑移的物体施加约束，可以保持整体结构的稳定性，如建筑工程的钢筋混凝土中常用到的箍筋结构。（五）焊接结构两个物体接触部分利用高温局部熔化，使材料融合，冷却后连成一体。（六）铸造结构铸造是将加热熔化了的金属注入所需形状的铸型型腔中，使其冷却凝固而制成零件毛坯的过程。小结：生活中很多物体的结构是由两种或两种以上的基本结构类型组合而成，称为组合结构，如埃菲尔铁塔等。第二节 结构是如何承受应力的一、 结构的受力分析从力学角度来说，结构是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。当一个结构受到外力作用时，内部各质点之间的相互作用会发生改变，产生一种抵抗的力，称为内力。应力是构件的单位横截面上所产生的内力，当应力达到某一极限（容许应力）时，结构就会遭到破坏。用公式表示为=F/s，其中F是内力，S是受力面积，是应力。单位为MPa 如：拉伸和压缩及其变形是物体发生应力作用的最简单的现象。承受拉力的有电梯钢丝绳、电力传输线路的电线、起重机上的吊钩等；承受压力的有建筑物中的立柱、墙壁以及桥梁等。又如：砖以一定的形式码放，并用水泥灰浆砌在一起，砖承受压缩应力。有些建筑物靠廊柱支撑，柱子受到轴线方向的压缩应力。二、 结构弯曲的受力分析当零件承受弯曲变形时，它的一面（这里指上面）被压缩，另一面却被拉伸。这两个面之间有一个中间层，它不承受压缩也不承受拉伸，故称为中性层。在建筑建筑结构中常用一拱形结构，这种结构有一个重要特性就是可以将所受的弯曲应力变成压缩应力。三、 抵抗张力结构的受力分析 在结构设计时要尽量避免载荷的发生，并要想办法分散受力，让结构的每部分都合理受力。应用：（1）球罐受力（球体形状容器抗张力强度高，圆柱形或其他几何形状的容器的抗张强度就不如球形容器（2）圆拱的受力（一旦圆拱受到集中的作用力（载荷），结构破坏的可能性增加，如何解，将圆拱拉成三角形）第三节 影响结构强度和稳定性的因素一、 结构大小和形状的影响比如：墙的最佳截面：使墙的上半部的百度小于墙基的宽度。可以经过计算，墙的截面为某种曲线形时最佳。（一）工业用型材的截面形状：具有“工”字形截面的梁结构更为合理。当然“工”字形有其它变形。（是不是工字梁最经济呢？不是，可以将“工”字梁腹板中的一部分材料挖去，形成许多孔口。（二）几何形状与结构稳定性的关系三角形和四边形桁架很常用。土木工程的建筑结构为了保持结构稳定性不能采用几何可变体，只能采用几何不变体系。但是在机器制造时，有时需要使零件之间能够相对运动，就需要采用几何可变体系，如火车车轮联动机构。（三）结构与对称结构对称表现出静态平衡，具有稳定性。如自然界中的人体、昆虫、树叶等。二、 材料性能的影响 （一）木材：当受力方向与木纹方向相同时（顺木纹），它的强度要比模木纹时大3-8倍。（二）金属：优点(1)密度大、强度高 （2）材质均匀、工作可靠 （3）塑性和韧性好，抗冲击和抗振动能力强 （4）制作工业化程度高，施工周期短（三）塑料：主要有三大类：合成橡胶、合成塑料、合成纤维。三、连接方式的影响工程上的结构是由多个构件按不同的连接方式组合而成的，常见的有焊接、铆接、螺栓连接、胶接、榫接等方式。（榫接主要是家具或建筑构件中木材的连接方法，如老式衣箱、抽屉等。）在结构连接处需要考虑过渡的方式，就是加点支撑什么的，有利于提高结构的稳定性。第四节 结构的模型或原型的设计与制作要求：1、学会提出设计方案并确定最佳方案 2、学会操作工具、量具和设备对材料进行加工，完成某种产品的结构模型或原型制作 3、学会通过实验判断结构是否合理和科学，发现问题并改进。结构设计应以一种或几种功能的实现为基本目标，应满足设计规范，满足使用者的基本需要。结构设计应考虑的主要因素有：功能、符合使用者对设计对象的稳定性和强度要求，安全因素，公众和使用者的审美需求，使用者的个性化需要，对设计对象的成本控制要求和一定的使用寿命等。对于任何结构的设计安全是至关重要的因素。主要步骤：确定结构设计方案绘制简单结构设计草图做出模型或原型第五节 结构的技术评价和文化欣赏先说说结构技术：比如桥梁结构分为（1）梁式桥（2）拱桥（3）刚架桥（4）悬索桥（5）斜拉桥优秀的结构设计不仅表现在结构的实用功能上，也表现在形式上，特别是功能与形式的统一上。古今中外许多能工巧匠把结构的功能与形式恰当地结合起来，形成了一些经典的结构。赏析结构设计作品，可从技术与文化两个角度进行。技术角度：使用功能、稳固耐用、造型设计的创意和表现力、材料合理性、工艺精湛程度等。文化角度：文化寓意与传达，美学原则，反映时代、民族、习俗方面特征，个性特征等。第二章 流程及其设计第一节 流程的概念1、流程是一系列按照一定顺序进行的活动的组合。2、流程六要素：目标性、内在性、整体性、动态性、层次性、结构性3、流程中的环节与时序： 环节：活动或事件在其发展的过程中，依据某种特征或方式，可将该过程分解为若干个小过程，称这些小过程为环节。如邮信分收集、分检、投递冲片和印片环节等。（2）时序：过程的经历中，各环节按照一定的时间顺序先后出现、完成。这种时间顺序关系，称为时序。如：信件的邮寄工作流程必须先收集信件，再分检、投递信件、次序不能颠倒。例如，化学中合成氨的生产工艺流程。4、流程的作用：如果我们有意识地安排好这些活动次序，使它们更加合理，就能够大大提高这些活动的效率。流程对于企业更加重要，科学的流程最终达到提高劳动生产率和增加企业利润的目的。第二节 流程的设计 1、流程设计的基本要求：提高效率。提高质量。保证安全。节省资源。提高管理水平。提高经济效益。其他，如注意环保、方便操作等。2、流程设计中的基本因素：研究内在属性与规律，就是流程设计应该考虑的基本因素。生产活动中的流程设计的基本因素主要有材料、工艺、设备、人员、资金和环境等。不同行业的流程设计中考虑的基本因素各有差异。3、流程设计的步骤：第一步：首先要明确设计的目的和任务，明确流程所应遵循的内在变化规律。第二步：要分析现有材料、设备、资金、人员、工艺和环境等因素。第三步：列出流程涉及的主要事项，并进行初步的排列。第四步：分析各事项（步骤）之间的先后顺序，合理地安排流程的时序和环节。第五步：选择一个合适的表达方式画出流程图，对于有严格时间的时序，要标注时间。注意：流程设计的基本要素是环节和时序。4、学画流程设计的框图：画流程设计框图的一般方法：根据对事物的内在属性和规律的分析，以及有关的考虑，将流程的全过程，按每个阶段的功能、作用的不同，分解为若干小过程环节，并用方框表示环节。按照每个小过程应该经历的时间顺序，将各环节依次排开，并用箭头线连接起来。第三节 流程的优化 1、流程的优化及目的：在设计和实施流程的过程中，经常需要进行不断的修改和完善，这种对流程修改的过程，叫做流程的优化。目的：提高工作效率、降低成本、降低劳动强度、节约能耗、减少环境污染、保证安全生产等。2、流程优化的内容：一般流程优化的主要内容有：工期优化、工艺优化、成本优化、技术优化、质量优化等。对一个流程的优化，可以是整体的全面优化，也可以是对某一个指标进行优化。经常会有这样的情况发生：某一个指标得到了优化，而使另外的指标下降了。比如，技术优化，可能使成本提高。成本优化了，也可能使质量下降。因此，在进行流程优化时，要综合平衡，以取得整体优化的成效。3、流程优化的条件：内部条件：对流程内在机理和规律的深入了解。比如对洗涤原理的了解，就会在流程中安排两次漂洗；外部条件：设备和工艺水平的提高或完善，以及人员技术水平的提高。比如，只有在具备锻压设备时，才可能将法兰盘的加工改为少量切削加工。第三章 系统及设计第一节1元素：分为物质、能量、信息三种2系统的含义：有两个或两个以上的元素相互作用而形成的统一整体或者说系统是由相互制约和相互关联的各部分组成的具有一定功能的整体。一个系统不是任意组合的一组元素，而是由一些为共同的意图、目的或目标而结合在一起的基本组成部分所构成并显示出活动或行为。3元素和子系统元素师构成系统的最小部分或基本单元，即不可再划分的单元。最小的系统由两个元素组成，称为二元素系统。一般系统由多个元素组成，称为多元素系统。子系统：在元素众多、结构复杂的系统中，一部分元素按某种方式更紧密的联系在一起，具有相对独立性，有自己的整体特性。不同集团的元素之间往往通过所属的集团联系在一起的。这类集团被称为子系统或分系统。系统和子系统的概念是相对的。一个完整的系统从更大的范围或更高一级来看，它又是另一个它所从属的系统的子系统。这是系统的两重性4系统的基本特性 相关性 目的性 环境适应性 整体性5系统的分类 依据系统的形成来源：自然系统与人造系统 依据系统存在的形式：实体系统与抽象系统 依据与环境关系：开放系统与封闭系统 依据组成系统的元素和元素种类的多少及关联的复杂程度：简单系统与巨系统6系统的功能：系统在内部联系和外部联系中表现出来的特性和能力称之为系统的性能系统行为所引起的环境中某些事物的有益变化称之为系统的功能7整体突现性若干事物按某种方式相互联系而形成一个系统，就会产生出它的组分和组分的总和所没有的新性质叫做系统质或整体质，这种性质只能在系统整体中表现出来，把系统分解为组分，便不复存在系统分析的内容：1明确期望达到的目的或目标2确定达到预期目的或目标所需要的设备、技术条件和相应的资源条件3计算和估计达到各种可行方案所需要的资源、费用和最终效益4建立各种替代方案所需要的模型5建立评价标准并评价选择最优化方案第二节 系统的结构与层序系统的结构：所谓结构就是系统内各元素之间相对稳定的、有一定规则的联系方式结构的作用：决定了系统性能结构的分类：1空间结构与时间结构2深层结构与表层结构系统的层次与秩序系统的层次是指系统和元素之间的低位、等级相互关系。系统的秩序是组成系统的诸要素在时间、空间中的相对位置系统设计的原则l 基本功能的实现l 子系统间关联、冲突问题的解决l 效益的最大化l 动态调整的实现系统设计的步骤l 分析系统设计要求l 确定系统的设计方案l 系统方案的表达系统的优化1结构的优化 方式为：l 从现存的多个系统中选择元素并按一定结构组成新系统l 从原有系统中分裂出较小的新系统l 若干系统联合成为一个新系统l 某个系统经过结构质变转化为另一新系统2元素优化方式为：l 从现存系统中选择高质量元素l 提升现有元素的质量l 在环境允许的范围内重新选择确定元素3环境优化系统优化的步骤l 提出需要进行优化的问题，收集有关资料和数据l 建立求解最优化问题的有关数学模型，确定变量，列出有关约束条件，分析模型。l 选择合适的最优化方法l 求解方程l 最优解得验证和实施第四章 控制及其设计控制：对事物的发展、变化进行干预，使其遵从行为者的意愿的行为 控制的分类 按照控制方式分类 1 手动控制 2 自动控制 自动控制按照控制量可分为：声控、光控、电控、程控等按照反馈方式分类 1 开环控制 2 闭环控制按照被控制量分类u 温度控制u 时间控制 分为： 1 机器定时器 2电子定时器按照控制距离分类 1直接控制 2 遥控遥控分为无线电遥控和红外线遥控等等控制系统的组成：控制器、执行器、被控对象传感器：作用：检测被控制量并把检测结果转换成控制器可以识别的信号的转换装置。常用传感器：温度传感器、位移传感器、力传感器、光传感器