东大201806现代设计方法

1、注：请您单面打印，使用黑色或蓝色笔，手写完成作业。杜绝打印，抄袭作业.选择题（可多选，各2分，共20分）1. 以下关于设计的概念正确的是（ADA）设计是从思维到实现的过程 C）设计就是创造性的劳动。2. 机械设计的一般程序，应该是（）。B）设计是一种思维活动。D）设计可以提供人们所需求的产品。 ）。施工设计 施工设计 施工设计 技术设计（B设计规划、技术设计、方案设计、技术设计、设计规划、方案设计、设计规划、方案设计、技术设计、 设计规划、方案设计、施工设计、3. 功能分解的结果有两种表达方式，其中，（B ）在形式上比较简单、直观，可以清晰地 表达各分功能的层次关系，而（A ）则能够更充分地表

2、达各分功能之间的相互配合关系。A）功能结构图B）功能树C）功能元D ）核心功能4. 布置传动系统时，一般把转变运动形式的机构（如凸轮机构、连杆机构等）布置在传动链 的（A），与执行机构靠近，这样安排可使传动链简单，且可减小传动系统的惯性冲击。A）低速端B）高速端室内工作的机械选择（ B ）作为动力机不太合适A）电动机C）液压马达 执行系统中直接完成工作任务的零部件是A.执行构件考虑力流的合理性时，以下的结构设计中A)B)C)D)5.6.7.0B）内燃机D ）气动马达（AB.执行机构（A ）比较好。8.B)平面应力问题的几何和受力特点是（A）薄板问题、应力是平面的。C）坝体问题、应力是平面的。D

3、 ）。B）薄板问题、应变是平面的。D）坝体问题、应变是平面的。9.设计问题中所要追求的最优指标与需要确定的参数之间的函数关系称为（B ）A）目标函数B）设计变量C）约束条件10. 可靠度 R（t） 与不可靠度 F（t） 之间的关系通常是（ A ）A）R（t） F（t） = 1B）R（t） - F（t） = 1C）R（t） + F（t） = 1二. 判断题：（正确：T;错误：F,各2分，共20分）1. 一个机械系统通常由动力系统、执行系统、传动系统、操纵控制系统、架体支撑系统 几部分组成。（ F ）2. 机械系统方案设计中的关键内容是总体布局和参数计算。（ F ）3. 利用对未知系统的外部观测,

4、 分析该系统与环境之间的输入和输出, 通过输入和输出 的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构,这种方法称为黑箱法。（ T ）4. 同一机械系统中,不同执行机构的工作循环周期必须相同。 （ F ）5. 常用的平面单元中,三角形单元采用双线性位移模式,计算精度差;矩形单元采用线 性位移模式,计算精度高。（ T ）6. 应用有限元法求解复杂的实际问题,得到的不是精确解。（ F ）7. 在建立优化设计的数学模型时,其不等式约束的个数 u 必须小于设计变量的维数 n 。 （ T ）8. 设计可行域指设计空间中满足所有等式约束条件的空间。（ F ）9. 可修复产品的平均寿命用 MTTF

5、 表示。（ T ）10. 设由 n 个部件组成的系统,其中任一部件不发生故障,系统即正常工作,这样的系 统称为串联系统。（ T ）三. 简答题（各 6 分,共 36分）1. 机械系统具有哪些基本特性？ 答：1）整体性2）相关性3）目的性4）环境适应性2. 试论述机械系统总体方案设计的概念、基本内容和一般过程。答：机械系统总体设计是指从全局的角度,以系统的观点,所进行的有关整体方面的设计。 基本内容：机械系统功能原理方案设计、总体布局、系统的主要参数确定及系统的精度等内 容。总体设计程序为：明确设计思想一分析综合要求-决定性能参数一调研同类机械一拟定总体 草图f方案对比定型f编写总体设计论证书。

6、3. 详细说明机械结构设计应遵循的三项基本原则答： 实用性原则 又称功能明确原则。主要表现为机器应具有明确合理的功能。（ 1） 创造性原则 创造性设计是机械设计最基本的特点。任何一个机械产品的设计都包含继承和创新 的成分，仅是程度不同而已。（ 2） 优化原则 设计者初步判定的设计方案或模型常是原始的，并且有经验性的，必须经过推理、分 析和计算，使设计成果达到当代科学技术的先进水平和该产品制造及使用条件的最佳水平，在技 术、经济等方面，经全面分析和计算而达到最优化的结果。（ 3） 可靠性原则 可靠性是衡量机械产品质量好坏的一个重要指标。目前，可靠性设计方法已为机械 产品设计所运用，它能保证产品在

7、规定的工作条件下、在规定的服役时间内、完成规定功能的能 力。（ 4） 安全性原则 机械产品的不安全因素常会导致机械和人身事故，甚至造成重大的经济损失和严重 的社会影响。在机械产品设计中必须贯彻安全性设计原则，其主要包括产品应具有足够的强度、 刚度和必要的安全防护措施等；应根据人 机工程学原理使机器和人互相适应，创造舒适和安 全的工作环境，从而提高工作效率；还应考虑机械与环境的关系，防止对环境的污染，即目前所 提倡的绿色设计等。（ 5） 经济性原则 产品的经济性好坏是产品具有市场竞争力的一个重要方面，主要表现为在确保产品 功能的前提下，尽力降低产品成本，提高经济效益。（ 6） 评价审核原则 机械

8、设计是一个复杂的工作过程，涉及到很多因素和方面，因而设计过程也是一 种信息加工、处理分析、判断决策和修正的过程。为减少设计失误，实现高效、优质、经济地设 计，必须对每一设计程序获得的结果随时进行评价和审核，决不允许不良的甚至是错误的信息流 入下一个设计程序。在设计进程中，应使评价审核做到规范化和制度化。（ 7） 及时性原则 机械设计必须满足市场需求，而市场是有时效性的。因此，必须确保设计是及时的， 满足当前市场的需要。4. 对机械系统的总体布局有哪些基本要求？ 答：(1) 要保证工艺过程的连续和流畅 ;(2) 尽量降低质心高度、减小偏置 ;(3) 要保证精度、刚度及抗振性等要求(4) 充分考虑

9、产品系列化的发展要求(5) 结构紧凑,层次分明 ;(6) 操作、维修、调整简便 ;5. 对有限元计算模型的简化应注意哪些方面？答： ( 1)判别实际结构是属于哪一种类型，是属于一维问题、二维问题还是三维问题。如果是二维 问题，要分清是平面应力问题还是平面应变问题，若能简化成平面问题的就不要用三维实体单元去分析；( 2)注意实际结构的对称性，如果对称，可以利用结构的对称性进行计算简化； (3)对实际结构建模时可以去掉一些不必要的细节，比如倒角等； (4)简化后的力学模型须是静定结构或是超静定结构。6说明可靠性的定义及其基本含义。答：可靠性指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。有

10、5 各方面的含义：明确研究对象；给出规定条件；规定工作时间；规定功能；以及完成功能的能力四、欲用薄板制造一个体积为 6m3的封闭货箱，设货箱的长、宽、高分别为 a、b、h,要求 其长度a不小于3m。为确定长、宽、高，试以质量最轻为目标，建立优化设计的数学模型。要使货箱的质量最轻，优化设计的目标函数为：S 2(ab ah bh)取设计变量为：x=( x1x2 x3)T=( ab h) T优化设计的数学模型：minf (x)2(x1x2x1x3x2x3)s.t.h(x)x1x2 x36g1(x)3 x10g2(x)x20g3(x)x30四、欲用薄板制造一个体积为 6m3的封闭货箱，设货箱的长、宽、

11、高分别为 a、b、h,要求 其长度a不小于3m。为确定长、宽、高，试以质量最轻为目标，建立优化设计的数学模型。 (12分)答：要使货箱的质量最轻，优化设计的目标函数为：S=2(ab+ah+bh)取设计变量为： x=(x1 x2 x3 ) t =( a b h) t优化设计的数学模型：min /( x) =2 (x1x2+x1x3+x2x3 )s.t.h(x)=x1x2x3=6g1(x)=3-x1 w 0g2(x)=-x2<0g3(x)=-x3<0五、某设备的失效率410 /h,求其平均寿命，中位寿命和可靠度为0.95的可靠寿命。(12MTTF ;对可修复产品则t°.950.000