13春学期《现代设计方法》期末考核作业

东 北 大 学 继 续 教 育 学 院 现代设计方法 试 卷（作业考核 线上） A 卷学习中心：山西潞安职业技术培训学校奥鹏学习中心院校学号： C93550111090079 姓名 王勇 （共 页） 总分题号一二三四五六七八九十得分一选择题 （可多选，各2分，共20分）1. 机械设计主要应体现哪些特点（BDE ）。 A) 整体性 B) 系统性 C) 相关性 D) 多解性 E）创新性2. 机械系统的总体设计中不包括以下哪些内容（BE ）。 A) 功能原理方案设计 B) 技术可行性报告 C) 总体布局设计 D) 系统主要参数计算E）结构草图设计 3. 室内工作的机械选择（B ）作为动力机不太合适。A）电动机 B）内燃机 C）液压马达 D）气动马达4. 利用对未知系统的外部观测，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（ A ）。 A) 黑箱法 B) 列举法 C) 移植法 D) 筛选法5. （ A ）执行系统，要求执行系统实现预期精度的动作（位移、速度、加速度等），而对执行系统中各构件的强度、刚度无特殊要求。A. 动作型 B. 动力型 C. 动作动力型6. 考虑到强度问题时，（C ）图的设计比较合理。A) (a)B) (b)C) (c)7. 对（a）图所示的轴对称模型进行有限元分析时，必须施加约束支座以消除刚体位移。下面的（b）图和（c）中哪种约束是错误的？（ B ）A) （b）图 B) （c）图8. 图中由各种约束条件所包围的区域D称为（ C ）。A) 设计空间 B) 设计维数 C) 设计可行域 9. 已知某零件的失效时间随机变量服从指数分布，其故障率是510-4/小时，那么在工作时间100小时的可靠度水平是：（C ）A) 0.05 B) 0.85 C) 0.9510. 对野外工作的机械及移动式机械，其动力机一般不选择（ A ）。A）电动机 B）内燃机 C）液压马达 D）气动马达二判断题：（正确：T；错误：F，各2分，共20分） 1. 一个机械系统必须由动力系统、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. 机械产品的施工设计阶段要完成全部图纸资料和相关的技术文件。（ T ）3. 利用对未知系统的外部观测，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. 执行系统由执行构件和执行机构组成，其中执行构件往往是执行机构中的一个构件。（ T ）5. 双线性位移模式灵活性较好，而线性位移模式则灵活性较差。（ F ）6. 单元刚度矩阵具有对称性、奇异性和稀疏性。（ F ）7. 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 ）8. 机械设计学强调从结构学的观点来看机器的组成，因为这更有利于和设计过程中的工作特点相协调。（ F ）9. 结构设计时应优先考虑结构件的主要功能展开设计，再尽量满足其它功能。（T ）10. 结构离散化就是将复杂结构划分成通过节点相连的若干个单元。（ T ）三简答题（各6分，共36分）1. 在进行机械设计时应遵循哪些基本原则？答：在进行机械设计时应遵循以下原则：（1） 实用性原则：又称功能明确原则。主要表现在机器应具有明确合理的功能。 （2） 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，仅有程度不同而已。（3） 优化原则：设计者初步判定的设计方案或模型常是原始的，并且有经验的，必须通过推理、分析、计算，使设计成果达到当代科学技术的先进水平和该产品创造及使用的最佳水平，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。（4） 可靠性原则：可靠性是衡量机械产品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。（5） 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、刚度和必要的安全保护措施等。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；还应考虑机械和环境的关系，防止对环境的污染，即目前所提倡的绿色设计等。（6） 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。（7） 评价审核原则：机械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、判断决策和修正过程，为减少设计失误，实现高效、优质、经济的设计，必须对每一设计程序获得的结果随时进行评审和审核，决不允许不良的甚至是错误的信息流入下一个设计程序，再设计过程中，应使评价审核做到规范化和制度化。（8） 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，必须保证设计是及时的，满足当前市场的需要。2. 试说明功能原理设计的内容和一般步骤。答：基于产品的功能分析，构思能够实现产品功能目标的新的解法原理，即为产品的功能原理设计。功能原理设计的任务是：针对某一明确的“功能目标”寻求一些“物理效应”并借用某些“作用原理”来求得一些实现该功能目标的“解法原理”功能原理设计步骤包括：（1） 明确的给出设计的功能目标，该目标式设计的依据，也是产品验收的依据；（2） 明确任务之后用黑箱分析系统的总功能；（3） 总功能确定以后，通过功能分析的方法，画出系统的功能结构图或功能树；（4） 从功能分析中得到的个功能单元，寻求个功能的作用原理；（5） 从个功能单元求解后可列出形态学矩阵，从多个方案中求得可行功能原理方案来；（6） 经评价优选出最佳功能原理方案来；3. 机械系统设计中，依据什么样的原则选定动力机的形式？答：在设计机械系统时，选用任何形式的动力机，主要应从以下三个方面进行分析比较：（1）分析工作机械的负载特性和要求，包括工作机械的载荷特性、工作制度、结构布局、和工作环境等。（2）分析动力机本身的机械特性，包括动力机的功率、转矩、转速等特性，以及动力机所能适应的工作环境。使动力机的机械特性与工作机械的负载特性相匹配。（3）进行经济性的比较，当同时可用多种类型的动力机进行驱动时，经济性的分析是必不可少的，包括能量的供应与消耗，动力机的制造、运行和维修成本的比较等。除上述三方面外，有些动力机的选择还要考虑对环境的影响，如对空气的污染和噪声的污染等。4. 结构件有哪些主要功用？ 答：结构件的主要功用有：（1）承受载荷（2）传递运动和动力（3）保持有关零部件之间的相对位置或运动轨迹关系（4）其他公用，如润滑、密封等5. 有限元分析时，为减小解题规模，常用哪些措施？答：有限元分析时，为减少解题规模，常用的措施有：（1）对称性和反称性（2）周期性条件（3）降维处理和几何简化（4）子结构技术（5）线性近似化（6）多工况载荷的合并处理（7）节点编号的优化6说明可靠性的定义及其基本含义。 答:可靠性的经典定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力产品：指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、设备或系统，可以是零件、部件，也可以是由它们装配而成的机器，或由许多机器组成的机组和成套设备，甚至还把人的作用也包括在内。在具体使用“产品”这一词时，其确切含义应加以说明。例如汽车板簧、汽车发动机、汽车整车等。规定条件：一般指的是使用条件,环境条件。包括应力温度、湿度、尘砂、腐蚀等，也包括操作技术、维修方法等条件。规定时间：是可靠性区别于产品其他质量属性的重要特征，一般也可认为可靠性是产品功能在时间上的稳定程度。因此以数学形式表示的可靠性各特征量都是时间的函数。这里的时间概念不限于一般的年、月、日、分、秒，也可以是与时间成比例的次数、距离。例如应力循环次数、汽车行驶里程。规定功能：道德要明确具体产品的功能是什么，怎样才算是完成规定功能。产品丧失规定功能称为失效，对可修复产品通常也称为故障。怎样才算是失效或故障，有时很容易判定，但更多情况则很难判定。当产品指的是某个螺丛，显然螺栓断裂就是失效；当产品指的是某个设备，对某个零件损坏而该设备仍能完成规定功能就不能算失效或故障，有时虽有某些零件损坏或松脱，但在规定的短时间内可容易地修复也可不算是失效或故障。若产品指的是某个具有性能指标要求的机器，当性能下降到规定的指标后，虽然仍能继续运转，但已应算是失效或故障。究竟怎样算是失效或故障，有时要涉及厂商与用户不同看法的协商，有时要涉及当时的技术水平和经济政策等而作出合理的规定。能力：只是定性的理解是比较抽象的，为了衡量检验，后面将加以定量描述。产品的失效或故障均具有偶然性，一个产品在某段时间内的工作情况并不很好地反映该产品可靠性的高低，而应该观察大量该种产品的工作情况并进行合理的处理后才能正确的反映该产品的可靠性，因此对能力的定量需用概率和数理统计的方法。按产品可靠性的形成，可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是通过设计、制造赋予产品的可靠性；使用可靠性既受设计、制造的影响，又受使用条件的影响。一般使用可靠性总低于固有可靠性。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。（15分）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=（x1x2x3）t=（abh）t优化设计的数学模型：min（x）=2（x1x2+x1x3+x2x3）s.t. h(x)=x1x2x3=6 g1(x)=3-x10 g2(x)=-x20 g3(x)=-x30五、 已知某零件的寿命服从指数分布，平均寿命5000小时，试求该零件使用100小时和1000小时的可靠度。（9分）