#現(xiàn)代機械設計理論與方法A何雪紅1

2010年試卷A一.選擇題（可多選，每題2分，共20分）.機械產品的設計規(guī)劃階段，應完成如下主要工作（ ）。A）產品的市場需求分析B）產品設計的可靠性報告C）產品的功能原理設計D）產品的結構方案設計E）產品的裝配草圖繪制F）產品的零件圖和其他技術文件.以下有關機械系統(tǒng)特點的描述哪些是正確的（ ）。A）整體性B）系統(tǒng)性C）獨立性D）相關性.機械產品的功能是對（ ）進行傳遞和變換的程序、功效和能力的抽象化描述。A）機械流B）能量流C）物質流D）電流E）信息流F）控制流.功能分解的結果有兩種表達方式，其中，（）在形式上比較簡單、直觀，可以清晰地表達各分功能的層次關系，而（）則能夠更充分地表達各分功能之間的相互配合關系。A）功能結構圖B）功能樹C）功能元D）核心功能.布置傳動系統(tǒng)時，一般把帶傳動安排在傳動鏈的（ ）。A）低速端B）高速端.以下的結構設計中，哪些結構比較合理？（ ）。-——A)C)

D）.上一題目中選擇的依據(jù)是遵循哪種結構設計原理？（A）等強度原理B）合理力流原理C）變形協(xié)調原理D）任務分配原理￡）自補償原理（ ）。yBu=0C（a）D（ ）。yBu=0C（a）Dv=0B）反對稱性條件Av=0x.對（a）圖所示的軸對稱模型進行有限元分析時，必須施加約束支座以消除剛體位移。下面的（b）圖和（c）中哪種約束是錯誤的？（ ）（b）圖（c）圖.將研究對象的各個部分、各個方面和各種因素聯(lián)系起來加以考慮，從整體上把握事物的本質和規(guī)律，從而尋求新的創(chuàng)造的原理是（ ）。A）綜合創(chuàng)造原理B）分離創(chuàng)造原理C）移植創(chuàng)造原理D）物場分析原理E）還原創(chuàng)造原理F）價值優(yōu)化原理.判斷題：（正確：T；錯誤：F，各2分，共20分）TOC\o"1-5"\h\z.機械產品的方案設計階段就是要完成產品的原理方案設計。（ ）.一個機械系統(tǒng)必須由動力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、操縱控制系統(tǒng)、架體支撐系統(tǒng)幾部分組成。 （ ）.機械設計學強調從功能的觀點來看機器的組成，因為這更有利于和設計過程中的工作特點相協(xié)調。 （ ）.總體布局設計一般先布置動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，然后再布置執(zhí)行系統(tǒng)等。（ ）.在設計機械時，一般需預先給定機械的工作載荷。該工作載荷可以由設計者自行確定，也可以由需求方提供。 （ ）.執(zhí)行構件的作用是傳遞和變換運動和動力。（ ）.三角形單元和矩形單元的每個節(jié)點均有兩個位移自由度。（ ）.結構離散化就是將復雜結構劃分成通過節(jié)點相連的若干個單元。（ ）.設計變量的個數(shù)即為設計空間的維數(shù)。 （ ）并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度是各單元可靠度之和。（ ）.簡答題（各6分，共36分）.機械設計具有哪些特點？.進行原理方案構思時常用哪些方法？.機械產品的更新?lián)Q代一般有哪幾種途徑？.機構運動循環(huán)圖有哪三種表達形式？試繪圖說明。.常用的機械結構設計原理有哪些？.說明使用有限元法解題的一般過程。四、有一邊長為8cm的正方形鐵皮，在四角剪去相同的小正方形，折成一個無蓋的盒子，確定剪去小正方形的邊長為多少時能使鐵盒的容積最大。（1）試建立該優(yōu)化問題的數(shù)學模型。（10分）（2）試構造求解該優(yōu)化數(shù)學模型的懲罰函數(shù)。（5分）五、如圖所示混合系統(tǒng)，若各單元相互獨立，且單元可靠度分別為R1=0.99,R2=0.98,R3=0.97,R4=0.96,R5=0.975,試求系統(tǒng)可靠度。（9分）2010試卷A答案一.選擇題（可多選，每題2分，共20分）.機械產品的設計規(guī)劃階段，應完成如下主要工作（ABD）。A）產品的市場需求分析B）產品設計的可靠性報告C）產品的功能原理設計D）產品的結構方案設計E）產品的裝配草圖繪制F）產品的零件圖和其他技術文件.以下有關機械系統(tǒng)特點的描述哪些是正確的（AB）。A）整體性B）系統(tǒng)性C）獨立性D）相關性.機械產品的功能是對（BDE）進行傳遞和變換的程序、功效和能力的抽象化描述。A）機械流B）能量流C）物質流D）電流E）信息流F）控制流.功能分解的結果有兩種表達方式，其中，（B）在形式上比較簡單、直觀，可以清晰地表達各分功能的層次關系，而（A）則能夠更充分地表達各分功能之間的相互配合關系。A）功能結構圖B）功能樹C）功能元D）核心功能.布置傳動系統(tǒng)時，一般把帶傳動安排在傳動鏈的（B）。A）低速端B）高速端A）低速端B）高速端6.以下的結構設計中，哪些結構比較合理？ A）卜 TB）工 彳iF F——o〔 T(AD)。yBu=0C（a）D）.上一題目中選擇的依據(jù)是遵循哪種結構設計原理？yBu=0C（a）D）.上一題目中選擇的依據(jù)是遵循哪種結構設計原理？（B）A）等強度原理B）合理力流原理C）變形協(xié)調原理D）任務分配原理￡）自補償原理.圖示平面問題，滿足（B）。Dv=0B）反對稱性條件Av=0x.對（a）圖所示的軸對稱模型進行有限元分析時，必須施加約束支座以消除剛體位移。下面的（b）圖和（c）中哪種約束是錯誤的？（B）（b）圖（c）圖.將研究對象的各個部分、各個方面和各種因素聯(lián)系起來加以考慮，從整體上把握事物的本質和規(guī)律，從而尋求新的創(chuàng)造的原理是（A）。A）綜合創(chuàng)造原理B）分離創(chuàng)造原理C）移植創(chuàng)造原理D）物場分析原理E）還原創(chuàng)造原理F）價值優(yōu)化原理.判斷題：（正確：T；錯誤：F，各2分，共20分）.機械產品的方案設計階段就是要完成產品的原理方案設計。F.一個機械系統(tǒng)必須由動力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、操縱控制系統(tǒng)、架體支撐系統(tǒng)幾部分組成。F.機械設計學強調從功能的觀點來看機器的組成，因為這更有利于和設計過程中的工作特點相協(xié)調。T.總體布局設計一般先布置動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，然后再布置執(zhí)行系統(tǒng)等。F

.在設計機械時，一般需預先給定機械的工作載荷。該工作載荷可以由設計者自行確定，也可以由需求方提供。T.執(zhí)行構件的作用是傳遞和變換運動和動力。F.三角形單元和矩形單元的每個節(jié)點均有兩個位移自由度。T.結構離散化就是將復雜結構劃分成通過節(jié)點相連的若干個單元。T.設計變量的個數(shù)即為設計空間的維數(shù)。T并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度是各單元可靠度之和。F.簡答題(各6分，共36分).機械設計具有哪些特點？【答案】(1)多解性在許多情況下，一個設計方案不可能同時滿足所有用戶的要求，而能滿足同一用戶需求的設計方案一般來說也不止一個，因此設計具有多解性。系統(tǒng)性機械設計既要滿足用戶對產品技術性、經濟性和社會性的追求，又必須滿足各方面的約束條件，如加工和制造條件、使用和操作條件、保養(yǎng)和維修條件、運輸條件等；機械設計還需考慮機械本身的系統(tǒng)性，創(chuàng)新性各種機械設計都是程度不同的創(chuàng)新活動。科技成果不斷以產品形式轉化為生產力，設計是實現(xiàn)這一轉化的關鍵環(huán)節(jié)。每一個開發(fā)性設計都意味著有新的科技成果被使用，每一次產品的改進都是一次創(chuàng)新，設計過程體現(xiàn)了設計者的創(chuàng)造性勞動.進行原理方案構思時常用哪些方法？【答案】(1)黑箱法利用對未知系統(tǒng)的外部觀測，分析該系統(tǒng)和環(huán)境之間的輸入和輸出，通過輸入和輸出的轉換關系確定系統(tǒng)的功能、特性所需具備的工作原理和內部結構，這種方法稱為黑箱法。黑箱法要求設計者不要首先從產品結構著手，而應從系統(tǒng)的功能出發(fā)設計產品。(2)列舉法以現(xiàn)有功能類似的機械作對象，列舉其優(yōu)點，在新方案中保留；列舉其缺點，以便避免；列舉其不足(或不同)之處，以便作必要的補充。在繼承基礎上創(chuàng)新，可使新方案盡可能完善。(3)移植法受其它事物(也許和本課題毫無直接關系的事物)的啟迪，觸發(fā)靈感，運用聯(lián)想將其原理合理地使用到自己的課題上。(4)篩選法將有可能實現(xiàn)該功能要求的工作原理、工藝動作及實現(xiàn)該運動的基本機構和組合機構盡可能按層次羅列出來，進行排列組合；再按可行性、先進性、方便性、經濟性逐個分析審查，淘汰不適合的。在進行方案構思時，不論是總體方案還是某一部分的具體問題，都不單獨使用某一種方法，這幾種方法往往要綜合使用，才能收到較好的效果。.機械產品的更新?lián)Q代一般有哪幾種途徑？【答案】一般有以下三種途徑：改革工作原理；通過改進工藝、結構和材料改進性能；增加輔助功能，以滿足使用者需求。.機構運動循環(huán)圖有哪三種表達形式？試繪圖說明?！敬鸢浮浚?）直線式以一定比例的直線段表示運動循環(huán)各運動區(qū)段的時間，如圖（a）所示。這種表示方法最簡單，但直觀性很差，且不能清楚地表示和其他機構動作間的相互關系。（2）極坐標式將運動循環(huán)的各運動區(qū)段的時間及順序按比例繪于圓形坐標上，如圖（b）所示。此法直觀性較強，尤其對于分配軸每轉一周為一個機械工作循環(huán)者，有很多方便之處。但是，當執(zhí)行機構太多時，需將所有執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖分別用不同直徑的同心圓環(huán)來表示，則看起來不很方便。（3）直角坐標式以直角坐標表示各執(zhí)行構件的各個運動區(qū)段的運動順序及時間比例，同時還表示出執(zhí)行構件的運動狀態(tài)，如圖（c）所示。此法直觀性最強，比上述兩種運動循環(huán)圖更能反映執(zhí)行機構運動循環(huán)的運動特征。.常用的機械結構設計原理有哪些？【答案】（1）等強度原理（2）合理力流原理（3）變形協(xié)調原理（4）力平衡原理（5）任務分配原理（6）自補償原理（7）穩(wěn)定性原理.說明使用有限元法解題的一般過程?！敬鸢浮浚ǎ﹩栴}及求解域定義根據(jù)實際問題近似確定求解域的物理性質和幾何區(qū)域，建立有限元計算模型。（）連續(xù)體離散化連續(xù)體離散化，習慣上稱為有限元網格劃分，即將連續(xù)體劃分為有限個具有規(guī)則形狀的微小塊體，把每個微小塊體稱為單元，兩相鄰單元之間只通過若干點相互連接，每個連接點稱為節(jié)點。為合理有效地表示連續(xù)體要選擇好單元的類型、數(shù)目、大小和排列方式。（）單元分析①選擇位移模式②分析單元的力學性質③計算等效節(jié)點力（）組成物體的整體方程組由已知的單元剛度矩陣和單元等效節(jié)點載荷列陣集成表示整個物體性質的結構剛度矩陣和結構載荷列陣，從而建立起整個結構已知量——總節(jié)點載荷和整個物體未知量——總節(jié)點位移的關系。得到系統(tǒng)的基本方程后，考慮其邊界條件或初始條件，求解上述聯(lián)立方程組。（）求解有限元方程和結果解釋求解上述聯(lián)立方程組，求解結果是單元節(jié)點處狀態(tài)變量的近似值。四、有一邊長為8cm的正方形鐵皮，在四角剪去相同的小正方形，折成一個無蓋的盒子，確定剪去小正方形的邊長為多少時能使鐵盒的容積最大。（1）試建立該優(yōu)化問題的數(shù)學模型。（10分）（2）試構造求解該優(yōu)化數(shù)學模型的懲罰函數(shù)。（5分）【答案】（1）設計變量：小正方形邊長為工目標函數(shù)：鐵盒的容積 f（J=隹8-2幻約束條件：-工<0工-8<0數(shù)學模型描述：minf（1）=-1（8-21）2s.t. x<0一工-8<0五、如圖所