可靠性設(shè)計(jì)課件

《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》輔導(dǎo)及復(fù)習(xí)王新華《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》輔導(dǎo)及復(fù)習(xí)王新華創(chuàng)新設(shè)計(jì)1.敘述發(fā)明創(chuàng)造原理中的”局部質(zhì)量原理”內(nèi)容？2.解決物理沖突的分離原理有哪幾種？創(chuàng)新設(shè)計(jì)1.敘述發(fā)明創(chuàng)造原理中的”局部質(zhì)量原理”內(nèi)容？2創(chuàng)新設(shè)計(jì)

3.請簡要解釋TRIZ理論中的物理沖突，并舉一個物理沖突的例子。

物理沖突是指為了實(shí)現(xiàn)某種功能，一個子系統(tǒng)或元件應(yīng)具有一種特性，但同時出現(xiàn)了與該特性相反的特性。例如飛機(jī)的機(jī)翼大易起飛，但同時造成高速機(jī)動性差的相反特性；又如：魚桿越長魚鉤可甩的越遠(yuǎn)，更有利垂釣，但同時造成攜帶不

方便的相反特性。創(chuàng)新設(shè)計(jì)3.請簡要解釋TRIZ理論中的物理沖突，并舉一個物創(chuàng)新設(shè)計(jì)

3.請簡要解釋TRIZ理論中的物理沖突，并舉一個物理沖突的例子。

物理沖突是指為了實(shí)現(xiàn)某種功能，一個子系統(tǒng)或元件應(yīng)具有一種特性，但同時出現(xiàn)了與該特性相反的特性。例如飛機(jī)的機(jī)翼大易起飛，但同時造成高速機(jī)動性差的相反特性；又如：魚桿越長魚鉤可甩的越遠(yuǎn)，更有利垂釣，但同時造成攜帶不

方便的相反特性。創(chuàng)新設(shè)計(jì)3.請簡要解釋TRIZ理論中的物理沖突，并舉一個物創(chuàng)新設(shè)計(jì)4.下圖為TRIZ理論解決發(fā)明問題的一般方法，在問題解決過程中，需分別應(yīng)用40條發(fā)明創(chuàng)造原理、應(yīng)用技術(shù)知識和39個工程參數(shù)。請?jiān)?個階段（圖中？號處），分別填入需應(yīng)用上述的知識或工具。40條發(fā)明創(chuàng)造原理39個工程參數(shù)應(yīng)用技術(shù)知識創(chuàng)新設(shè)計(jì)4.下圖為TRIZ理論解決發(fā)明問題的一般方法，在問創(chuàng)新設(shè)計(jì)

5.簡述TRIZ的核心思想?1.技術(shù)系統(tǒng)具有客觀的進(jìn)化規(guī)律和模式；

2.各種技術(shù)難題、沖突和矛盾的不斷解決是推動這種進(jìn)化過程的動力；3.技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的理想狀態(tài)是用盡量少的資源實(shí)現(xiàn)盡量多的功能。6．簡述總體與部分的分離原理。

所謂總體與部分的分離原理是將沖突雙方在不同的層次分離，以降低解決問題的難度。當(dāng)沖突雙方在關(guān)鍵子系統(tǒng)層次只出現(xiàn)一方，而該方在子系統(tǒng)、系統(tǒng)或超系統(tǒng)層次內(nèi)不出現(xiàn)時，總體與部分的分離是可能的創(chuàng)新設(shè)計(jì)5.簡述TRIZ的核心思想?1.技術(shù)系統(tǒng)具有客觀創(chuàng)新設(shè)計(jì)

7．什么是負(fù)向參數(shù)？指這些參數(shù)變大時，使系統(tǒng)或子系統(tǒng)的性能變差。8．沖突矩陣中的行列各是什么意義？

沖突矩陣中的行所代表的工程參數(shù)是希望改善的一方，沖突矩陣中的列所描述的工程參數(shù)為沖突中可能引起惡化的一方。9．TRIZ理論的主要內(nèi)容是什么?答案：基本分析方法、40條發(fā)明創(chuàng)造原理、沖突矩陣、分離原理、物質(zhì)-場分析法、理想化方法、技術(shù)進(jìn)化、ARIZ法等。創(chuàng)新設(shè)計(jì)7．什么是負(fù)向參數(shù)？8．沖突矩陣中的行列各是什么意創(chuàng)新設(shè)計(jì)

10．設(shè)計(jì)的三個層面是什么?答案：設(shè)計(jì)哲學(xué)、設(shè)計(jì)理論與方法、應(yīng)用11．什么是正向參數(shù)？答案：指這些參數(shù)變大時，使系統(tǒng)或子系統(tǒng)的性能變好。創(chuàng)新設(shè)計(jì)10．設(shè)計(jì)的三個層面是什么?有限元法

1.試簡述等參元有什么特點(diǎn)。

等參單元內(nèi)任一點(diǎn)的位移與節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系恰好和該點(diǎn)的坐標(biāo)與節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)之間的關(guān)系相同。2.試闡述虛位移原理和最小勢能原理，并說明二者的等價性。虛位移原理：若對于任何從協(xié)調(diào)的變形狀態(tài)開始的虛位移，外力所做的虛功等于彈性體所接受的總虛應(yīng)變能，則彈性體在給定的外力載荷和溫度分布下處于平衡狀態(tài)。

最小勢能原理：在所有可能滿足位移邊界條件和變形協(xié)調(diào)條件的位移中，只有那些同時滿足平衡條件和力的邊界條件的那一組位移，使系統(tǒng)的總勢能取最小值。也就是說，在幾何可能的一切容許位移和形變中，真正的位移和形變使總勢能取最小值；反之，使總勢能取最小值者也必是真正的位移和形變。有限元法1.試簡述等參元有什么特點(diǎn)。等參單元內(nèi)有限元法3有限元法3有限元法4有限元法4有限元法5.有限元法最早以解決結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)問題發(fā)展起來的，它的理論基礎(chǔ)是

變分原理。6.7．試列舉有限元分析中常用單元類型（至少5種）桿單元（梁單元）；平面單元；薄板（彎曲）單元多面體單元；等參數(shù)單元；軸對稱單元有限元法5.有限元法最早以解決結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)問題發(fā)展起來有限元法8．有限元求解中，力學(xué)模型的簡化需要注意哪些問題？判別實(shí)際結(jié)構(gòu)是屬于哪一種問題注意實(shí)際結(jié)構(gòu)的對稱性對實(shí)際結(jié)構(gòu)建模時可以去除一些不必要的細(xì)節(jié)簡化后的力學(xué)模型必須是靜定或超靜定結(jié)構(gòu)9．有限元工程分析中，為減小解題規(guī)模而采取的“周期性條件”是何含義？機(jī)械上有許多旋轉(zhuǎn)件，其結(jié)構(gòu)形狀和所受載荷呈現(xiàn)周期性變化的特點(diǎn)，利用這些結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，只切出其中一個周期來分析，計(jì)算工作量將減為原來的1/n(n為周期數(shù))。當(dāng)然，在切開處必須使它滿足周期性約束條件。有限元法8．有限元求解中，力學(xué)模型的簡化需要注意哪些問題？9有限元法10．有限元分析中，對稱結(jié)構(gòu)是指幾何形狀、尺寸、和對稱于某一直線或平面的結(jié)構(gòu)。答案：載荷、約束條件11．如果過彈性體內(nèi)的任一點(diǎn)的某一斜面上的切應(yīng)力等于零，則該斜面上的正應(yīng)力稱為該點(diǎn)的。答案：主應(yīng)力12.有限元網(wǎng)格劃分中，網(wǎng)格質(zhì)量是指網(wǎng)格的合理性。答案：幾何形狀有限元法10．有限元分析中，對稱結(jié)構(gòu)是指幾何形狀、尺寸、有限元法13.有限元分析中，當(dāng)結(jié)構(gòu)形狀對稱時，其網(wǎng)格劃分

，以使模型表現(xiàn)出相應(yīng)的對稱性。答案：也應(yīng)對稱14.在彈性力學(xué)的平衡方程中，力的平衡微分方程描述（）A體積力與應(yīng)力的平衡B內(nèi)力間的平衡C表面力與應(yīng)力的平衡D外力間的平衡答案：A15.平面三角形單元也稱為（）單元

A線性應(yīng)變B線性變形C常應(yīng)變或常應(yīng)力D線性應(yīng)力答案：C有限元法13.有限元分析中，當(dāng)結(jié)構(gòu)形狀對稱時，其網(wǎng)格劃分優(yōu)化方法12優(yōu)化方法12優(yōu)化方法3優(yōu)化方法3優(yōu)化方法4優(yōu)化方法4優(yōu)化方法優(yōu)化方法優(yōu)化方法優(yōu)化方法優(yōu)化方法優(yōu)化方法優(yōu)化方法5.要建造一個容積為1500m3的長方形倉庫，已知每平方米墻壁、屋頂和地面的造價分別為4元、6元和12元。基于美學(xué)的考慮，其寬度應(yīng)為高度的兩倍。欲使其造價最低，試建立該優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。優(yōu)化方法5.要建造一個容積為1500m3的長方形倉庫優(yōu)化方法優(yōu)化方法優(yōu)化方法20.設(shè)目標(biāo)函數(shù)f(X)=4x12+3x22－4x1x2－8x1,取初始點(diǎn)X(0)=[0，0]T,經(jīng)一次一維優(yōu)化搜索,得到最優(yōu)點(diǎn)X(1)=[1，2/3]T。1）試反求該一維優(yōu)化搜索的搜索方向和最優(yōu)步長。2）試計(jì)算f(X)在X(1)處的梯度，并以X(1)為起點(diǎn)，沿該梯度的負(fù)方向做一次一維優(yōu)化搜索。優(yōu)化方法20.設(shè)目標(biāo)函數(shù)f(X)=4x12+3x22－優(yōu)化方法優(yōu)化方法優(yōu)化方法6.請列出下列約束優(yōu)化問題的混合懲罰函數(shù)表達(dá)式

minf(X)=x1

2+x22-4x1-6x2+13s.t.g(X)=x1+2-x2≤0h(X)=x2+x1-3=0優(yōu)化方法6.請列出下列約束優(yōu)化問題的混合懲罰函數(shù)表達(dá)式優(yōu)化方法7.

簡述優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的設(shè)計(jì)可行域含義。

在優(yōu)化設(shè)計(jì)問題中，所有不等式約束的約束面共同構(gòu)成一個復(fù)合約束面，它所包圍的區(qū)域是設(shè)計(jì)空間中滿足所有不等式約束條件的空間，該區(qū)域稱為設(shè)計(jì)可行域，若用符號D表示，設(shè)計(jì)可行域記為

當(dāng)n維優(yōu)化設(shè)計(jì)問題有m個不等式約束和p個等式約束時，其設(shè)計(jì)可行域表示為

優(yōu)化方法7.簡述優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的設(shè)計(jì)可行域含義。優(yōu)化方法8．簡述函數(shù)梯度的性質(zhì)。1）梯度矢量與過點(diǎn)x的等值線的切線正交。2）負(fù)梯度矢量方向是函數(shù)在x點(diǎn)處的最速下降方向。9、內(nèi)點(diǎn)法的初始點(diǎn)必須是，外點(diǎn)法的初始點(diǎn)可以是。答案：內(nèi)點(diǎn)，內(nèi)點(diǎn)或外點(diǎn)。

10、約束最優(yōu)解的最優(yōu)值無約束最優(yōu)解的最優(yōu)值。答案：大于或等于11.梯度法中相鄰迭代點(diǎn)的梯度是相互（）A共軛的B正交的C平行的D重合的答案：B優(yōu)化方法8．簡述函數(shù)梯度的性質(zhì)。2）負(fù)梯度矢量優(yōu)化方法12．優(yōu)化方法12．優(yōu)化方法解得下一個迭代點(diǎn)為優(yōu)化方法解得下一個迭代點(diǎn)為優(yōu)化方法13．機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過程有多項(xiàng)工作內(nèi)容，其中最關(guān)鍵的是哪兩方面工作？答案：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過程中，最關(guān)鍵的兩方面工作：將優(yōu)化設(shè)計(jì)問題抽象成優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，通常簡稱它為優(yōu)化建模；后是選用優(yōu)化算法及其程序在計(jì)算機(jī)上求出這個模型的最優(yōu)解。通常稱它為優(yōu)化計(jì)算。14．簡述內(nèi)點(diǎn)法和外點(diǎn)法的不同點(diǎn)。答案：1）內(nèi)點(diǎn)法構(gòu)造的懲罰函數(shù)是定義在可行域內(nèi)，懲罰因子遞減，求解過程也在可行域內(nèi)完成，它是一種求解不等式約束優(yōu)化問題的有效方法。所有迭代點(diǎn)都是一個可行的設(shè)計(jì)方案。2）外點(diǎn)法構(gòu)造的懲罰函數(shù)是定義在可行域外，懲罰因子遞增，迭代點(diǎn)從可行域外逐漸逼近約束邊界上的最優(yōu)點(diǎn)，可方便地處理具有等式約束的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。優(yōu)化方法13．機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過程有多項(xiàng)工作內(nèi)容，其中最關(guān)優(yōu)化方法15、對于一個n維設(shè)計(jì)空間問題，等式約束的個數(shù)p不可

維數(shù)。答案：多于

16、常用的一維搜索方法有

和

。答案：0.618法、二次插值法

17、變尺度法的第一個搜索方向是（

）

A共軛方向

B牛頓方向

C負(fù)梯度方向

D變尺度方向答案：C優(yōu)化方法15、對于一個n維設(shè)計(jì)空間問題，等式約束的個數(shù)p不可優(yōu)化方法18.某汽車行駛速度x與每公里耗油量的函數(shù)關(guān)系為，試用黃金分割法完成車速在0.2—1.2km/min時一次區(qū)間搜索，求最經(jīng)濟(jì)車速x*，并判斷迭代終止條件。（精度）在初始區(qū)間[a,b]=[0.2,1.2]中取兩點(diǎn)，并計(jì)算函數(shù)值優(yōu)化方法18.某汽車行駛速度x與每公里耗油量的函數(shù)關(guān)系為，試優(yōu)化方法比較函數(shù)值，縮短搜索區(qū)間判斷迭代終止條件

不滿足迭代終止條件，需繼續(xù)縮短搜索區(qū)間以求得最經(jīng)濟(jì)車速。優(yōu)化方法比較函數(shù)值，縮短搜索區(qū)間判斷迭代終止條件不滿足迭可靠性設(shè)計(jì)1.

若影響某個隨機(jī)變量的獨(dú)立因素很多，且不存在起決定作用的主導(dǎo)因素，則該隨機(jī)變量一般用__正態(tài)

____分布來描述。2.試簡述可靠性及可靠度的定義。可靠性指產(chǎn)品在規(guī)定的條件、規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力?？煽慷仁钱a(chǎn)品在規(guī)定的條件、規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。3.A、B、C三個廠家生產(chǎn)同一類型的某產(chǎn)品。A廠家稱他們生產(chǎn)的產(chǎn)品取100個樣本做壽命試驗(yàn)，工作到1000個小時時，只有5個失效；B廠家稱他們生產(chǎn)的產(chǎn)品的中位壽命是5000小時；C廠家稱他們生產(chǎn)的產(chǎn)品的平均壽命為10000小時。假設(shè)此產(chǎn)品的失效率為常數(shù)。從可靠性指標(biāo)判別，哪個廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量最好?？煽啃栽O(shè)計(jì)1.若影響某個隨機(jī)變量的獨(dú)立因素很多，且不存可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)4.某個構(gòu)件工作時最大工作應(yīng)力為200MPa,最小工作應(yīng)力為170Mpa，此構(gòu)件材料強(qiáng)度的均值為

＝220Mpa，標(biāo)準(zhǔn)差

＝15Mpa，求此構(gòu)件強(qiáng)度的可靠度?？煽啃栽O(shè)計(jì)4.某個構(gòu)件工作時最大工作應(yīng)力為200MPa,可靠性設(shè)計(jì)5.6.7.可靠性設(shè)計(jì)5.6.7.可靠性設(shè)計(jì)8.可靠性設(shè)計(jì)8.可靠性設(shè)計(jì)可靠