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1、1,现 代 设 计 方 法 课 程 总 结,工学院 廖庆喜,2,主要内容,第一章 绪 论 第二章 优化设计 第三章 有限元法 第四章 可靠性设计,3,第一章 绪 论,一、什么是现代设计? 以市场需求为驱动、以知识获取为中心、以现代设计思想、方法和现代技术手段为工具，考虑产品的整个生命周期和人、机、环境相容性等因素的设计。 二、设计系统的概念及三维设计系统？ 什么叫设计系统？ 设计系统具有三维空间，是由时间维、逻辑维和方法维组成的三维系统。,4,三、现代设计方法与传统设计方法相比，有哪些特点？ （论述） 产品设计结果的最优化、产品结构分析的定量化、产品质量分析的可靠性化、产品工况分析的动态化、产
2、品设计过程的高效化和自动化 四、现代设计体系结构 现代设计技术体系由基础技术、主体技术、支撑技术和应用技术四个层次组成。,5,五、部分现代设计方法的基本概念 计算机辅助设计 工业造型设计 有限元法 虚拟设计 价值工程 模块化设计 反求工程 健壮设计 优化设计 可靠性设计 绿色设计,掌握基本概念,6,第二章优化设计,一、优化问题的数学模型 1.设计变量与设计空间 2.目标函数与约束条件（什么是起作用约束） 3.可行域与等值线（重点掌握可行域） 4.优化问题的图解法（图解、写出点和函数值）,优化问题的最优解要么是一个内点，要么是目标函数等值线在函数值下降方向上与可行域的最后一个交点。,7,起作用约
3、束,设计点X(k)的所有起作用约束的函数序号下标集合用Ik表示，即,8,二、极值条件与数值迭代法 1.无约束优化问题的极值条件 2.有约束问题的极值条件（kt条件：作业） 注意等式约束和不等式约束的区别,9,3. 数值迭代终止准则（点距准则、值差准则、梯度准则）,10,三、一维搜索方法 1.一维搜索的数学形式与几何意义,从 出发，沿着方向 ，求步长因子 ，使 最小。此时的 记为 ，称为最优步长因子。,11,2.单峰区间的定义与特点（作业） 3.寻找单峰区间的进退法,设初始单峰区间为 ，取两点 ，令,(1)如果 ，则缩小的区间为,(2)如果 ，则缩小的区间为,(3)如果 ，则缩小的区间为,12,
4、4.区间消去法 5.黄金分割法：内分点计算公式和区间缩减原则、迭代步骤,13,四、无约束优化方法 1.梯度法（作业） 基本思想、搜索方向确定、迭代步骤,梯度法迭代公式,14,2.牛顿法（作业） 牛顿方向、基本牛顿法和阻尼牛顿法的迭代步骤,牛顿法的迭代算式,其中 称为牛顿方向。,15,3.变尺度法：计算过程不做要求 4.梯度法、牛顿法、变尺度法的特点及相互联系,变尺度法的搜索方向为: 迭代公式为:,16,五、约束优化方法 1.可行方向法及其几何意义： 基本思想、可行条件与下降条件、最佳下降可行方向的确定、可行方向法的终止原则（适用对象）,可行条件,下降条件,最佳下降可行方向,17,2.惩罚函数法
5、（作业） 惩罚函数法的基本思想、对惩罚项的要求、内点惩罚函数法的惩罚函数构造与计算步骤、外点惩罚函数法的惩罚函数构造与计算步骤以及它们各自的适用对象。,外点法：,18,内点法：,19,六、多目标优化与离散优化 简单了解： 求解多目标优化问题的基本思路是什么？ 几种统一目标法如何构造统一目标函数？ 几种离散优化方法处理离散变量的方法是什么？,20,第三章 有限元法,一、有限元法的概念、基本思想、分类 二、有限元模型、单元、节点的概念 三、有限元法的解题步骤及其分类 四、刚度矩阵的确定 1.单元刚度系数的定义 2.单元刚度矩阵的确定 3.总体刚度系数的确定 4.总体刚度矩阵的确定,21,单元刚度系
6、数 ：,该单元内除节点 j 产生单位位移外，其余各节点的位移均为零时在节点 i 处所引起的载荷。,总体刚度系数 ：,在整体结构中除了节点 j 产生单位位移外，其余各节点的位移均为零时在节点 i 处所引起的载荷。,22,总体刚度矩阵对角线上的刚度系数 等于在节点i汇交的几个单元的刚度系数 之和；非对角线上的刚度系数 等于联结节点i与节点j间几个单元的刚度系数 之和。,直接法确定总体刚度矩阵 集成法确定总体刚度矩阵 利用节点间的刚度系数直接写出总体刚度矩阵,总体刚度矩阵的确定：,23,第四章 可靠性设计,一、可靠性设计的概念及必要性 从定量、定性的角度进行分析 （论述） 二、可靠度、故障率、可用度
7、 定义、计算公式(四种表达方法)及它们之间的关系,24,怎么得来的？,可用度A(t)与可靠度R(t)的区别,25,三、寿命指标 1.平均寿命（MTTF、MTBF）的定义,一般来说，一个系统或零件的失效时间是随机变量，且t0，则t的数学期望为 由此推导得出：,26,2. 可靠寿命（了解） 产品可靠度等于给定值r时的寿命称为可靠寿 命，记作tr，r称为可靠水平。 如某产品的寿命服从指数指数分布，即 则可靠度为r时的寿命可以这样计算,27,四、失效时间服从指数分布、正态分布时的可靠度与故障率计算（正态分布的查表）,28,五、应力强度平面干涉模型及零件可靠度确定方法 1.可靠性设计中的强度、应力、失效概念（广义） 2.应力强度平面干涉模型 3.瞬时（静态）可靠度计算的一般公式,可靠度的一般计算式,29,4.应力、强度服从正态分布时的零件可靠度计算，会查表,正态分布：,30,七、系统可靠性预测 1.系统逻辑图 作用与系统结构图的区别 2.系统的可靠性模型分类 串联、纯并联、(r/n)表决系统 3.串联系统、并联系统、表决系统的可靠度计算 4.故障树 概念、作用、与系统逻辑图之间的关系、常用符号（与门、或门、顶事件、底事件）、割集、最小割集，简单故障树的定量分析,31,谢 谢 大 家 的 合 作！ 祝同学们学业有成，生活愉快！,
