1、现代设计方法现代设计方法辅导及复习辅导及复习王新华创新设计创新设计1. 叙述发明创造原理中的”局部质量原理”内容？2. 解决物理冲突的分离原理有哪几种？创新设计创新设计 3.请简要解释TRIZ理论中的物理冲突，并举一个物理冲突的例子。 物理冲突是指为了实现某种功能，一个子系统或元件应具有一种特性，但同时出现了与该特性相反的特性。 例如飞机的机翼大易起飞，但同时造成高速机动性差的相反特性； 又如：又如：鱼杆越长鱼钩可甩的越远，更有利垂钓，但同时造成携带不 方便的相反特性。创新设计创新设计 3.请简要解释TRIZ理论中的物理冲突，并举一个物理冲突的例子。 物理冲突是指为了实现某种功能，一个子系统或
2、元件应具有一种特性，但同时出现了与该特性相反的特性。 例如飞机的机翼大易起飞，但同时造成高速机动性差的相反特性； 又如：又如：鱼杆越长鱼钩可甩的越远，更有利垂钓，但同时造成携带不 方便的相反特性。创新设计创新设计4. 下图为TRIZ理论解决发明问题的一般方法，在问题解决过程中，需分别应用40条发明创造原理、应用技术知识和39个工程参数。请在3个阶段（图中？号处），分别填入需应用上述的知识或工具。40条发明创造原理39个工程参数应用技术知识创新设计创新设计 5.简述TRIZ的核心思想?1. 技术系统具有客观的进化规律和模式； 2.各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力；3.技
3、术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。6简述总体与部分的分离原理。 所谓总体与部分的分离原理是将冲突双方在不同的层次分离，以降低解决问题的难度。当冲突双方在关键子系统层次只出现一方，而该方在子系统、系统或超系统层次内不出现时，总体与部分的分离是可能的创新设计创新设计 7什么是负向参数？指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变差。8冲突矩阵中的行列各是什么意义？ 冲突矩阵中的行所代表的工程参数是希望改善的一方，冲突矩阵中的列所描述的工程参数为冲突中可能引起恶化的一方。9TRIZ理论的主要内容是什么?答案：基本分析方法、40条发明创造原理、冲突矩阵、分离原理、物质-场分析法、理想化
4、方法、技术进化、ARIZ法等。创新设计创新设计 10设计的三个层面是什么设计的三个层面是什么? ? 答案：答案：设计哲学、设计理论与方法、应用11什么是正向参数？什么是正向参数？答案：答案：指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变好。有限元法有限元法 1.试简述等参元有什么特点。 等参单元内任一点的位移与节点位移之间的关系恰好和该点的坐标与节点坐标之间的关系相同。2. 试阐述虚位移原理和最小势能原理，并说明二者的等价性。 虚位移原理：若对于任何从协调的变形状态开始的虚位移，外力所做的虚功等于弹性体所接受的总虚应变能，则弹性体在给定的外力载荷和温度分布下处于平衡状态。 最小势能原理：在所有可能满
5、足位移边界条件和变形协调条件的位移中，只有那些同时满足平衡条件和力的边界条件的那一组位移，使系统的总势能取最小值。也就是说，在几何可能的一切容许位移和形变中，真正的位移和形变使总势能取最小值；反之，使总势能取最小值者也必是真正的位移和形变。有限元法有限元法3有限元法有限元法4有限元法有限元法5.有限元法最早以解决结构力学、弹性力学问题发展起来的，它的理论基础是 变分原理 。6.7试列举有限元分析中常用单元类型（至少5种）杆单元（梁单元）；平面单元；薄板（弯曲）单元多面体单元；等参数单元；轴对称单元有限元法有限元法8有限元求解中，力学模型的简化需要注意哪些问题？判别实际结构是属于哪一种问题注意实
6、际结构的对称性对实际结构建模时可以去除一些不必要的细节简化后的力学模型必须是静定或超静定结构9有限元工程分析中，为减小解题规模而采取的“周期性条件”是何含义？ 机械上有许多旋转件，其结构形状和所受载荷呈现周期性变化的特点，利用这些结构上的特点，只切出其中一个周期来分析，计算工作量将减为原来的1/n(n为周期数)。当然，在切开处必须使它满足周期性约束条件。有限元法有限元法10有限元分析中，对称结构是指几何形状、尺寸 、 和 对称于某一直线或平面的结构。 答案：载荷、约束条件11如果过弹性体内的任一点的某一斜面上的切应力等于零，则该斜面上的正应力称为该点的 。答案：主应力12. 有限元网格划分中，
7、网格质量是指网格 的合理性。答案：几何形状有限元法有限元法13. 有限元分析中，当结构形状对称时，其网格划分 ，以使模型表现出相应的对称性。答案：答案：也应对称14. 在弹性力学的平衡方程中，力的平衡微分方程描述（ ）A 体积力与应力的平衡 B 内力间的平衡C表面力与应力的平衡 D 外力间的平衡答案：答案：A15. 平面三角形单元也称为（ ）单元 A 线性应变 B 线性变形C 常应变或常应力 D 线性应力答案：答案：C优化方法优化方法12优化方法优化方法3优化方法优化方法4优化方法优化方法优化方法优化方法优化方法优化方法优化方法优化方法 5.要建造一个容积为1500 m3的长方形仓库，已知每平
8、方米墙壁、屋顶和地面的造价分别为4元、6元和12元。基于美学的考虑，其宽度应为高度的两倍。欲使其造价最低，试建立该优化设计的数学模型。优化方法优化方法优化方法优化方法 20.设目标函数f(X)=4x12+3x224x1x28x1, 取初始点X(0)=0，0T, 经一次一维优化搜索, 得到最优点X(1)=1，2/3 T。1）试反求该一维优化搜索的搜索方向和最优步长。2）试计算f(X)在X(1)处的梯度，并以X(1)为起点，沿该梯度的负方向做一次一维优化搜索。优化方法优化方法优化方法优化方法 6.请列出下列约束优化问题的混合惩罚函数表达式 min f(X)=x1 2+x22-4x1-6x2+13
9、s.t. g(X)= x1+2- x20 h(X)=x2+x1-3=0)0, 0()3(1 x-2x1 1364)()()2()1()0(212)(21212221limkkkkkrrrrxxrxxxxX）（）（，优化方法优化方法 7. 简述优化设计问题的设计可行域含义。简述优化设计问题的设计可行域含义。 在优化设计问题中，所有不等式约束的约束面共同构成一个复合约束面，它所包围的区域是设计空间中满足所有不等式约束条件的空间，该区域称为设计可行域，若用符号D表示，设计可行域记为 当n维优化设计问题有m个不等式约束和p个等式约束时，其设计可行域表示为 muxgxDu, 2 , 100)(0)(xh
10、xgxDvunpvmu, 2 , 1, 2 , 1优化方法优化方法 xf8简述函数梯度的性质。简述函数梯度的性质。1）梯度矢量）梯度矢量与 过点x的等值线的切线正交。2）负梯度矢量）负梯度矢量 方向是函数在x点处的最速下降方向。 xf9、内点法的初始点必须是 ，外点法的初始点可以是 。答案：内点，内点或外点。 10、约束最优解的最优值 无约束最优解的最优值。答案：大于或等于11. 梯度法中相邻迭代点的梯度是相互（ ） A 共轭的 B正交的 C 平行的 D 重合的答案：B优化方法优化方法12优化方法优化方法解得下一个迭代点为Tx46)1(优化方法优化方法13机械优化设计的一般过程有多项工作内容，
11、其中最关键的是哪两方面工作？答案：机械优化设计的一般过程中，最关键的两方面工作：将优化设计问题抽象成优化设计数学模型，通常简称它为优化建模；后是选用优化算法及其程序在计算机上求出这个模型的最优解。通常称它为优化计算。14简述内点法和外点法的不同点。答案：1）内点法构造的惩罚函数是定义在可行域内，惩罚因子递减，求解过程也在可行域内完成，它是一种求解不等式约束优化问题的有效方法。所有迭代点都是一个可行的设计方案。2）外点法构造的惩罚函数是定义在可行域外，惩罚因子递增，迭代点从可行域外逐渐逼近约束边界上的最优点，可方便地处理具有等式约束的优化设计问题。优化方法优化方法15、对于一个n维设计空间问题，
12、等式约束的个数p不可 维数。答案：答案：多于 16、 常用的一维搜索方法有 和 。答案：答案：0. 618法 、二次插值法 17、变尺度法的第一个搜索方向是（ ） A共轭方向 B牛顿方向 C负梯度方向 D 变尺度方向答案：答案：C 优化方法优化方法xxxf/24)(01. 018.18.某汽车行驶速度x与每公里耗油量的函数关系为，试用黄金分割法完成车速在0.21.2km/min时一次区间搜索，求最经济车速x*，并判断迭代终止条件。（精度 ）在初始区间在初始区间a,b=0.2,1.2中取两点，并计算函数值中取两点，并计算函数值1579.30818. 0/24818. 0)(818. 0)2 .
13、02 . 1 (618. 02 . 0)(618. 08191.41582. 0/24582. 0)(582. 0)2 . 02 . 1 (382. 02 . 0)(382. 02221111xffabaxxffabax优化方法优化方法比较函数值，缩短搜索区间比较函数值，缩短搜索区间 21ff 8627.259639. 0/249639. 0)9639. 0(9639. 0)582. 02 . 1 (618. 0582. 0)(618. 01579.30818. 0/24818. 0)818. 0(818. 0;582. 0221211ffabaxffxxxa判断迭代终止条件判断迭代终止条件
14、01. 0618. 0582. 02 . 1ab不满足迭代终止条件，需继续缩短搜索区间以求得最经济车速。可靠性设计可靠性设计 1. 若影响某个随机变量的独立因素很多，且不存在起决定作用的主导因素，则该随机变量一般用_正态 _分布来描述。2. 试简述可靠性及可靠度的定义。 可靠性指产品在规定的条件、规定的时间内完成规定功能的能力。 可靠度是产品在规定的条件、规定的时间内完成规定功能的概率。 3. A、B、C三个厂家生产同一类型的某产品。A厂家称他们生产的产品取100个样本做寿命试验，工作到1000个小时时，只有5个失效；B厂家称他们生产的产品的中位寿命是5000小时；C厂家称他们生产的产品的平均
15、寿命为10000小时。假设此产品的失效率为常数。从可靠性指标判别，哪个厂家生产的产品质量最好。可靠性设计可靠性设计可靠性设计可靠性设计 4.某个构件工作时最大工作应力为200MPa ,最小工作应力为170Mpa，此 构件材料强度的均值为 220 Mpa，标准差 15 Mpa，求此构件强度的可靠度。MPaSMPaS170200minmax214. 25151852205618522222minmaxminmaxSSRSSZMPaSSMPaSS98655. 0)(RZR可靠性设计可靠性设计 5.6.7.可靠性设计可靠性设计 8.可靠性设计可靠性设计可靠性设计可靠性设计 9.可靠性设计可靠性设计10
16、常用的产品可靠性指标有哪些？平均寿命；寿命方差与标准差；可靠寿命、中位寿命与特征寿命；维修度；有效度。11.若统计得到人的身高XN(1650,602)mm，希望碰头的概率小于1%，试设计车门高度。可靠性设计可靠性设计12.某飞控系统由三通道并联组成，设单通道服从指数分布，故障率 ，求系统工作1h的可靠度。h/1013可靠性设计可靠性设计13给出可靠性工程中常用的概率分布（至少5种）。二项分布、泊松分布、指数分布、正态分布、对数正态分布、威布尔分布。 14.已知某产品的寿命服从正态分布)2000,20000(2NT ，寿命以循环次数计。求该产品在19000次循环时的R(t)。计算标准正态分布变量：5 . 020002000019000tz查标准正态分布表得3085. 0)5 . 0(%15.696915. 03085. 01)5 . 0(1)(1)(tFtR可靠性设计可靠性设计15. 某系统要求可靠度, 9 . 0sR采用复杂程度相似的3个元件分别组成串联和并联系统，试求该串联和并联系统中每 个元件可靠度。1）串联系统等分配）串联系统等分配9655. 09 . 03/1/1nsiRR2）并联系统等分配）并联系统等分配5358. 04642. 0114642. 0)9 . 01 ()1 (3/1/1/1iinsnsiFRRFF 即并联系统中每个元件的可靠度应为0.5358。
