23-现代机械设计方法简介-宋宝玉版.ppt

现代机械设计方法简介;现代机械设计方法简介;一、机械部件设计的一般方法 2、常用设计准则 1）强度准则 （拉伸、剪切） 2）刚度准则 （弹性变形） 3）精度准则 （尺寸、形状；分配、综合与匹配） 4）寿命准则 （疲劳、磨损、腐蚀） 5）振动稳定性准则 （固有频率与激振频率） 6）可靠性准则;现代机械设计方法简介;现代机械设计方法简介;现代机械设计方法简介;现代机械设计方法简介;现代机械设计方法简介;现代机械设计方法简介;CAD应用领域概略比例（％）;现代机械设计方法??介;现代机械设计方法简介;现代机械设计方法简介;现代机械设计方法简介;现代机械设计方法简介;现代机械设计方法简介;现代机械设计方法简介;2、可靠度分类等级及应用;1）故障预分析，找薄弱环节，首先保障； 2）提高基础数据的准确性（破坏性实验，基础数据库） 3）重要处，备用系统 UPS,副油箱等； 4）核设施等异常后果的处理;式中: F(t)指产品至时刻 t的累积失效概率.;2) 失效概率密度f(t) 指时间 t 附近单位时间内失效的零件数与总数之比值. 通常用f(t)表示.即;5、机械静强度可靠性设计的基本理论;对正态分布的应力和强度,其密度函数分别为:;密度函数f(x);由可靠度定义可知:;根据标准正态分布的对称性,上式还可等效写成:;与可靠度R一一对应，将R、S、r (即可靠度、应力和强度)三者联合起来,称为“连接方程”或“耦合方程”(Coupling Equation)或可靠度方程,ZR称为连接系数或可靠性系数. 在计算结构的可靠度时可根据ZR值查ZR--R表,在按R设计结构参数时，可根据R值查R--ZR表得ZR. ;可靠度方程存在下列三种取值情况: (1)当urus时, ZR0, R0.5;若ur-us为恒值,此时R值将随σr及σs的值增大而减小.根据传统设计中安全系数Sn的概念: Sn = ur/us1,此时Sn不变,而R却随σr、σs在变化; (2)当 ur-us=0时, ZR=0, R≡0.5,σr、σs对R无影响; (3)当ur-us0时, ZR0, R0.5,且σr、σs增大,R将朝着减小的方向变化，此时Sn1,这种情况在用安全系数法设计时是不允许的. 由此可见,安全系数设计法存在不合理现象,没有考虑强度及应力的离差σr、σs的影响. ;例: 图10所示为一受拉圆型载面杆,已知力和截面直径服从正态分布,分别为N(uP、σP)、N(ud、σd),屈服强度亦服从正态分布N(ur,σr).设可靠度为R,试进行强度可靠性设计(求直径均值和离差)：当R=0.999时，d=?;按可靠性求解，当R= 0.999 时：;现代机械设计方法简介;现代机械设计方法简介;现代机械设计方法简介;1）大型桥梁结构的动态分析； 2）地下建筑的抗震分析； 3）海上石油钻井平台的响应分析(潮、汐、海流、风等) 4）飞机、航天飞机等的结构整体分析； 5）螺杆抽油泵螺杆的变形和稳定性分析（振型）； 6）碟型弹簧的翻转分析（临界失稳）； 7）球形超塑过程的模拟（仿真）； 8）裂纹尖端的应力强度因子(KIC)； 9）疲劳裂纹的计算机模拟； 10）??? 焊接熔池的温度场分析； 11）??? 超硬涂层的失效分析(CVD、PVD涂层)； 12）??? 爆炸冲击波的破坏性分析； 13）??? 支撑结构的稳定性分析； 14）??? 流场分析（导弹发动机、液体流场等）； 15）??? 液体固体耦合分析等(大坝、油罐车)。;现代机械设计方法简介;有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元 有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解 把一个原来是连续的物体划分为有限个单元，这些单元通过有限个节点相互连接，承受与实际载荷等效的节点载荷，并根据力的平衡条件进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合成整体进行综合求解。 这个解不是准确解，而是近似数值解(精度高、适应性强) 有限元法的基本思想—离散化　　;1）问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。 2）求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分一。 ;3）确定状态变量及控制方法： 一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示 4）单元推导：形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵）; 5）总装求解 单元总装形成离散域的总矩阵方程（联合方程组），反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。 6）结果提取与分析处理 求解结果是单元结点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量，将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确