计算机辅助工程CAE
计算机辅助工程CAE---------2012.11.10
1.1、举例说明工程实际中计算机辅助工程的问题。P3
答：借助CAE技术，一家英国的汽车业咨询公司TWR短时间内(15周)完成一个紧凑型家庭轿车全尺寸模型的设计、验证和制造。通过使用非线性仿真软件MS C.Dytran和MSC.Ma r c重现世贸大楼倒塌全过程，美国政府的研究人员们找到了为科么世贸大楼在仅仅一个小时之内就坍塌了的原因。
1.3、传统的工程分析和计算机辅助工程分析的异同点?
答：（1）共同点：所遵循的步骤和摸型完全一致；（2）不同点：计算机辅助的工程分析部分由计算机全自动的来处理，另外一部分则由工程师和计算机互相协调来进行；传统工程分析则完全由工程师自己完成。
1.5、传统的机械产品或工程设计与现代机械产品或工程设计的异同点。P3
答：(1]共同点：保证性能指标；保证可靠性、使用寿命；最大限度降低成木。（2）不同点：①依据理论: 传统的机械产品依据材料力学、理论力学、弹性力学公式；现代机械产品借助于计算机和CAE(Computea} Aided Engineering软件。②传统的机械产品进行简化，计算精度较低，为保证设备的安全可靠运行，加大安全系数，导致结构尺寸过大，浪费材料，造成结构性能地降低；现代机械产品高速、高效、高精度、低成木、节省能源和高性能。③传统的机械产品采用串联设计：设计，制造或施上，物理样机或工程结构，性能测试和评价，改进设计，反复循环；现代机械产品采用并行设计:借助于计算机和CAE软件进行，设计，分析计算，仿真，改进设计，设计阶段性能测试和评价，直至满足设计要求，加工制造，物理样机或工程结构，性能测试和评价，改进。④传统的机械产品研发周期长，费用高，性能很难保证；现代机械产品研发周期短，费用相对较低，性能容易保证。
1.7、简述CAE软件的结构与功能。P5
答：（1）现行CAE软件的基木结构包含以下模块：前处理模块，有限元分析模块，后处理模块，用户界面模块、数据管理系统与数据库、专家系统、知识库。(2) C A E的作用： 1.增加设计功能、借助计算机分析计算.确保产品设计的合理性，减少设计成本； 2.缩短设计和分析的循环周期；3.CAE分析起到的“虚拟样机”作用在很大程度上代替代了传统设计中资源消耗极大的“物理样机验证设计”过程虚拟样机作用能预测产品在整个生命周期内的可靠性；4.采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成木； 5.在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；6.模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；7.进行机械事故分析，查找事故原因。
2.1、简述材料力学研究工程问题的范畴和方法。
答：材料力学主要研究杆梁柱在载荷作用下的应力应变位移等，只限于简单的载荷和一般载荷。
方法：理论分析法：对实际问题进行合理抽象和转化，建立力学数学模型，并进行理论分析，给出问题的答案；试验方法：用实验直接解决工程问题，验证理论分析的正确性，确保理论分析的参数。
3.1、有限元的基本思想和基本概念是什么? P18-24
答：有限元的基本思想：把作为对象的物体分割成小部分并输入边界条件把各个小部分的结构特征用公式近似，把这些小的部分组合起来就可得到力的平衡，以结果求的单元内部的应力应变位移等。物理有限元FEM 的基本思想是：一分一合，化整为零，积零为整把复杂的问题看成由有限个单元组成的整体。概念1：有限元是将实体单元结构划分成网格单元，网格间相互联系的点称为结点，网格与网格的交界线称为边界，节点数与单元数都是有限的。(概念2):物理解释的基本概念是分离或离散一个复杂的机械系统成为更加简单的互不连接的称做为有限元或简称单元的部件。单元的机械响应由有限个节点自由度位移表示，这些节点由度位移表示为未知函数的值。单元响应由数学和实验的形成的代数方程定义，原系统的响应认为是由连接或组装所有单元形成的离散模型的近似值。
3.3物理FEM分析的基本步骤是什么？P23 答：（1）结构的离散化。（2）单元特性分析：
①选择位移模式；②分析单元的力学特性，建立单元刚度方程；③计算单元等效节点力。（3）单元集成。（4）求解方程，得出节点位移。（5）由单元节点位移计算单元应变和应力。
3.4、简述弹性伦理学研究工程问题的范畴和方法与材料力学研究工程问题的范畴和方注有什么不同。P24
答：弹性力学的任务是分析弹性体在受力作用并处于平衡状态下产生的应力、应变和位移状态及其相互关系等。弹性力学用于二三维连续弹性体问题要考虑平衡微分方程、物理方程、几何方程和边界条件，最终归结为偏微分方程的边值问题。材料力学研究构件在载荷作用下的变形，应力，应变。只要有载荷存在就有位移、应变、应力的存在，这四种只要有其一的存在就会有其他三种存在，用数学公试表示这四种量关系的科学称为材料力学。
3.6、最小势能原理是什么?它和虚功原理有什么关系? P33-34
答：最小势能可叙述为：与精度解（真是位移）相应的势能小于与任何其它可能位移相应的势能。虚功原理是：弹性体在给定的体积力和边界处的表面力条件下处于平衡状态，当物休产生偏离这个状态的任意微小可能允许位移时，其应变能增量等于外力势能增量。虚功原理是最小势能的一种表达形式，在进行有限元计算时可以直接利用虚功原理求出真正位移。
3.8、为什么说有限元方法就是一种能量方法?它和传统的弹性力学和材料力学求解方法相比有何优点? P35
答：因为能量方法都要用有限元方法来建立模型和方法，当欧拉方程不易求解时可以把它转化为泛函数变分的极值问题，即有限元方法可以假设一组位移，用位移函数表示出，把他们带入泛函数试中，由一定条件确定所有需要的正确解，这就是变分问题的近似解或称变分问题的直接法，而有限元位移法则就是变分原理建立单元方程。
4.2、物理有限元建立过程中主要误差来自那些方面？P37
答：物理化、离散化和求解，每个步骤都会产生误差。
4.3如何对一工程和机械的理想化过程? P37
答：所谓理想化就是一个工程师或科学家经过研究把一个实际的物理系统抽象成一个系统的数学模型的过程，这个过程之所以被称为理想化是因为数学模型是物理现实的必要的抽象，由数学模型所产生的解析的或数字的结果.实际上仅仅是物理系统特征的方方面面的再现。
4.5、何谓离散模型，何谓连续模型，何谓离散化？P36、P38
答：如果自由度的数量是有限的，这个模型称为离散模型；否则称为连续模型。为了进行数字化仿真，必须将无限多个自由度简化到有限个自由度，这个简化就称为离散化。
4.6、有限元常用的一维、二维和三维单元有那些？机械结构常用的单元有那些？P40
答：在一维单元中，单元的形状通常是直线或曲线段；在二维单元中，单元是三角形或四边形；在三维单元中，最常用的形状是四面体、五面体和六面体。
4.7、机械结构划分单元（离散化）时应该遵守的一般原则是什么？P43
答：（1）网格细化：在你预测的应变或应力的高（低）梯度区域，使用相对精细（粗糙）的离散化，对于应变或应力的高梯度区域应注意的是：靠近拐角或边突然弯曲变化处；在集中载荷、集中反作用力、裂缝和剪切块附近；在结构内部厚度、材料特征或横截面突然变化的位置。（2）单元形状化。
4.8、在使用商用或通用有限元程序化时应该遵循的一般原侧是什么？P43
答：应该遵循的一般原则：（1）使用最简单的有限单元类型来完成工作。（2）决不要乱用复杂的或特殊的单元，除非你对所做的问题很肯定。（3）使用你认为是最简单的网格将迅速获取物理系统主要的物理特征，特别是在工程设计应用中非常重要。用几个字来概括就是“坚持简单”。
5.1、如何区分桁架结构、梁结构和框架结构？P45
答：（1）从架构上看：桁架杆件的连接点一般指的是铰链（用销钉连接或特殊加工），杆件可以相互转动，因而，不传递弯矩，杆件也没有弯矩，为二力杆，可轴向拉伸或压缩（论力学中定义的桁架二力杆是刚体，只承受拉力或压力，不产生任何变形。在有限元方法中，我们仍然沿用结构力学中桁架二力杆的名称，也仍然认为桁架杆件为二力杆，不承受弯矩，也不弯曲，但这里认为杆件沿轴向可以有拉伸或压缩变形）。而梁系结构或框架结构侧不然，一般连节点是固定死的（用铆钉、螺栓或焊接方法连接），杆件不能有相对转动，能传递弯矩，杆件有弯曲变形，也有轴向拉压变形和扭曲变形。（2）从受力角度讲：桁架二力杆只承受轴向力，没有弯曲。而梁和框架则可以承受弯矩，也有弯曲。
5.2、ANSYS中最常用的桁架单元有那些？P51
答: 最常用的有link单元，其中包括LIINK1单元(2Dspar)是2D的二力杆，LINK8单元(3Dspar)是3D的二力杆，LINK180是18X单元中的二力杆tro-force member，LINK10单元用来模拟仅承受张力的连杆（如一条电缆）。
5.3、在平面2D桁架结构分析中能否用梁单元BEAM3？为什么? P54
答：可以用梁单元BEAM3，因为其可以承受弯矩，并称为2D弹性梁。
6.1、平面2力杆单元、梁单元和框架单单元主要区别? P55 P63 P65
答：杆具有抵抗沿着轴向方向的内力的能力，而梁类构件的载荷可以作用在沿梁方向的任何位置上，载荷会在梁中产生弯曲变形。框架单元在梁的墓础上可以承受轴向力，能轴向变形。杆单元有两个节点，梁单元由两个节点组成，每个节点有三个自由度；框架单元每个节点除了有转角水平位移以外还有轴向变形，也是每个节点有3个自由度，每个单元有六个自由度。
6.2、在ANSYS分析中杆单元、梁单元和框架单元分别用什么单元? P74
答：在ANSYS分析中，杆单元用LINK1和LINK8单元，也可用BEAM3和BEAM4单元；2d的梁单元用beam3，3d的梁单元用bean4；框架单元使用sol2d45单元。
7.1、平面应力问题和平面应变问题的主要区别? P78 P80 P81
答：平面应力问题是指所有应力都发生在同一平面上，在Z方向没有任何应力分量，在Z方自可以完全自由变形，平面应力问题研究平面上的力量；平面应变问题是指所有应变都发生在同一平面上，在Z方向没有任何应变分量，在Z方向完全限制，平面应变问题是处理面内受力但垂直与平面上不产生变形的二维受力问题。
7.2何谓轴对称工程问题？P81
答：当一个结构的几何形状及负载都对着某一轴形成对称关系时，（此时结构反应也会对该轴形成对称），称为轴对称问题。
7.3、以平面2D问题为例简要说明有限元方法分析问题的一般步骤。P76
答：在弹性力学问题中，首先要经过离散化，使结构变成有限个单元的组合体，然后进行单元分析，得出单元矩阵，再进行单元的集成，得出整体的矩阵，因此，弹性力学问题的有限元法包括下列步骤：离散化、单元分析、整体分析。
7.4、ANSYS中常用的2D单元是那个？P90
答: 2D平面问题的常用单元有：PLANE2、PLANE42、PLANE82。
8.1、膜、板、壳单元的区别是什么？P93
答：膜类结构单元仅承受面内拉伸或张力载荷（如织物、鼓面等），仅有平面应力；板单元仅产生弯曲变形；壳单元则能承受面内拉伸应力和弯曲应力，也就是板单元与膜单元合并后的单元。
8.2、ANSYS中平面2D结构单元PLANE42和3D结构单元SHELL63的区别？P99 P90 P100
答：SHELL63称为弹性壳，因为它只支持线性弹性的材料模式，有4个节点（I、J、K、L），每个节点有6个自由度(3个位移UX、UY、UZ及3个转角ROTX、ROTY、ROTZ）,所以一个单元共有24个自由度。
PLANE42是最基本的2D结构单元，它有四个边，所以又称四边形单元，他的四个顶点各一个节点（I、J、K、L），每个节点两个自由度（UX、UY）。
SHELL63是解3D结构的单元，PLANE42是解2D结构的单元；使用PLANE42等单元时不允许有任何的out-of-plane的负载，如果有out-of-plane的负载，应使用板壳单元SHELL63。
9.1、为什么有时要把3D问题简化成2D问题分析？P102
答：把一个问题建模成3D的问题来求解，这样分析模型会最接近真实世界中的模型，往往是最简单、最方便的，但最耗计算时间，原则上一个问题如果能做适当的精简（譬如简化成2D问题或利用其对称性），则最好尽量做精简的工作，这种精简工作不只是可以有效地利用计算机计算资源，更重要的是，通常比较能够抓住问题的本质。
9.2、ANSYS中最常用的3D单元是solid45。P114
电子设计自动化大作业
第 1 页 共 4 页 班级 学号 姓名 命题教师 教研室（系）主任审核(签字) …………………………………………装…………………………………订………………………………线……………………………………… 装订线以内不准作任何标记 2012/2013学年第一学期考试题（卷） 课程名称 电子设计自动化 考试性质 考查 试卷类型 A 使用班级 电子0901~03电信0901~02 考试方法 闭卷 人 数 140 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总 成 绩 成 绩 一、查阅相关资料，说出常用的EDA 工具软件分为哪几类？并写出每一类常用的软 件名称及其特点。（15分）。 目前常用的EDA 工具软件：multiSIM7（原EWB 的最新版本）、PSPICE 、OrCAD 、 PCAD 、Protel 、Viewlogic 、Mentor 、Graphics 、Synopsys 、LSIIogic 、Cadence 、MicroSim 等等。一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同进还可以进行PCB 自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。①SPICE （Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis ）：是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件，1998年被定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim 公司推出了基于SPICE 的微机版PSPICE （Personal-SPICE ）。现在用得较多的是PSPICE6.2，可以说在同类产品中，它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA 软件，在国内普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，都可以得到精确的仿真结果，并可以自行建立元器件及元器件库。②multiSIM （EWB 的最新版本）软件：是Interactive Image Technologies Ltd 在20世纪末推出的电路仿真软件。其最新版本为multiSIM7，目前普遍使用的是multiSIM2001，相对于其它EDA 软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样，但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色，几乎能够100%地仿真出真实电路的结果，并且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器（对于multiSIM7还具有四踪示波器）、波特仪（相当实际中的扫频仪）、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路、等等还支持自制元器件。MultiSIM7还具有I-V 分析仪（相当于真实环境中的晶体管特性图示仪）和Agilent 信号发生器、Agilent 万用表、Agilent 示波器和动态逻辑平笔等。同时它还能进行
吉林大学 2019-2020学年第一学期期末考试《计算机辅助设计》大作业答案
吉林大学网络教育学院 2019-2020学年第一学期期末考试《计算机辅助设计》大作业答案 学生姓名专业 层次年级学号 学习中心成绩 年月日
作业完成要求：大作业要求学生手写，提供手写文档的清晰扫描图片，并将图片添加到word 文档内，最终wod文档上传平台，不允许学生提交其他格式文件（如JPG，RAR等非word 文档格式），如有雷同、抄袭成绩按不及格处理。 一、问答题（每小题7分，共70分） 1、如何按项目规划图纸？它和按文件夹形式存放图纸的区别是什么？ 2、AutoCAD 的命令输入的方式有几种？ 3、如何将图纸标题和图纸编号设置为字段？如何更新图纸的图纸标题和图纸编号字段？ 3、如何创建和更新图纸一览表和指定一览表的格式？ 4、AutoCAD提供了哪12种尺寸标注类型？ 5、简述块的主要作用。 7、绘图过程中常需要输入点的位置，AutoCAD提供了哪几种输入点的方式？ 8、比较REDRAW命令与REGEN命令。 9、什么是PLINE（多义线）？比较PLINE线与LINE线。 10、图形的复制命令主要有哪些？各自的功能是什么？ 二、制图题（30分） 根据图所示“组合体”两视图，按1:1的比例绘制其三视图，不注尺寸。( 30分 )
答案 作业完成要求：大作业要求学生手写，提供手写文档的清晰扫描图片，并将图片添加到word 文档内，最终wod文档上传平台，不允许学生提交其他格式文件（如JPG，RAR等非word 文档格式），如有雷同、抄袭成绩按不及格处理。 一、问答题（每小题7分，共70分） 1、如何按项目规划图纸？它和按文件夹形式存放图纸的区别是什么？ 答：按照图纸编号、专业分门别类，如果存档，要按照规范copy要求折叠、装订成册，如果要施工，方便翻阅，就按侧边装订，平摊避光存放。 建筑工程图纸分为建筑施工图、结构施工图、设备施工图。它是审批建筑工程项目的依据；在生产施工中，它是备料和施工的依据。 当工程竣工时，要按照工程图的设计要求进行质量检查和验收，并以此评价工程质量优劣；建筑工程图还是编制工程概算、预算和决百算及审核工程造价的依据；建筑工程图是具有法律效力的技术文件。 2、AutoCAD 的命令输入的方式有几种？ 答： 1）、从菜单栏中输入 2）、点击工具栏中的图标3）、从命令行中输入 4）、点击屏幕菜单中的命令 3、如何将图纸标题和图纸编号设置为字段？如何更新图纸的图纸标题和图纸编号字段？ 答： 答：写入文字时对图纸标题和编号选择“插入字段”，选择“图纸集”字段类别，字段名称分别选择“当前图纸标题”和“当前图纸编号”，在图纸集管理器中对标题和编号进行修改后，选择下拉菜单“工具”——“更新字段”命令，可以更新标题栏中的字段。 4、如何创建和更新图纸一览表和指定一览表的格式？ 答：写入文字时对图纸标题和编号选择“插入字段”，选择“图纸集”字段类别，字段名称分别选择“当前图纸标题”和“当前图纸编号”，在图纸集管理器中对标题和编号进行修改后，选择下拉菜单“工具”——“更新字段”命令，可以更新标题栏中的字段。
计算机辅助工程题目(考试用).
计算机辅助工程题目 CAD部分 下列经典视图中哪一个不属于平行投影视图：( B ) A. B. C. D. 样条(Spline)曲线特征控制点的数量必须大于或等于样条的次数（Degree值）( False) 构造实体几何法（CSG）包含两部分内容：第一是基本体素的定义与描述；第二是体素之间的集合运算。 扫描法实体造型需要两个要素：第一是被移动的形体(基体)或截面(Section) ；第二是移动该形体的轨迹(路径)(Guide)。 自下向上的设计(Bottom-Up Modeling)装配方法与产品的实际装配过程类似，即事先创建好所有的零件模型，然后把创建好的零件装配成部件，再把零部件装配成完整的产品。 CAE、CAPP部分 下列哪项工作不属于有限元分析的前处理内容（C ） A. 生成几何实体模型 B. 施加边界条件 C. 生成应力等值线图 D. 生成网格单元 下列哪项工作不属于有限元分析的后处理内容（B） A. 生成各阶振型图 B. 施加载荷 C. 生成应力彩色云图 D. 应变过程仿真 优化设计要解决的关键问题主要有两个：一是建立优化设计数学模型，即确定优化设计问题的目标函数、约束条件和设计变量；二是选择适宜的优化方法。 派生式CAPP是建立在成组技术的基础上，利用客观存在的零件结构和工艺特征的相似性，由计算机辅助设计工艺规程。 CAPP 专家系统是由工艺知识库和工艺决策推理机两部分组成。
CAM部分 UG NX4.0 部分 在NX的用户界面里，哪个区域提示你下一步该做什么？（ B ） A Information Window B Cue Line C Status Line D Part Navigator 下列图形中哪一项不能作为轮廓在UG中用Extruded 命令进行拉伸（ D ） A. B. C. D. 在UG NX4.0中用基本曲线(Basic Curve)的Fillet 命令中的“2 Curve Fillet”命令对下图左图倒圆角，要得到右图，在操作工程中，鼠标的选择顺序是（ B ）。 A. A→B→D B. A→D→B C. D→A→B D. A→D→C 在UG NX4.0的特征建模(Feature Modeling)中，下列设计特征(Design Feature)的建立哪一项特征必须要定义水平参考(Horizontal Reference )。( B ) A. Extruded B. Slot 孔 C. Block D. Hole
有限元分析报告
南京理工大学 机械工程学院研究生研究型课程考试答卷 课程名称：计算机辅助工程（Computer Aided Engineering） 考试形式：□专题研究报告□论文√大作业(Project) □综合考试 学生姓名(name)：李日和学号(ID number)： 114101000072 评阅人： 时间：2015 年6 月16 日 iv
1.1背景及意义 随着科技水平的飞速发展以及工业生产的发展，对制造水平提出了更高的要求。航空航天事业的发展，对难加工材料的需求也是越来越大。特别是金刚石材料的应用，在这个超精密加工的时代有着无可替代的位置。中国是有色金属资源的大国，而金刚石工具在有色金属的加工应用中，也有着出色的适应性。在耐磨材料的加工中金刚石工具也起着举足轻重的作用。目前，实际生产中使用的金刚石成型砂轮一般采用单层电镀工艺来制作，镀层金属只是机械性地包埋金刚石磨粒，与镀层金属和基体之间并没有形成牢固的化学结合，因此镀层金属对磨粒的把持力小，当工作负荷较大时，砂轮工具容易由磨粒脱落或着镀层金属成片剥落而导致整体失效。如要增加磨粒与镀层金属的结合力，只有增加镀层金属的厚度，其结果是导致容屑空间和磨粒出露高度的减小，金刚石砂轮容易发生堵塞，砂轮的散热效果变差，由于温度上升工件表面容易发生烧伤。在单层钎焊超硬磨料砂轮时，在磨料、钎料与母材的界面上发生溶解、扩散、化合之类的相互作用，从本质上改善了磨料、钎料、基体三者之间的结合强度。用钎焊的方法制造的单层金刚石工具，因为钎焊合金与金刚石磨粒有着牢固的化学结合，金刚石露出的高度大，相比于电镀金刚石工具，这种金刚石工具具有磨削效率高、工具寿命长等特点。而且，目前钎焊多采用感应加热的方式。感应加热是一种非接触的加热方式，因此，在感应钎焊过程中不容易掺入其他杂质，影响钎焊效果；感应钎焊采用的是涡流进行加热的方式，因为在感应频率非常高，因此加热速度快，且能选择性地进行感应加热；感应加热是通过电磁感应，让工件自己加热，是由内向外的加热方式，效率高，能耗小；感应加热设备简单成本低，温度容易控制，因此，容易实现自动化加热。 2.1 问题描述与仿真目的 在进行感应钎焊金刚石砂轮时，温度均匀及温度控制是钎焊是否成功的重要条件。温度不均导致钎料分布不均；温度过高钎料流动性太强，无法定形，且有可能损害基体使基体失效；温度过低钎料与基体无法发生冶金反应。但是在感应钎焊加热过程中，温度的大小可以得到很好的控制，本次仿真不考虑该问题对感应钎焊的影响。由于在感应加热过程中存在着集肤效应、圆环效应和邻近效应，对不同表面的加热效果是不均匀的，这对焊接金刚石颗粒会造成致命的损害。通过仿真得出不同形状的感应线圈与加热条件对工件表面温度分布的影响，从而得到一组优化的实验参数，并通过实验进行验证仿真结果。
《现代设计方法2》大作业
专业限选课大作业 课程名称: 现代设计方法姓名: 李宝东 班级: 10机自本2 学号: 1010111056 2013年10月24日 铜陵学院机械工程学院 机械产品的设计方法
摘要：学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。根据目前国内外设计学者进行机械产品设计时的主要思维特点，将产品进行不同的方案设计、可靠性设计等各种设计。 关键词：机械产品方案设计方法可靠性设计计算机辅助软件 机械产品的设计方法 Abstract: the rapid development of science technology, the product functional requirements increasingly, complexity increases, life period shorten, update speed. According to the current design of scholars at home and abroad were reviewed and the main thinking characteristics of mechanical product design, the product with different design, reliability design and other design. Keywords: mechanical product scheme design method of reliability design cad software 科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快，出现了一批新的设计学科和一系列新的设计理论与设计方法，诸如优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计等。 现代设计是以产品为总目标的一系列种类繁多的现代设计法和技术的综合运用。生产技术的需要和先进设计手段的出现，必须促进设计领域的改革和发展，对于机械设计来说几乎是更新换代，传统的常规设计方法受到很大冲击，用科学的设计方法代替经验的、类比的设计方法已势在必行。缩短设计周期、提高设计质量、发展设计理论、改进设计技术及方法已成为当前机械设计的必然趋势。 机械产品的方案设计方法 1、结构模块化设计方法从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。
计算机辅助工程
一．结合产品周期，论述了计算机辅助工程的概念及其包含的主要内容，并论述了集成制造系统的组成。 一般产品的生产周期包括(1)产品设计阶段(2)产品制造阶段(3)市场销售阶段，三个环节。不仅好的产品会受到市场的认可，同样市场的需求对产品有反作用，它催生着新的产品。产品的一般生产过程下所示： 了解到产品的周期后我们再来了解一下什么是计算机辅助工程。计算机辅助工程(CAE)技术是计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴技术。CAE软件是由计算力学、计算数学、结构动力学、数字仿真技术、工程管理学与计算机技术相结合,而形成一种综合性、知识密集型信息产品。CAE的核心技术是有限元理论和数字计算方法。经过几十年的发展,CAE软件分析的对象逐渐由线性系统发展到非线性系统,由单一的物理场发展到多场耦合系统,并在航空、航天、机械、建筑、土木工程、爆破等领域获得了成功的应用。并随着计算机技术、CAD技术、CAPP技术、CAM技术、PDM技术和ERP技术的发展, CAE技术逐渐与它们相互渗透,向多种信息技术的集成方向发展。计算机辅助工程CAE(Computer Aided Engineering)是一个很广的概念,从字面上讲它可以包括工程和制造业信息化的所有方面,但是传统的CAE主要是指用计算机对工程和产品的运行性能与安全可靠性分析,对其未来的状态和运行状态进行模拟、及早地发现设计计算中的缺陷,并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性。准确地说,CAE是指工程设计中的分析计算与分析仿真,具体包括工程数值分析、结构与过程优化设计、强度与寿命评估、运动/动力学仿真。工程数值分析用来分析确定产品的性能;结构与过程优化设计用来保证产品功能、工艺过程的基础上,使产品、工艺过程的性能最优;结构强度与寿命评估用来评估产品的精度设计是否可行,可靠性如何以及使用寿命为多少;运动/动力学仿真用来对CAD建模完成的虚拟样机进行运动学仿真和动力学仿真。从过程化、实用化技术发展的角度看,CAE的核心技术为有限元技术与虚拟样机的运动/动力学仿真技术。它在现代生产领域，特别是生产制造业中的应用，主要包括计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机集成制造系统等方面发挥着很重要的作用。 计算机集成制造系统简称CIMS，又称计算机综合制造系统，在这个系统中，集成化的全局效应更为明显。在产品生命周期中，各项作业都已有了其相应的计算机辅助系统，如计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)计算机辅助工艺规划(CAPP)、计算机辅助测试(CAT)、计算机辅助质量控制(CAQ)等。计算机集成制造系统将上述计算机的功能集合于一体实现从设计到制造的一体化辅助制造过程。
计算机辅助工程项目管理
土建专业 计算机辅助工程项目管理 课程设计 计算机辅助工程项目管理课程设计 一、学习目的 1、通过本课程设计，使学生初步掌握单位工程施工项目管理实施规划的编制方法和步骤。 2、熟悉施工项目管理部门的组织结构设计、人员组成及主要工作职责；熟悉单位工程施工网络图进度计划的编制与分析；熟悉单位工程施工平面图的设计；熟悉 单位工程施工方案及各项计划与控制措施的制定与落实。 3、熟悉使用计算机管理软件(Project2003 等)编写管理实施规划的流程。即： （1）定义项目的信息（包括项目开始时间、项目文件名称、摘要信息、项目日历时间等）； （2）对项目进行WBS 分解，采用大纲与分级结构列出项目的所有子任务。 （3）对所有子任务（不包括摘要任务）填写每个子任务的估计工期。 （4）设定任务的链接关系。 （5）建立资源表。 （6）给项目的各项任务分配资源。 （7）对项目计划的调整与优化。 4、培养学生综合运用所学知识进行具体的工程项目管理，并学会综合运用信息技术手段。 二、设计内容及要求 结合具体的工程实例，编写一套适合信息化管理的、较为详尽的工程项目管理 实施规划方案。主要内容包括： 1、工程项目概况； 2、施工项目管理部门组织机构的设置、设计的原则及根据； 3、选择施工方案及施工方法； 4、工程施工网络进度计划的编制和说明，以及必要的简图和表格等； 5、工程施工资源供应计划和成本规划； 6、工程施工准备工作计划和施工平面图； 7、保证工程质量、安全的技术组织措施； 8、项目风险管理；
9、信息管理； 10、技术经济指标分析等等。 三、设计指导及案例 （一）工程项目管理分为 5 个阶段： 1. 项目启动阶段，包括：收集数据、识别需求、建立目标、进行可行性研究、 确定利益相关者、评价风险等级、制定策略、确定项目小组、估计所需资源等。 2. 项目计划阶段，包括：任命关键人员，制定项目计划（包括产品技术参数、 质量标准、资源、预算、现金流、进度表、WBS 等），以及评估项目风险。 3. 项目执行阶段，包括：实施项目计划、报告项目进度、进行信息交流、激励小组成员，以及采购产品和服务等。 4. 项目控制阶段，主要对项目范围、项目进度、项目成本以及项目质量进行监 控和调整，以求平衡。 5. 项目收尾阶段，主要包括：交付项目产品、评价项目表现、项目文件归档及 总结项目经验教训等。 （二）建筑工程项目管理的工作内容主要包括： 1、项目管理的编制项目管理规划大纲和项目管理实施规划； 2、项目进度控制、项目质量控制、项目安全控制； 3、项目成本控制、项目人力资源管理、项目材料管理； 4、项目机械设备管理、项目技术管理、项目资金管理； 5、项目合同管理、项目信息管理、项目现场管理； 6、项目组织协调、项目竣工验收； 7、项目考核评价、项目回访保修。 （三）建筑工程项目管理的程序 编制项目管理规划大纲，编制投标书并进行投标，签订施工合同，确定项目经 理，组建项目经理部，签订项目管理目标责任书，编制项目管理实施规划，开工前 的准备，按项目管理实施规划进行管理，进行竣工结算、清理各种债权债务、移交 资料和工程，进行经济分析，做出项目管理总结报告并送企业管理层有关职能部门， 企业管理层组织考核委员会对项目管理工作进行考核评价，项目经理部解体，进行 项目回访保修。 （四）用Project2003 编写项目计划的流程 1、定义项目的信息：包括项目开始时间、项目文件名称、摘要信息、项目日历 时间等，这一步可以通过“项目向导”完成。Project2003 的项目向导用户界面非常友好，可以引导用户一步一步的完成以上信息的设置。 2、对项目进行WBS 分解，采用大纲与分级结构列出项目的所有子任务。这个 过程应该是逐步细化的过程，最先列出摘要任务或者是里程碑式的任务，然后对每 一个摘要任务分别进行分解，列出子任务，任务分解的程度以自己管理的要求为准。
EDA课程设计--任意波形发生器
EDA课程设计--任意波形发生器
E D A 大 作 业 学院：电子信息学院 专业：通信专业102班 姓名：许文博 学号：41003030210
EDA技术概述 EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）缩写，是90年代初从CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。EDA技术是以计算机为工具，根据硬件描述语言HDL（ Hardware Description language）完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局布线、仿真以及对于特定目标芯片的适配编译和编程下载等工作。典型的EDA工具中必须包含两个特殊的软件包，即综合器和适配器。综合器的功能就是将设计者在EDA平台上完成的针对某个系统项目的HDL、原理图或状态图形描述，针对给定的硬件系统组件，进行编译、优化、转换和综合，最终获得我们欲实现功能的描述文件。综合器在工作前，必须给定所要实现的硬件结构参数，它的功能就是将软件描述与给定的硬件结构用一定的方式联系起来。也就是说，综合器是软件描述与硬件实现的一座桥梁。综合过程就是将电路的高级语言描述转换低级的、可与目标器件FPGA/CPLD相映射的网表文件。 任意波形信号发生器的概述 随着信息科技的发展，波形发生器在科技社会等多个领域发挥着越来越重要作用。采用EDA技术利用MAX+PLUSII软件平台,设计的多功能波形发生器系统,大大简化其结构,降低成本,提高了系统的可靠性和灵活性。设计中运用计数器，数据选择器，对所需的频率进行选择和同步。使用宏功能模块存储波形。然后多波形进行幅度的选择。产生满足需要的不用频率和幅度的波形。 任意波形产生器构成：
计算机辅助设计大作业教材
2015—2016 学年第二学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目：计算机辅助设计与制造 学生所在院（系）：机电工程学院 学生所在学科：机械工程 姓名：张娜娜 学号：1502210093 题目：应用三维建模软件构建一个零件模型，描述建模过程。针对该零件的具体情况（比如相关模型的表示方法、数据结构、显示操作情况等），就涉及到的所学知识进行论述。
问题 1. 应用三维建模软件构建一个零件模型，描述建模过程。针对该零件的具体情况（比如相关模型的表示方法、数据结构、显示操作情况等），就涉及到的所学知识进行论述。 2. 计算机是如何帮助我们完成设计任务的？你了解哪些CAD系统？结合你应用过的软件加以论述。
问题1: 应用Pro/E对平口虎钳的固定钳身进行三维建模。 1. 启动Pro/E，新建文件，选择零件设计。 2. 选择俯视基准面，绘制如图1-1所示的截面。 ●知识点：由于矩形已经形成了特征，所以经过确定矩形的两个对角点即可确定矩形，完成后修改对应的长宽即可完成草图的绘制。 四叉树。二维图形是以四叉树的形式存储数据的。它的基本思想是将平面划分为四个子平面，这些子平面任可以继续划分，通过定义这些平面的“有图形”和“无图形”来描述不同形状的物体。 图1-1 草绘截面图1-2 拉伸的实体 3. 退出草图绘制，单击拉伸命令，其参数的设置如图1-2所示。单击对勾，完成的拉伸实体如图1-2所示。 ●知识点：八叉树。拉伸厚度是以八叉树的形式存储数据的。八叉树用以描述三维物体，它设想将空间通过三坐标平面XY、XZ、ZX划分为八个子空间。八叉树中的每一个节点对应着每一个子空间。 图1-3 拉伸草图图1-4 拉伸实体
土木工程综合实践环节要求
1.土木工程本科（专科起点）专业课程设计（大作业）教学大纲 （试行） 一、课程设计的目的： 课程设计（大作业）是本专业综合实践环节的主要内容之一，共计3学分。课程设计是学习专业技术课所需的必要教学环节，学生运用所学的基础理论和专业知识通过课程设计的实践，巩固和掌握专业知识，并为今后的毕业设计做必要的准备。通过课程设计使学生接触和了解，局部设计从收集资料、方案比较、计算、绘图的全过程。培养学生的计算和绘图的设计能力。 二、对学生要求： 1. 学生需认真阅读课程设计任务书，熟悉有关设计资料及参考资料，熟悉各种设计规范的有关内容，认真完成任务书规定的设计内容。 2. 学生均应在教师指导下、在规定的时间内独立完成规定的内容和工作量。 3. 课程设计的成果为计算书和1号图纸2张左右。要求计算书计算准确、文字通顺、书写工整。要求图纸、图面布置合理、正确清晰、符合制图标准及有关规定，用工程字注文。 三、课程设计的课题： 每门课的课程设计（大作业）为1.5学分。课程设计（大作业）有以下五门课：混凝土结构设计、钢结构、结构设计原理、桥梁工程、建设监理。每课群组选定两门课程进行课程设计，各门课的要求如下： 1. 混凝土结构课程设计： （1）熟悉混凝土结构体系荷载的传递及确定。 （2）熟悉结构的平面布置。 （3）掌握单向板、次梁、主梁承载力计算、板梁配筋计算。 （4）绘制结构平面图、板梁（次梁及主梁）配筋图及抽筋图。 （5）写出计算书。 2. 钢结构设计： （1）熟悉单层工业厂房结构体系荷载传递方式及确定。 （2）掌握屋架杆件的内力计算，及荷载不利组合的杆件内力。 （3）选择杆件截面，设计上、下弦杆及腹杆。 （4）绘制屋架结构图、写出计算书。 3. 结构设计原理： 250
计算机辅助工程大作业
CAE（Computer Aided Engineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。其基本思想是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形式简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量（应力、位移、压力和温度等）问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。此时求解的基本方程将是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组，得到的是近似的数值解，求解的近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。 CAE从20世纪60年代初开始在工程上应用到今天，已经历了40多年的发展历史，其理论和算法都经历了从蓬勃发展到日趋成熟的过程，现已成为工程和产品结构分析中（如航空、航天、机械、土木结构等领域）必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE 系统应运而生，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4C系统（CAD/CAPP/CAM/CAE）的重要环节。 CAE系统的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以用通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替 代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。采用CAD技术来建立CAE的几何模型和物理模型，完成分析数据的输入，通常称此 过程为CAE的前处理。同样，CAE的结果也需要用CAD技术生成形象的图形输出，如生成位移图、应力、温度、压力分布的等值线图，表示应用、温度、压力分布的彩色明暗图，以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图，通常称此过程为CAE的后处理。针对不同的应用，也可用CAE仿真模拟零件、部件、装置（整机）乃至生产线、工厂的运动或运行状态，在CAE的应用过程中，前、后置处理是最重要的工作。 计算机辅助工程（CAE）是一种迅速发展的信息技术，是实现重大工程和工业产品的计算分析、模拟仿真与优化设计的工程软件，是支持工程科学家进行创新研究和工程师进行创新设计的最重要工具和手段。CAE的理论基础起源于20世纪40年代，自1943年数学家Courant第一次尝试用定义在三角形区域上的分片连续函
数字化设计与制造技术大作业
数字化设计与制造技术大作业 1.数字化设计与制造技术的定义和内涵、意义？它的流程是？ 定义---通俗地说：数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。计算机技术的发展，使人类第一次可以利用极为简洁的“0”和“1”编码技术，来实现对一切声音、文字、图像和数据的编码、解码。各类信息的采集、处理、贮存和传输实现了标准化和高速处理。数字化制造就是指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势，其内涵包括三个层面：以设计为中心的数字化制造技术、以控制为中心的数字化制造技术、以管理为中心的数字化制造技术。 其数字化设计的内涵是支持企业的产品开发全过程、支持企业的产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持企业产品开发流程的控制与优化等，归纳起来就是产品建模是基础，优化设计是主体，数控技术是工具，数据管理是核心。 订单确认->概念设计/总体设计->零件设计、部件设计、关键件设计->二维工程图->工艺编制、工装设计->工艺汇总与生产准备->采购清单和生产加工->产品装配->安装维护 2.请简述CAD、CAE、CAPP、CAM的定义、功能、发展趋势，并举例说明它们中几个常用的软件？ 1. CAD---计算机辅助设计 CAD在早期是英文Computer Aided Drawing (计算机辅助绘图)的缩写，随着计算机软、硬件技术的发展，人们逐步的认识到单纯使用计算机绘图还不能称之为计算机辅助设计。真正的设计是整个产品的设计，它包括产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造等，二维工程图设计只是产品设计中的一小部分。于是CAD的缩写由Computer Aided Drawing改为 Computer Aided Design，CAD也不再仅仅是辅助绘图，而是协助创建、修改、分析和优化的设计技术。 2. CAE---计算机辅助工程分析 CAE (Computer Aided Engineering)通常指有限元分析和机构的运动学及动力学分析。有限元分析可完成力学分析(线性.非线性.静态.动态)；场分析(热场、电场、磁场等)；频率响应和结构优化等。机构分析能完成机构内零部件的位移、速度、加速度和力的计算，机构的运动模拟及机构参数的优化。 3. CAM---计算机辅助制造 CAM（Computer Aided Manufacture）是计算机辅助制造的缩写，能根据CAD模型自动生成零件加工的数控代码，对加工过程进行动态模拟、同时完成在实现加工时的干涉和碰撞检查。CAM系统和数字化装备结合可以实现无纸化生产，为CIMS（计算机集成制造系统）的实现奠定基础。CAM中最核心的技术是数控技术。通常零件结构采用空间直角坐标系中的点、线、面的数字量表示，CAM就是用数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。 4. CAPP---计算机辅助工艺规划 世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1966年，并于1969年正式推出世界上第一个CAPP系统AutoPros，并于1973年正式推出商品化AutoPros 系统。美国是60年代末开始研究CAPP的，并于1976年由CAM-I公司推出颇具影响力的CAP-I's Automated Process Planning系统。
电路大作业 计算机辅助设计
上海电力学院 本科课程设计 电路计算机辅助设计 （1） 院系：电气工程学院 专业年级（班级）： 2012021 学生姓名：邓学号： 指导教师：向国芬 成绩：
仿真实验一：电阻电路辅助分析（回路电流法）一．实验目的 1.学习以及熟练电路仿真软件的使用； 2.学会运用回路电流法分析电路； 3.掌握功率的测量与计算方法； 4.学会用仿真软件来验证定理的可行性。 二．实验原理 例题：用回路电流法求解下图（1）所示电路中的电压u,。 4Ω 图（1） 4Ω 图（2）
理论分析： 1. 电路中有一个无伴电流源支路 2. 电路中有一个受控电流源，且可先将其看作独立电流源处理； 3. 电路中有3个网孔，数量较少 综上，此题用回路电流法，选取回路电流2l I 通过该无伴电流源，另选取两条回路电流1l I 和3l I ，如图（2）所示。 列出回路电流方程： 3l I 1l I 2l I 1l I 2l I 2l I 3 l I 解得 1l I 3 l I 1l I （3l I 1l I ） =9.92W (发出功率) 三. 仿真实验设计与测试 设计下图所示的仿真电路：
测量仿真电路中的电流电压和功率，看是否与计算值相同： 观察仿真电路数据，可见仿真得1l I =0.8A,3l I =3.6A,u=8V,P=9.92W 与理论值相符。 四.实验结论与回路电流法使用时的注意事项 回路电流法是以回路电流作为未知量，根据KVL 列出必要的回路电压方程，联立求解回路电流。本实验证明了回路电流法的正确性。 在运用回路电流法时需注意： 1. 回路电流法适用于回路数较少的电路； 2. 受控电流源可看成独立源列方程； 3. 当电路中含有无伴电流源时，让其自身构成一个独立回路； 4. 方程的数目要与未知数相同。 特别的在判断发出还是吸收功率是要把计算值和参考方向是否关联同时考虑进去。本题中计算值为正，但是看电路图可知电流与电压为非关联方向，因此得出结论为发出功率。
CAE分析
汽车CAE工程分析 汽车公司建立高性能的计算机辅助工程分析系统，其专业CAE队伍与产品开发同步地广泛开展CAE应用，在指导设计、提高质量、降低开发成本和缩短开发周期上发挥着日益显著的作用。CAE应用于车身开发上成熟的方面主要有：刚度、强度、NVH分析、机构运动分析等；而车辆碰撞模拟分析、金属板件冲压成型模拟分析、疲劳分析和空气动力学分析的精度有进一步提高，已投入实际使用，完全可以用于定性分析和改进设计；虚拟试车场整车分析正在着手研究，此外还有焊装模拟分析、喷涂模拟分析等。 汽车公司建立高性能的计算机辅助工程分析系统，其专业CAE队伍与产品开发同步地广泛开展CAE应用，在指导设计、提高质量、降低开发成本和缩短开发周期上发挥着日益显著的作用。CAE应用于车身开发上成熟的方面主要有：刚度、强度（应用于整车、大小总成与零部件分析，以实现轻量化设计）、NVH分析（各种振动、噪声，包括摩擦噪声、风噪声等）、机构运动分析等；而车辆碰撞模拟分析、金属板件冲压成型模拟分析、疲劳分析和空气动力学分析的精度有进一步提高，已投入实际使用，完全可以用于定性分析和改进设计，大大减少了这些费用高、周期长的试验次数；虚拟试车场整车分析正在着手研究，此外还有焊装模拟分析、喷涂模拟分析等。 一、刚度和强度分析 有限元法在机械结构强度和刚度分析方面因具有较高的计算精度而到普遍采用，特别是在材料应力-应变的线性范围内更是如此。另外，当考虑机械应力与热应力的偶合时，像ANSYS、NASTRAN等大型软件都提供了极为方便的分析手段。 （1）车架和车身的强度和刚度分析：车架和车身是汽车中结构和受力都较复杂的部件，对于全承载式的客车车身更是如此。车架和车身有限元分析的目的在于提高其承载能力和抗变形能力、减轻其自身重量并节省材料。另外，就整个汽车而言，当车架和车身重量减轻后，整车重量也随之降低，从而改善整车的动力性和经济性等性能。 （2）齿轮的弯曲应力和接触应力分析：齿轮是汽车发动机和传动系中普遍采用的传动零件。通过对齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力的分析，优化齿轮结构参数，提高齿轮的承载载力和使用寿命。 （3）发动机零件的应力分析：以发动机的缸盖为例，其工作工程中不仅受到气缸内高压气体的作用，还会产生复杂的热应力。缸盖开裂事件时有发生。如果仅采用在开裂处局部加强的办法加
_有限元法_本科课程综合改革与实践_徐建全
第6期 机电技术 135 作者简介：徐建全(1977－)，男，讲师，硕士，湖南大学机械与运载工程学院博士生；研究方向：计算机辅助工程分析，汽车车身结构与设 计理论，汽车技术与产业发展研究。 《有限元法》本科课程综合改革与实践 徐建全 陈铭年 林大同 (福建农林大学，福建 福州350002) 摘 要：论述了农林院校本科有限元法课程进行改革的必要性，介绍了综合改革的指导思想、目标和内容。实践表明，通过教学改革，学生的综合能力得到提高。 关键词：有限元法；教学改革；课程 中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1672-4801(2011)06-135-03 1 《有限元法》课程改革的必要性 有限元法是计算机辅助工程分析的主要方法之一，是工程结构(包括机械结构，汽车结构，建筑结构，航天航空结构等)设计不可缺少的先进方法。是否掌握有限元法已成为工程设计人员业务水平的重要标志之一。高等学校《有限元法》课程是机械、土木等工程专业的重要选修课之一(个别学校已作为必修课)，对于培养高素质、高质量的高级专门人才有着重要作用。有限元法涉及的理论较深，对数学和力学基础要求较高，对本科生而言，特别是农林院校的本科生而言，有一定难度，并不是人人通过自学都可以学会的。因此，有限元法课程的教学好坏就显得特别有意义。 目前各校讲授的《有限元法》课程及所编教材，大多以大量篇幅和课时讲授有限元法和各种单元的力学原理，在课堂花费很多时间进行数学力学推导。而用很少时间讲授应用，并一般不讲授实验验证方法。实践表明，这样的教学效果使得多数学生感觉深奥难懂，枯燥乏味且不懂应用。极少数学会有限元法的学生也不懂实验验证。 造成这种现状的原因是多方面的：首先是教师对本科生有限元法课程的教学应以应用为主这一点缺乏足够的认识；其次是选修课学时少，一般只有30学时。在力学学时普遍压缩的情况下，加上一些学生的数学和力学基础较薄弱，这么少的学时使学生学会有限元法有一定难度；最后是缺少适用的应用教材或实验条件。 因此，改革《有限元法》课程的教学，在有限的学时中，减少繁琐的推导，加强应用教学是很有必要的。而且，由于计算机使用的便利，有限元软件的具备，以及实验室条件的改善，已为有限元法的教学改革提供了可能。 2 改革的指导思想、目标和内容 几年来学校在车辆工程专业进行了有限元法课程综合改革的尝试，改革的指导思想是，农林院校车辆工程本科有限元法课程的教学应以应用为主[1]。改革的目标是在有限的学时内，使学生学会有限元法的基本理论，懂得有限元的应用和验证。改革的内容包括教学内容、教学方法，教学材料和实验教学[2]。 2.1 教学内容改革 改革后本科《有限元法》选修课为30学时，教学内容和学时安排如下： 第一章：结构力学基础(2学时)，主要介绍结构的分类，结构几何不变性，超静定，自由度，约束，对称结构的概念和性质等。 第二章：平面杆系结构分析(6学时)，主要介绍有限元法的基本原理，单元力学特性分析，坐标变换，结构整体分析。这一章是教学的重点，通过平面杆系教授有限元法的基本原理，学生学会基本原理后，对后续空间杆系的学习才会理解。因此对平面杆系结构分析进行详尽讲解是很有必要的。 第三章：空间杆系结构分析(3学时)，是将二维杆系结构分析的结果推广到三维。这一章着重介绍梁的空间坐标，空间梁单元的分析和应用。 第四章：平面问题的有限元分析(6学时)，主要介绍平面应力、应变问题，弹性体的离散化，位移模式的选择，收敛准则和实施步骤，平面单元的应用。其中位移模式是本章重点讲解内容。 第五章：轴对称单元、等参单元、板壳单元和实体单元等(3学时)。
计算机辅助设计大作业DOC
2015-16学年二学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目：计算机辅助设计与制造 学生所在院（系）：机电工程学院 学生所在学科：机械制造及其自动化 姓名：王永明 学号：1502210051 题目：应用三维建模软件构建一个零件模型，描述建模过程。请结合该模型涉及到的课程学习知识（如模型表示方法、数据结构、显示等），针对该零件的具体情况进行论述。对所论述技术的发展趋势做出讨论。
题目： 1.应用三维建模软件构建一个零件模型，描述建模过程。请结合该模型涉及到 的课程学习知识（如模型表示方法、数据结构、显示等），针对该零件的具体情况进行论述。对所论述技术的发展趋势做出讨论。 2.为什么要使用数据库？数据库的基本原理是什么？尝试用office的组件Access数据库建立一个数据库，结合你的设计过程论述数据库的设计过程。
在UG中建立一个三维模型如下图所示 效果预览： 建模步骤： 第一步、绘制正八边形，内接圆半径为50，如下图所示。 第二步、建立一条起点在原点，长度为30，沿着Z轴的直线，见下图。
第三步、以八边形的两个端点及上步建立直线的顶点为中点建立下图圆弧。 第四步、对圆弧进行修剪，留下四分之一圆弧，见下图。 第五步、运用变换旋转-45°建立同样的圆弧，如下图所示。
第六步、运用曲线组命令建立伞布的曲面，如下图所示。 第七步、将WCS原点移到下图位置，并绘制半径为80的小圆弧。 第八步、以上步建立的曲线为截面进行对称拉伸，拉伸距离为3，见下图。
第九步、运用修剪体命令对伞布进行修剪，效果如下图所示。 第十步、对伞布曲面进行加厚处理，如下图所示。 第十一步、对伞布的边圆弧曲线进行偏置，距离为0.1，见下图。
计算机辅助工程CAE
计算机辅助工程CAE---------2012.11.10 1.1、举例说明工程实际中计算机辅助工程的问题。P3 答：借助CAE技术，一家英国的汽车业咨询公司TWR短时间内(15周)完成一个紧凑型家庭轿车全尺寸模型的设计、验证和制造。通过使用非线性仿真软件MS C.Dytran和MSC.Ma r c重现世贸大楼倒塌全过程，美国政府的研究人员们找到了为科么世贸大楼在仅仅一个小时之内就坍塌了的原因。 1.3、传统的工程分析和计算机辅助工程分析的异同点? 答：（1）共同点：所遵循的步骤和摸型完全一致；（2）不同点：计算机辅助的工程分析部分由计算机全自动的来处理，另外一部分则由工程师和计算机互相协调来进行；传统工程分析则完全由工程师自己完成。 1.5、传统的机械产品或工程设计与现代机械产品或工程设计的异同点。P3 答：(1]共同点：保证性能指标；保证可靠性、使用寿命；最大限度降低成木。（2）不同点：①依据理论: 传统的机械产品依据材料力学、理论力学、弹性力学公式；现代机械产品借助于计算机和CAE(Computea} Aided Engineering软件。②传统的机械产品进行简化，计算精度较低，为保证设备的安全可靠运行，加大安全系数，导致结构尺寸过大，浪费材料，造成结构性能地降低；现代机械产品高速、高效、高精度、低成木、节省能源和高性能。③传统的机械产品采用串联设计：设计，制造或施上，物理样机或工程结构，性能测试和评价，改进设计，反复循环；现代机械产品采用并行设计:借助于计算机和CAE软件进行，设计，分析计算，仿真，改进设计，设计阶段性能测试和评价，直至满足设计要求，加工制造，物理样机或工程结构，性能测试和评价，改进。④传统的机械产品研发周期长，费用高，性能很难保证；现代机械产品研发周期短，费用相对较低，性能容易保证。 1.7、简述CAE软件的结构与功能。P5 答：（1）现行CAE软件的基木结构包含以下模块：前处理模块，有限元分析模块，后处理模块，用户界面模块、数据管理系统与数据库、专家系统、知识库。(2) C A E的作用： 1.增加设计功能、借助计算机分析计算.确保产品设计的合理性，减少设计成本； 2.缩短设计和分析的循环周期；3.CAE分析起到的“虚拟样机”作用在很大程度上代替代了传统设计中资源消耗极大的“物理样机验证设计”过程虚拟样机作用能预测产品在整个生命周期内的可靠性；4.采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成木； 5.在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；6.模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；7.进行机械事故分析，查找事故原因。 2.1、简述材料力学研究工程问题的范畴和方法。 答：材料力学主要研究杆梁柱在载荷作用下的应力应变位移等，只限于简单的载荷和一般载荷。 方法：理论分析法：对实际问题进行合理抽象和转化，建立力学数学模型，并进行理论分析，给出问题的答案；试验方法：用实验直接解决工程问题，验证理论分析的正确性，确保理论分析的参数。 3.1、有限元的基本思想和基本概念是什么? P18-24 答：有限元的基本思想：把作为对象的物体分割成小部分并输入边界条件把各个小部分的结构特征用公式近似，把这些小的部分组合起来就可得到力的平衡，以结果求的单元内部的应力应变位移等。物理有限元FEM 的基本思想是：一分一合，化整为零，积零为整把复杂的问题看成由有限个单元组成的整体。概念1：有限元是将实体单元结构划分成网格单元，网格间相互联系的点称为结点，网格与网格的交界线称为边界，节点数与单元数都是有限的。(概念2):物理解释的基本概念是分离或离散一个复杂的机械系统成为更加简单的互不连接的称做为有限元或简称单元的部件。单元的机械响应由有限个节点自由度位移表示，这些节点由度位移表示为未知函数的值。单元响应由数学和实验的形成的代数方程定义，原系统的响应认为是由连接或组装所有单元形成的离散模型的近似值。 3.3物理FEM分析的基本步骤是什么？P23 答：（1）结构的离散化。（2）单元特性分析： ①选择位移模式；②分析单元的力学特性，建立单元刚度方程；③计算单元等效节点力。（3）单元集成。（4）求解方程，得出节点位移。（5）由单元节点位移计算单元应变和应力。