现代机械强度理论及应用

现代机械强度理论及应用（共5篇）

现代机械强度理论及应用 篇1

关于钢丝绳的疲劳断裂综述

课程：现代机械强度理论及应用姓名：学号：专业：机械工程

关于钢丝绳的疲劳断裂综述

摘要

本文主要是对国内关于钢丝绳疲劳断裂问题研究的报告论文进行综述性的的总结，主要是关于钢丝绳在材料选择，加工工艺，热处理，表面磨损，疲劳强度等方向上的国内论文进行综述性的总结归纳，以更好的了解国内对钢丝绳疲劳断裂问题的研究进展。

Abstract This paper mainly reviewed the summary of the domestic research on the problem of wire rope fatigue fracture report papers, mainly on the wire rope in the choice of materials, processing technology, heat treatment, surface wear, fatigue strength and direction of the domestic paper reviewed the summary of domestic research on the steel wire rope fatigue fracture problems the progress in understanding better

关键字 疲劳断裂、磨损、引言

钢丝绳是一种柔性空间螺旋结构钢制品，将热轧钢线材冷拉成钢丝，然后按一定规则捻制成螺旋状钢丝束，其承载力和强度较高，且具有柔软性和吸收阻尼等优点，被广泛应用于矿山机械、航空航天、机械加工、建筑施工、桥梁建设和交通通讯等领域，其安全与否直接影响到各行业的安全生产使用和经济问题。例如，电梯钢丝绳安全与否是保障电梯安全运行的重要因素，直接影响到人流的运输甚至危及生命，所以在对电梯进行安全检测时，应将电梯钢丝绳的安全检测作为核心部分;起重机用钢丝绳一般用来悬吊重物并传递动力，其安全性是人们长期以来一直关心的问题;在架空索道中，钢丝绳扮演着缆车牵引的角色，钢丝绳是否安全可靠直接关系到缆车的安全性能;矿井提升钢丝绳担负着提升煤炭、升降人员和下放材料等重要任务，是维系井下和地面的主要运输工具，在整个煤矿生产中占有非常重要的地位，其可靠性直接关系到矿井正常生产和人员生命安全，一旦出现钢丝绳断裂，轻则财产损失，重则井毁人亡，造成重大事故。

目前，国内对钢丝绳的研究已经十分丰富，研究手段也越来先进，比如，应用显微镜观察钢丝绳微观裂纹，研究其断裂源的萌生及裂纹的扩张。运用金相分析研究其表面磨损材料的组成等。下面我们就几种典型的方法进行综述。

一、国内状况

1.微动磨损对疲劳断裂的影响

张德坤等采用拉-拉疲劳试验并在显微镜下观察微动磨损导致钢丝绳磨损深度与横截面积损失对疲劳强度的影响。得到了疲劳试验中轴向应变随载荷变化保持稳定而疲劳寿命随磨损深度与横截面积损失而减小的结论。证明在微动磨损中疲劳强度与轴向应变关系不大，疲劳寿命减小的主要原因是:随着时间的增加微动磨损缺口处磨损深度不断增加应力集中现象严重，使缺口深度进一步增加并向周围扩散形成裂纹源，随着施加应力裂纹进一步扩散造成大量横截面积损失致使疲劳强度下降超过其断裂强度导致材料断裂。

2.小直径钢丝绳的轴向疲劳特征分析

王春晖等通过运用合声发射技术与显微分析手段对小直径钢丝绳进行疲劳断裂分析画出其S-N曲线。发现：以第六根钢丝断裂为准，第一根断丝与第二根断丝断丝时间间隔较长而后三根断丝时间间隔较短且后断丝所受载荷大小对其寿命影响不明显。当疲劳载荷降低到某一值时后三根钢丝几乎同时断裂而继续下降则疲劳寿命又极大增长。这说明正根钢丝绳并不存在真正的疲劳寿命极限，主要原因是钢丝绳是丝股捻织成的复杂组合体，丝与丝之间股与股之间在运作过程中存在接触应力，摩擦应力以及微动磨损导致其疲劳失效原因十分复杂。同时通过显微观察先断丝疲劳区大瞬断区小断面更光滑，这主要是由于先断区受力较小且被夹在诸丝之间不断被挤压研磨，而后断丝瞬时区较大且较为松散断裂较为迅速致使其断裂面较为粗糙。3.断裂区表面材料金相分析钢丝绳断裂原因

张德英通过宏观检验与金相分析研究发现：在同一截面断裂处磨损一侧有白亮层其为马氏体组织，而未磨损一侧处为正常索氏体组织与少量铁素体钢丝绳外表面马氏体连续而钢丝表面马氏体不连续，从而说明钢丝绳在高速运转过程中由于润滑不良而产生极大的摩擦使钢丝绳表面产生大量马氏体组织而马氏体相本身是一脆性相，耐磨性极差疲劳裂纹首先在马氏体处产生使钢丝绳断裂，所以表面马氏体极大降低了钢丝绳的疲劳强度。

4.钢丝绳的外观缺陷对其疲劳强度的影响

徐涛通过实验发现钢丝绳表面损伤，腐蚀，断丝与钢丝交错对钢丝绳疲劳强度都有影响，首先绳股松弛不均一般其疲劳强度与正常钢丝绳无异，但其会使钢丝绳更易于与滑轮发生摩擦导致其疲劳强度下降。锈蚀与表面磨损易使钢丝绳产生表面裂纹，其在拉力作用下发生应力集中现象从而使裂纹不断扩张直到钢丝绳断裂。存在断丝会使其余钢丝上的载荷加剧，而断丝处往往又是应力集中处这样又会使此处钢丝绳载荷加大断裂进而导致整个钢丝绳断裂。钢丝的交错对钢丝绳的拉伸性能影响并不明显，但是钢丝的交错处是疲劳裂纹，应力集中发生的根源，发生交错会极大减少钢丝绳的疲劳寿命。5.钢丝绳的热处理及拔拉过程对其强度的影响

黄忠渠通过分析钢丝绳热处理过程中的索氏体化是否完全发现：在热处理过程中如果淬火阶段钢丝绳索氏体化越完全其疲劳强度高，但由于钢丝绳加热温度，淬火温度及淬火速度不易控制致使钢丝绳索氏体化不完全从而极大降低了钢丝绳的强度。

同时，在钢丝绳的拔拉过程中由于拔模质量的原因致使钢丝绳在拔模孔中变形不均匀，在远离钢丝绳中心的边缘区受到过多外摩擦力与孔模影响使其变形较大硬度较高，所以当孔模表面较粗糙时，由于受力变形不均致使钢丝绳内部残余应力较大疲劳强度降低。

二、国外情况

Jeong-In Suh运用了拉丁方设计法进行吊桥钢丝绳绳的疲劳试验，以测试其应力范围，平均应力和试样长度三种参数对吊桥钢丝绳的轴向疲劳的影响，结果发现应力范围的影响结果和预期是一致的，但试样长度的影响却与预期结果相悖，而平均应力的影响则随着所选的应力范围的变化而变化。Marco Giglio等进行了在恒定载荷下直升机救援提升钢丝绳的弯曲疲劳试验，发现如果减少要钢丝绳的机械性能的损伤，必须限制测试装置的摆角在28。以下这样才不会发生疲劳损伤，而在较大摆角的情况下，钢丝绳内部会经常断丝，Paton等开展了六股绳与螺旋钢丝绳的拉一拉疲劳行为研究，来检测实验过程中钢丝绳强度和刚度度的变化，得出了刚度和强度之间的线性关系，并且确定了剩余疲劳强度和疲劳周期的关系，并且确定了六股绳和螺旋绳新的疲劳下界为其损失10%的强度，它有益于制定钢丝绳报废标准 展望

现在关于钢丝绳的疲劳断裂问题国内国外多是集中在其磨损裂纹，材料性质，加工工艺等方面，而对钢丝绳具体的受力分析，及每条钢丝的受力状态的分析很少，这主要是应为钢丝绳及其每条钢丝应为加工工艺，捻股及工作环境不同使其受力很难分析，今后可能会在钢丝绳钢丝受力分析上及运用能量法等方式对其疲劳断裂的研究。

参考文献：

钢丝的微动磨损及其对疲劳断裂行为的影响研究_张德坤

徐涛，徐臻，黄志伟，等.钢丝绳外观缺陷对其力学性能影响的研究 张德英，单联敏.钢丝绳使用中断丝原因分析

影响钢丝绳疲劳断裂的因素及提高疲劳寿命的技术措施_黄忠渠 小直径钢丝绳的轴向疲劳断裂特征分析_王春晖

现代机械强度理论及应用 篇2

现代设计方法的产生,具有社会、经济、科技、艺术和需求观念发展的背景。从有历史记录开始,设计理论的产生距今已有4500多年的历史[1]。传统机械设计方法是基于经验、半经验,类比,实体模型,静态,经典数理力及其试验所构成的设计方法,经验性、单调性、封闭性、技艺性是其基本特点,弱理论强经验是其固有模式,设计进程是单一的串行模式,在思想理论方面没有成形的基础,其创新设计往往建立在经验和灵感的基础上。

随着科技、经济、社会发展和人类文明的需要,竞争、战争与防御的驱使,传统设计方法已不能适应时代的要求,现代设计方法便应运而生。通常所指的现代设计方法仅指概念设计阶段和技术设计阶段。半个多世纪以来,现代设计理论与方法的内涵和外延在不断扩展,表现出广泛的学科交叉性。现代设计方法形成设计科学理论与方法体系,也只有十来年的历史[2,3]。

实践证明,不断研发、学习和运用现代设计理论与方法,是企业自主经营的首要环节,是企业生命不可缺少的基本要素,是企业竞争、生存和发展壮大的必经之路。本文就设计对象———产品本身的设计进程而言,限定在概念设计、技术设计和施工设计三个阶段的现代设计方法进行综合论述。

1 现代设计方法的组成

现代设计方法是对传统设计方法继承和发展的结果,是以科学理论作为思想基础,以计算机作为基本技术工具,运用知识进行创造活动的方法。现代设计方法作为完整的体系,主要由三部分组成,即设计思想和理论、设计方法和技术以及设计工具和平台。

1.1 现代设计思想与理论

设计创意的产生,产品概念的形成,关键来源于思想,设计过程是思维的过程,设计结果是思想的结果。因此现代设计方法十分重视设计思想方法和思维规律的研究。已经形成分析与综合、收敛与发散、对应与联想、分解与组合、换元与移植、正向与反向等一系列对立统一思维法则,以及智暴法、635法、陈列法、戈顿法、输入输出法等科学组织的多种思想方法[4]。

从抽象到具体、通用到专用的程度和研究与应用的专业范围来看,现代设计理论大体上构成了三个层次:设计基础理论———由设计哲学,横向科学,认知科学,思维科学,方法学等构成的设计理论;设计专业基础理论———由数理科学,计算机科学,人文科学,艺术科学,管理科学等构成的设计理论;设计专业理论———由机械科学,材料科学,工程科学,产品领域专业知识等构成的设计理论。

现代设计思想与理论正在形成现代设计方法的有力支撑而广泛深入地发展。其中以通用性、普适性和互补性强的本体论、相似论和系统论,正在构成一个完整的理论体系,表现出对现代设计方法全面的基本支撑作用。

1.2 现代设计方法与技术

从产品设计过程来看,完整的广义设计体系包括产品规划、概念设计、技术设计、施工设计和服务设计,贯穿于产品全生命周期。从产品设计对象来看,简单到普通零件,复杂到由机、电、磁、光、液、软件以及仿生物等能量流、信息流和物质流高度耦合的极限系统,涉及到产品的全部构成。

经初步归纳统计,已经研究和应用的现代设计方法约有50种,如计算机辅助设计、概念设计、功能设计、原理设计、结构设计、材料设计、系统设计、优化设计、可靠性设计、安全设计、价值工程设计、成本设计、规模定制设计、标准化设计、系列化设计、模块化设计、逆向设计(反求设计)、再设计、变形设计、相似设计(包括成组设计)、并行设计、协同设计、网络化设计、可视化设计、机电光一体化设计、保质设计、稳健设计、虚拟设计、数字化设计、仿生设计、智能设计、模糊设计、绿色设计(生态设计)、节能设计、摩擦学设计、疲劳设计、动态设计、有限元方法及无网格法、重用设计、创新设计、TRIZ设计、三次设计、公理设计、全生命周期设计、快速响应设计、面向X的设计(DFX)、人机工程设计、机电产品造型设计、微机电系统设计、分形设计、本体设计和CAX集成设计等。如果对这些方法再细分,如智能设计包含的专家系统、基于实例的推理、知识工程、人机智能系统等,加上交叉综合集成方法,如广义质量的产品质量功能化设计、动态优化设计、智能控制系统设计和可视化设计的综合设计方法[5],基于QFD、TRIZ和三次设计的集成化设计方法[6]等。

20世纪80年代以来,国内外已经出版了不少关于现代设计方法学编著和论文,在论述中都不同程度反映出归纳思想,但提出分类的论著尚不多见。目前未曾见到现代设计方法分类系统研究的专著。较为全面以设计步骤、内容、方法、思想进行分类的有文献[5],有从技术角度的分类[7],从功能角度进行方案设计的分类[8]和基于分析的分类[9]等。至今还没有成熟的比较认同的系统现代设计方法分类体系。

从科学角度对已有的现代设计方法进行分类研究,既是现代设计理论与方法表现出来的共同特点,同时也是继续深入研究和发展现代设计理论与方法的需要。

1.3 现代设计工具和平台

支持操作运行现代设计方法的工具和平台,是现代设计方法的重要组成部分,可以分为硬、软件两大类。硬件指计算机,文档、图形处理设备,逆向工程测量设备,快速原型设备,以及虚拟仿真设备等。软件则是以计算机软件工程、组织科学、管理科学以及相关专业知识构成的操作系统,设计标准规范,设计组织运行模式,数据、信息和知识管理系统,虚拟仿真技术,以及接口技术等。在实际运行中,硬、软件是结合在一起实现工具和平台作用的。

随着现代设计方法的发展,设计工具与平台相应经历了三个发展阶段:CAX系统阶段,20世纪50年代开始产生单一的CAD、CAE、CAM,此后发展到CAD/CAE/CAM集成系统;并行工程阶段,即DFX/PDM集成阶段,20世纪80年代后期提出的并行工程是对传统的产品设计和开发方式的一种根本性改进,PDM(产品数据管理)技术和DFX(DFM、DFA等)技术是并行工程思想在产品设计阶段的具体体现;虚拟仿真技术阶段,包括虚拟样机技术和协同仿真技术,虚拟样机技术是一种基于虚拟样机的数字化设计方法,是各领域CAX/DFX技术的发展和延伸。

现代设计方法的工具和平台主要有四类:CAX系统类;DFX类;仿真系统类;数据库、知识库系统类,包括设计领域的设计目录,数据库、知识库、本体库、方法库,数据仓库、知识仓库等。

现代设计方法的三个组成部分是密切联系的有机整体。其设计思想和理论既是现代设计方法的基础,又贯穿于方法和技术、工具和平台之中,常常以各种方法和技术的面貌出现。工具和平台是现代设计方法和技术的实现手段,其本身又包含着现代设计方法和技术的内容。

2 现代设计方法的基本特点

与传统机械设计方法相比,现代设计方法的特点主要表现在系统化、科学化和计算机化三个方面。

2.1 系统化

传统机械设计的对象仅仅局限于“机械部分”,只考虑如何实现对象本身的功能,通常包括几何结构设计,可加工性设计,安全性设计,可维护性设计,而现代机械设计则全面走向系统化。

1)现代机械设计把机械作为综合能量流、物质流、信息流的机、电、磁、光、液与软件高度融合的整体系统,这些机械系统的综合与整体作用在不断延伸人类的体能和智能。

2)现代机械设计强调从市场调研、用户要求、产品规划、产品设计、工艺设计、制造过程、质量控制、成本核算、销售价格、包装运输、售后服务、维修保养、报废处理和回收再利用等,进行产品全寿命周期综合最优化的系统设计。

3)现代机械设计把对象置于“人-机-环境”大系统,综合考虑人的生理和心理特征,设计对象的功能,环境保护的要求以及能源、材料、制造等系统因素,使设计既符合人的要求,又能优化设计,还能保护和改善环境,并且符合可持续发展战略。

4)现代机械设计理论与方法在体系和内容上运用系统观,实现系统化。如优化设计从参数优化发展到参数、结构和总体方案的系统优化;摩擦设计从仅有一些经典的试验数据和几条设计准则发展为系统的摩擦学学科;微机械根据自身特点创立了不同于常观机械的微机械系统设计理论与方法;CAD向设计过程各个环节、产品数据管理和企业集成的系统化方向发展。

2.2 科学化

传统机械设计基于经验、半经验和经典的数学、物理学、力学及其实验,“就机械论机械”,只强调产品的产后质量和内在质量,而现代机械设计正在改变传统设计固有的强经验弱理论模式和结构,走向科学化。

1)现代机械设计重视对设计思维规律的研究和应用,主要依靠设计思维规律引发灵感,变被动感悟为主动探索,激活科学思维进行设计,从而形成了创造与设计思维原理及其方法学。

2)现代机械设计已经发展成为一门内容广泛的交叉学科。其理论与方法包含有哲学、思维科学、智能科学、人体科学、心理学、生理学、解剖学、社会学、管理学、环境科学、生态学、进化论、可持续发展战略,现代应用数学、物理学、应用化学、应用力学、摩擦学、艺术科学、材料科学、机械电子学、控制理论与技术、检测技术、自动化技术、计算机及网络技术、现代信息科学等许多学科的知识与成果。

3)现代机械设计在继承以往基于经验与经典数理力和实验等设计理论和方法的基础上,研究开发出有限元方法、断裂力学等准确模拟系统真实工作的工能强大的分析工具,运用新理论和方法产生出一系列优化、可靠性、摩擦学设计准则。

4)现代机械设计强调在设计阶段控制产品质量,从而使产品质量在制造和使用过程中得以保证,同时既重视产品的内在质量,又重视产品的外在质量,力求使产品的造型设计既有科学性,又有艺术性、宜人性,实现产品协调统一的科学技术美,并由此而形成了人机工程学、现代工业设计和产品造型设计。

2.3 计算机化

20世纪70年代以来,计算机技术的迅速发展,一改传统的手工设计与串行设计方法,为机械设计开辟了全新的途径,并在此基础上产生了许多新的设计理论与方法。计算机技术已经成为现代设计方法赖以支持的基本工具和构建运行平台的技术。

1)现代机械设计使用计算机辅助绘图和分析计算,即延伸了人的体力和智力,同时还加快了设计进度,提高了设计质量。

2)现代机械设计依靠计算机技术支持,改变了传统机械设计仅限于在设计阶段的“方案设计-原理设计-结构设计-生产图纸设计-制造样机或直接生产-修改图纸”的串行工作程序,使与设计相关的工作尽可能并行展开,从而把设计工作延伸到设计前信息收集与设计后信息反馈,使产品市场、用户、设计、制造与质量控制密切联系在一起。

3)现代机械设计充分应用计算机技术进行优化设计、可靠性设计、三维建模、动态仿真、虚拟设计等,增强设计功能,优化设计效果,提高设计精度,缩短设计周期,降低生产成本。

4)现代机械设计以计算机为主要载体,组合配套接口技术、网络技术,开发计算机硬、软件系统,实现设计的集成化、可视化、协同化、自动化、智能化,实现数字化设计和设计过程管理。

3 现代设计方法的基本支撑

现代设计理论可以由系统论、相似论和本体论构成对现代设计方法的基本支撑。这三种理论对现代设计方法的形成都起着重要的作用,它们之间有着密切的联系,本体是相似和系统的基础,相似是系统和本体的联系,系统则为本体和相似的结果。

3.1 系统论支撑

系统论研究事物形成整体的一般模式,结构和规律。系统是由相互关联、相互制约、相互作用的若干部分(元素)组成的具有特定功能的有机整体。系统论的创始人贝塔朗菲于1945年开始发表系统论文章,到1968年确立了其科学学术地位。

1955年,德国的Hansen首先把系统论引入设计领域,提出构造系统的理论。20世纪80年代以来,系统论广泛用于设计方法和技术,设计工具与平台的研发。当今创新设计典范的TRIZ、公理化理论与方法等,系统论在其中发挥着主干作用。除了面向方面设计DFX、反求设计等方法尚未运用系统论以外,绝大多数现代设计方法都有系统论的支持。以至于系统论首先构成了现代设计方法的基本支撑。系统论之所以在设计领域具有这样的作用,是它上升到哲学层次的结果。

事实表明,具有多学科知识交叉融合的综合集成的系统科学理论,必将构成对现代设计方法的有力支撑。钟掘、闻邦椿、陈予恕等从系统的复杂性、非线性和综合性研究[10,11,12],正在引领中国机械科学的深入发展。

3.2 相似论支撑

相似论研究事物的相似现象及变化规律,相似是由相同因素和相异因素结合于一体的事物属性。

相似理论的基础是1848年、1911年和1931年分别提出的相似三定理,是以经典数理科学身份进入设计领域的。1869年英国Froude,William首先将相似理论用于模型测试。20世纪50年代在相似理论基础上产生的成组技术,在施工设计阶段一直有着成功的应用[13]。到20世纪90年代初,相似理论才以思维科学的面貌出现,其内涵和外延有了更新更广的定义[14]。相应地也开始有了运用相似论进行概念设计阶段的研究和创新设计研究[15]。相似理论不仅自身构成了一类设计方法,而且还是智能设计、仿生设计、虚拟仿真系统的基础理论。在工具和平台中,有些数据库、知识库和仿真技术,是用相似原理构建的,从而使相似论成为现代设计方法的一个基本支撑。

虽然比系统论进入设计领域早80多年,但其长期以来受制于相似只存在于同类现象之中,并且局限于在共性中相似程度很高的范围,以至于在创新设计的主要阶段———概念设计阶段几乎见不到相似论的踪影[16,17]。

从知识重用和知识创新构成的两大类设计方法来看,相似论对于知识重用的设计方法可以说是全面支持的,而且在知识创新构成的设计方法中,有些是全面支持或部分支持的,具体见图1。

3.3 本体论支撑

本体论原本是哲学的一个概念,用于研究事物的存在、组成及其本质,20世纪90年代初开始引入认知科学、智能科学、计算机科学、机械科学、知识工程等众多领域,由此产生了多种不同的本体概念。可以概括为:本体是通过对与概念、属性及其相互关系的规范化描述,勾画出某一领域的基本知识体系和描述语言[18]。

本体论既适宜用于大规模知识和多学科知识的表示、组织和交互,也适宜用于各种特定领域知识的表示、组织和交互。依靠本体论支撑的现代设计方法,由于计算机技术已经成为现代设计方法的基本工具,无论是单个微机设计,还是在分布式、网络环境下并行、协同设计,都需要海量设计知识的组织、供应和处理,本体论以其“组织知识的知识”特点[19],成为计算机智能化知识设计理论的尚佳选择。相对于系统论和相似论,本体论进入设计领域的历史很短,还不成熟,是当前研究的热点。

3.4 综合支撑的必要性和可行性

改变机械设计领域的弱理论强经验模式,构建整个设计进程的完整设计理论与方法体系,单靠系统论和面向局部的科学理论与方法是难以从根本上实现的。要实现这一目的,需要从更高理论层次的哲学、思维科学、认知科学和横向科学之间的交叉融合着手。系统论在设计领域的研究和应用证明了抽象概括性强的有效性。但是,任何一种理论不可能包罗万象,系统论自然也有它的局限性。优势互补的综合理论就成为一种必然的选择。本体-相似-系统综合理论正是在这种需要下提出的。本体论、相似论与系统论构成现代设计方法的综合理论支撑的思想,是以钱学森系统科学是还原论与整体论辩证统一观点和综合集成方法论[20]指导所提出的。

本体论、相似论和系统论都是以知识为核心的认识论和方法论,都可用于现代设计方法。在理论特性上,由于系统论的整体性、关联性、集合性、层次性和目的性,相似论的中介性、模糊性、对象性、演化性和拓扑性,本体论的个体性、封装性、规范性、内聚性和客观性,三者具有明显的互补性;在理论结构上,三者可以形成一个“本体单元-相似变化-系统整体”的完整结构;从实际作用来看,系统论、相似论和本体论具有在现代设计方法中构成基本支撑的能力。因此,三者可以综合为一个支持整个设计进程的完整理论体系。本体论、相似论和系统论以知识为核心,对现代设计方法构成基本理论支撑的关系如图2所示。

科学理论的支撑,必将导致设计方法的显著进步。在系统科学理论指导下,可以有效地解决复杂产品的模块化问题[21],文献[22]以系统科学的综合集成方法论为指导,提出用能量流、物质流和信息流协同设计研究改进模块化设计,可以从根本上解决现有模块化设计注重单元功能而忽视系统的整体性和关联性,注重相似再现而忽视相似创造等主要问题。运用本体论、相似论与系统论构成的综合集成支撑理论,可以提出适于模块化设计的本体原理、相似原理和系统原理,进而用该理论构建优势互补的模块化与能量、物质和信息流系统集成设计方法。

4 存在的问题

我国从20世纪80年代初开始对西方发达国家的现代设计方法从事跟踪性研究,在个别领域和方向上有一些先进的局部性研究成果,但在设计学的整体研究上与国际先进水平尚有相当大的差距[23]。在现代设计方法研究中存在的问题主要有以下五个方面。

4.1 基础理论的系统综合研究及应用依然薄弱

机械产品设计属于弱理论强经验领域[24],这是现代设计方法继续发展的一个瓶颈问题。TRIZ的创立,是对近250万件发明专利分析研究的结果,说明经验积累到一定程度,是有规律可循的,是能够上升为科学理论的。公理化设计则依据设计过程的逻辑性,形成了一套设计的科学理论。可以清楚地看到,这些理论的形成依靠着基础理论———设计哲学和系统论的支撑。我国在这方面主要是对方法和技术的跟踪研究,对理论,特别是通用基础理论研究重视不够。机械设计方法的基础理论可以分为两部分:通用基础理论和专业基础理论。设计领域的专业基础理论研究较多,但比较分散,往往局限在某一个方面,作为整体系统研究尚不多见。

4.2 知识重用设计与知识创新设计研究分离

设计是在继承的基础上进行的,既有知识的重用,又有知识的创新,两者是不可分割的,否则就失去了设计的本来意义。尽管有学者提出设计的制品理论,强调在设计过程中制品理论是进化的,不仅要支持现有理论的使用,还应支持新理论的获取,指出设计的制品理论是研究产品设计重用的重要理论依据和基础,并依此展开新产品开发和支持体系的重用技术研究[25,26,27],从目前现代设计方法研究和应用的实际状况来看,知识重用设计与知识创新设计两者分离进行研究的现象依然是普遍的。有必要将设计的知识重用技术与知识创新技术加以联系,结合起来进行研究。

4.3 概念设计、技术设计与施工设计相脱节

概念设计、技术设计和施工设计是整个设计过程前后相承的三个阶段。现有商品化的CAD系统软件虽然提有概念设计功能,但实际上还不具备,只是在图形上比原来增强了拓扑功能,在这种模式下要实现概念设计与技术设计的无缝连接很困难,更谈不上实现创新的概念设计。实际上真正的语义概念设计和图形概念设计至今仍然依靠人的创造思维进行,概念设计与技术设计是脱节的。而在技术设计阶段只是在零件结构上提出了一些制造、装配的要求,实质上施工设计与技术设计没有多少关联性,技术设计结束以后,施工设计从头开始,了解产品的概念设计和技术设计,并根据制造、材料、技术能力等具体因素,经常变动技术设计结果。

4.4 现有的相似设计难于进行创新设计

基于相似机理的设计应当是既能继承又能创新的设计。在迄今为止的教科书、工具书和研究文献中可以看出,现有的相似设计方法对相似理论的应用仍然局限于一种同类模拟和从共性角度高相似度的运用,只能用于一般的改型设计,或者局部的改进设计,并没有全面表达相似理论是相同因素与相异因素在对立统一变化中进化发展的内涵,没有充分认识相似具有跨类存在的特点,进而深入发掘其相似性,进行创新设计。在这种狭义相似观指导下,相似设计难以发挥应有的作用,特别是难于实现从源头创新设计和自主创新设计。

4.5 设计过程集成程度低造成信息孤岛

由于产品的设计过程相当复杂,可能要用到多个工程设计及仿真分析软件,由于这些软件的开发者采用的技术路线及数据格式的多种多样,使得使用多个软件进行协同设计及仿真的用户不可避免的面临信息孤岛、应用孤岛及业务流程孤岛等问题的挑战,因此如何整合这些CAD/CAE/CAM等相关技术资源,使之充分发挥科技创新的能力,已成为一个很重要的研究热点问题。面临需要解决的主要问题有:产品统一数据模型表示方法、模型的数据交换规范、数据集成方法、异构环境下应用功能的集成和过程集成等。

5 结论

综上所述,现代设计方法的三个组成部分是一个有机的整体,只有加强三者的联系、协调与整合,才能发挥最佳效果。设计通用基础理论及其综合研究和应用,是从根本上改变机械设计领域弱理论强经验模式的有效途径,同时也是构建功能系统强大,能够自主创新和从源头创新的现代设计方法的可靠基础。本体论、相似论和系统论的综合,可以构成一个支撑现代设计方法的比较完整的基本理论体系。

现代设计方法永恒的主题是创新,在科技不断发展和多学科广泛交叉作用中,其内涵与外延将进一步丰富和扩展,系统化、科学化和计算机化的特点将进一步得到展现并走向结合,总的发展趋势是向科学化迈进。具体表现在以下五个方面:

1)设计科学规律的研究。如设计思维规律的研究,设计进程规律的研究,设计要素及其整合规律的研究等。

2)设计科学规范的研究。如设计知识的组织、供应和处理研究,设计模化(模块化、模型化、模式化及其组合化)理论与方法研究,设计标准、接口技术的研究,设计方法分类的研究等。

3)原创性设计方法的研究,主要从两个途径进行,运用普适性、通用性强的基础理论研究开发和通过不同领域科学的学科交叉形成新的生长点。

4)综合、集成、系统的设计方法研究。如多种单一方法的综合研究,方面设计、要素设计集成研究,设计理论、方法和工具平台一体化研究,概念设计、技术设计和施工设计的无缝链接研究,支持产品全生命周期的建模、求解和评价决策设计系统研究,极限、动态、复杂系统设计的研究,人机智能设计系统研究、进程和对象集成设计系统研究等。

5)知识重用和知识创新相结合的研究。是现代设计方法在新的历史条件下的基本要求,也是现代设计方法继续发展的应当选择。重在继承的反求设计、逆向工程设计、快速原型设计、虚拟仿真设计等随之将有新的变化。同时,专家系统、基于实例的推理等基于经验知识的设计方法如何向科学转化也需要深入研究。在先进技术与成果的基础上,设计工具与平台将从主要提倡设计知识重用和共享,转变为同时也有利于设计知识创新的研究。

摘要：对现代机械设计方法的产生和发展进行了综合论述,提出了现代设计方法的三个组成部分,总结了现代设计方法的三个基本特点,着重阐述了系统论、相似论和本体论对现代设计方法的支撑关系,并指出了目前现代设计方法研究中存在的主要问题,最后对现代设计方法发展的趋势进行了讨论。

控制工程理论及工程应用论文 篇3

进入21世纪以来，应用最为广泛的是3C技术，也就是通信、控制及计算机三项技术，其中计算机技术是核心，通信技术是关键，而控制技术则是基础，因而控制工程理论已然发展为基础性学科。同时，控制工程理论体系中的系统智能、系统结构及系统反馈等理论不但在自然学科各个方面有着广泛应用，而且在人文社会科学中也逐步应用开来。因此，有些专家认为，该理论已然不是单纯性学科，逐步发展为相对系统的世界观和方法论[3]。控制工程理论有其自身的特点，且某些概念具有鲜明的独特性和普适性。控制工程理论在实际应用中，有两个概念是关键。

（1）系统概念。目前，在社会和经济发展中，系统性问题日益凸显，特别是在整个社会中开展的复杂课题研究和系统中的应用，此为控制工程理论在现代科学技术中应用的一个必然趋势。

（2）反馈概念。正是基于此概念，控制工程理论和其他学科理论有所区别。反馈使工程控制系统在很大程度上有着人类智能的某些特点，进而实现该系统在应用过程中的结构、参数等因素进行调整，提升运作效率。

2.2控制工程理论的实践应用

（1）最优化控制，控制工程理论应用中最为核心的内容就是最优化控制，也就是满足既定约束条件下，明确最优的控制策略，以使性能指标的极值化，进而使控制工程系统在性能上获得最佳效果的基础条件和方法，也就是在受控制运动中或动力系统中，从不同方案中选择最理想方案，进而使系统在运作中获得最佳性能和指标。

（2）两种方法的应用，即PDI控制器和Kalman滤波器的应用。此两种方法在诸多工程系统中有广泛应用。系统稳定性和最佳性是线性模型证明。另外，这两种方法可应用到诸多非线性系统中。研究者通过控制工程理论的反馈机制开展的定量研究就是基于这两种方法。

（3）三类系统的应用，在实际生活中，控制工程理论应用最为典型的就是控制水槽的水位，还有电热器的温度调控。此类应用中的控制理论就是应用自动化高度和温度测试仪器等达到预期调控的目标。工程自控系统应用目的在于达成控制目标，主要是由被控制对象和自动化仪表构成的闭环系统。根据结构形式分成开环控制系统、闭环控制系统及复合控制系统，这三个系统根据实际需要有着广泛应用。

3结束语

总之，随着社会经济的发展，及现代科技的进步，控制工程理论的重要性和实用性日益凸显。伴随相关理论的发展和成熟，控制工程理论及方法也日益完善，在工业、农业、运输业等现代化建设和发展中应用开来，同时也逐步渗透到现代高新产业、能源开发和利用中，所以，在新时期，要特别重视它的理论和实践研究，为现代化、信息化、智能化建设给予支持。

参考文献:

[1]王海龙．谈控制理论与控制工程的发展与应用[J]．科技创新导报，，14（9）：214~216.

[2]牟铭，李懋蕊．控制理论与控制工程的发展与应用探讨[J]．山东工业技术，，10（9）：211~213.

[3]郭雷.关于控制理论发展的某些思考[J].系统科学与数学，（9）：314~315.

广告创意定位理论及应用策略论文 篇4

随着宏观经济学以及社会营销观念的兴起和发展，人们在购买商品满足自身的利益需求的同时，越来越重视个人的长远利益和社会整体利益。另外，随着人们精神需求的日益增长，社会艺术文化形态的不断丰富，审美情趣的不断提高，人们对广告的认识已经从阅读上升到了欣赏的层次。与之相应，广告创意也要着眼于塑造消费者和社会的长远的利益和目标，在内容上体现出对消费者周到的关怀和对社会利益的真诚关注，在策划、设计和制作过程中充分利用 现代 科技 手段，采取丰富多彩的文化艺术形式，满足人们日益提高的审美水平，决不能仅仅为了促销去广而告之。这才是现代广告创意的正确方向。

随着科技的发展、 网络 的兴起，世界正变得越来越小，成了所谓的地球村。在这个信息爆炸的 时代 里，人们在通过信息了解世界、 学习知识、发展科技的同时亦日益感受到过于庞杂的信息带来的负作用，它们无处不在、无时不有，使人们的心灵受到越来越大的压力。人们心理承受信息的.有限容量与充斥在生活中的广告产品、品牌信息之间形成了尖锐的矛盾。人们在购买产品时所面临的 问题 不仅只是买什么了，更主要的是接受和选择哪一个品牌、哪一类产品。在这个基础上提出的定位理论创造了更有效的传播效果，使广告和品牌信息在消费者的心中找到一个合适的位置，即“定位”。

本文认为竞争性和心理独占性是广告创意的重要特征。定位理论从某种意义上讲是一种竞争性的理论，它承认品牌的作用，认为品牌或产品的信息在消费者的心目中是按一定的顺序排列的，并由此发挥作用、产生优势。所以说，定位理论实质上是关于消费者心理位置的竞争性理论。它要求广告创意的出发点从商品转向消费者，进行细致的消费心理研究;为消费者有限的信息接受量提供了一种简化的信息;借助消费者心理特点在其心理上确立某种产品的明确稳定的位序并发挥应有的作用。如上所述，定位理论是关于消费者心理位置的竞争性理论，是一种攻心战略，其战场就是消费者的心灵。因为产品一经生产出来便已定型，一般不会有什么大的改变，而消费者的心理却是瞬息万变、不可琢磨的，只有抓住消费者的心理，且针对这种心理来采取行动，才能使广告的主旨深入人心从而达到预期的目标。要抓住消费者的心理，必须了解他们的思维方式，这是进行定位的基础和前提。

消费者心理是创意定位的基础

首先，消费者只能够、也只愿意接收一些有限的信息。他们会按照个人的经验、喜好、兴趣甚至情绪，选择接受哪些信息，记忆哪些信息。因此，那些能引起人们兴趣的产品种类和品牌，就拥有打入消费者记忆的先天优势。例如，以生产“娃哈哈”系列儿童饮品而一举成名的杭州娃哈哈集团，其成功之处就在于产品定位准确，而广告定位更是让人过目不忘，因为它源于一首人人熟知的儿歌，很容易引进儿童与家长的共鸣。

其次，消费者喜欢简单明了的信息。由于缺乏安全感，人们在购买商品前(尤其是耐用消费品)，都要经过缜密的商品调查。但是在商品调查的过程中，由于厂商的众多、竞争的激烈使得消费者不得不忍受各种媒体广告的狂轰滥炸，这时的消费者最需要简单明了的信息。而广告定位传达给消费者的正是简单而又易引进兴趣的信息，这种摈弃了长篇大论，集中力量突显一个清晰重点的一目了然的信息简化的广告，很容易突破人们痛恨复杂的心理屏障，将其重点清楚地印在消费者心中，使自己的品牌很方便地在消费者中传播。

再次，消费者对特定产品或服务及其厂商品牌的印象是不会轻易改变的。越是富有特色、越贴近消费者日常生活的东西，消费者越容易记到脑子里。比如，在一般消费者心目中，诺基亚是一种 时尚 的、先进的、高品质的手机，诺基亚是一个著名手机品牌。如果，诺基亚公司去生产热门的服装或者是饮料，那简直是无法想象的事情。

最后，消费者的对商品的认识容易为相关的信息所混淆。盛行一时的多元化以及生产线的扩张，增加了品牌的多元性，同时也模糊了消费者原有的品牌印象。喜之郎果冻的定位就是一例。喜之郎原本是以生产专业化的儿童果冻“喜之郎”起家的，后来，它把自己的品牌从“喜之郎”延伸到“水晶之恋”，从儿童延伸到成人，其专业儿童品牌形象受到损害，正是这些盲目延伸的品牌，使消费者失去了对其注意的焦点，让其他品牌趁虚而入。

现代机械强度理论及应用 篇5

1.1现代设计理念是在二十世纪开始萌芽发展的新型设计活动, 作为一种新型的园林设计指导理念, 与传统的设计有较大的区别, 它从20世纪初期开始发展, 到第二次世界大战结束后的一个相当长的时期, 仍出现在各个领域之中。

现代主义主要在理念和应用手法等方面, 基于消费设计思潮上, 彻底地改变了传统设计风格, 在其发展历程中, 应用在建筑上的部分尤为关键, 现代化的建筑主要强调功能应用和实用性, 在建筑风格的应用推动下, 园林设计作为设计领域中的一部分, 不可避免地要经历现代化风格的冲击, 但是由于园林设计本身具有一定的局限性, 所以没有出现明显的设计风格转变历程。

1.2现代设计理论的主要的设计原则包括以下几个方面:第一、设计要注重自然与生态的协调性, 让现代设计主义理念始终贯穿整个设计方案之中, 落实可持续性发展观念, 通过合理利用不可再生资源, 应用在设计之中, 尽最大的可能减少能源的消耗;第二、设计理念要考虑到简洁实用性。现代的设计理论从根本上改变了传统的设计方式和思维, 实现了技术的改进创新, 在设计上大量地运用几何单体, 可以凸显简洁实用的现代化设计风格;第三、设计注重需求和功能性。现代设计理念强调以人为本, 坚持为人服务的最高目标, 就要突出设计功能性, 强调设计应用中的功能主义。第四、设计应用过程中要注重工艺美。现代设计理念是具备指导作用的理念思想, 通过实现了技术和艺术的结合运用, 并且以绿色生态的设计前提下, 对技术进行创新改进, 并通过工艺美的表现手法得以表现。

2园林设计的概念及现代化设计应用认识

2.1从现代化的角度出发, 所谓的园林设计, 即在一定的地域下, 通过利用有关的园林艺术以及绿化管理手段, 将人文因素、地域特色和文化背景相融合, 通过对地形的改造、多样草木的种植摆设、布置适宜园路, 打造使人赏心悦目的环境。而在园林设计中, 通过现代化的设计应用, 将点线面体应用其中, 创造出不同的意境及空间, 营造出设计者所需的环境氛围。园林设计采用现代化的设计理念, 挖掘出特色内涵, 真正意义上转变设计原则与设计方式, 营造良好的环境氛围, 丰富人们的物质文化生活, 从而实现可持续发展的现代化观念。

2.2在园林设计中现代化线体、立体的认识

2.2.1立体构成在园林设计中的应用。立体构成, 也就是空间构成, 是传达视觉的一种设计形式, 主要是由点、线、面、体等方面形成的, 具有感性的传达效果, 通过运用一定的材料以及力学理论, 按照一定的构成原则, 将空间要素组合成设计者所需要的形体, 从而营造一种良好的环境氛围。2.2.2线体的在园林设计中的应用。线体包含平面线全部的特征, 将平面线条三维化就成为线体, 形式较为特别。设计园林的时候通过了解其构成原理, 按照对称营造美的艺术, 例如, 左右、上下及放射形对称就是园林设计中主要的三种对称方式, 比如在设计园林时的左右及上下的对称方式是把物体的中心线当做对称轴, 而放射对称是以物体中心来向四周发射的形式设计的。通过不同的形态的线体来组成空间景色, 能展示独特的设计效果。如水车点缀或者风车装饰的线性应用, 可以为园林设计增添不一样的风采。

3点线、平面与立体构成在园林设计中的应用

3.1点在园林设计中的应用。点在平面设计中具有较小的面积, 但它的形状构造具有聚集性, 容易聚集目光, 在园林设计中将点中心点, 通过整体的衬托实现突出主题中心或达到营造意境的效果。例如:在园林设计中可以在林间道路的尽头设置凉亭, 或者在石质阶梯的尽头设置石门, 凸显出一种艺术韵味, 通过重叠组合或者差异性组合, 突出点可以快速吸引人们的实现, 获取视觉的焦点的同时可以渲染出富有艺术的意境。

3.2线在园林设计中的应用。线是点联结后的表现形式, 也就是点在发生移动所产生的轨迹, 其最突出的特征是长度, 水平线、垂直线、倾斜线是直线展示的三种形式。而在园林设计中, 常用的两种线条主要是直线和曲线。直线具有划分整齐的特征, 例如, 设计排列整齐的树木就有规整, 井然有序的感觉, 所以一般在道路两旁的绿化带中应用, 而通过直线的划分可以使园林规则化, 也可以划分处局部空间, 构成自由式园林空间。

4园林设计中现代化色彩构成的重要应用

面构成是园林设计的基础元素, 而立体构成也能对平面构成进行更深层次的递进。平面构成和立体构成是现代设计理论在园林设计中的重要应用, 而在园林设计中的三大构成因素中, 色彩构成也是重要的表现形式, 对景观设计的效果有着关键的作用, 通过不同色彩色相的搭配运用, 可以凸显处设计者的设计主题和所想表达的设计效果, 在带给人们视觉上的冲击的同时也能留下深刻的印象。

4.1园林设计中的色彩应用。在园林景观的设计中, 通过色彩搭配的应用能够达到凸显景观的效果, 使得景色更加生动形象, 在一定程度上也可以调节人们的情绪。在园林景观的色彩造型是设计中的重要要素, 色彩有神奇的作用效果, 例如利用绿色, 缓解视觉疲劳, 与园林设计效果也相映衬;利用黄色, 可以舒展身心。不同色彩的搭配组合可以凸显出不同的效果, 具有的节奏感、远近感以及轻重感, 能较大程度突出设计者想表达的意境。

4.2色彩色相在现代园林设计中的应用。用色相区别色彩, 让色彩不同搭配出来的氛围效果, 使人们产生不同的心理效应, 通过色彩搭配展现的轻重感在园林设计中的恰当应用, 也可以为景观营造不同的效果, 例如, 浅色的事物显得氛围的轻快, 重色的事物显得氛围的沉重, 掌握好色彩的轻重感才能体现设计的主题, 表达设计者的想法。根据资料显示, 一般来说, “轻重感的规律包括:白 (轻) <高明度<中明度<低明度< (重) 黑;低纯度 (轻) <中纯度< (重) 高纯度。高明度的浅色系显得轻快, 低明度的深色系显得稳重。”色彩中的暖色系一般适用在庆典等场面, 烘托处热烈愉快的氛围, 如:在园林设计入口可以摆放颜色鲜艳的花柱之类, 从而烘托处热烈喜庆的氛围。而冷色系则是可以突出肃穆与安静的环境氛围, 如建筑物的顶部运用蓝为主色调, 配以白色, 可以营造冷肃与庄重的氛围。特别在园林设计中, 当植物的色彩趋于单一, 为使整体感观趋于缓和明亮, 可以通过加入其它的颜色来进行调和, 从而使景观能够较为协调, 给人带来视觉上的美感的同时也可以激发了人们的游玩兴趣。

结束语

采用现代化的创新理论, 可以为现代园林设计创造了一个崭新的时代。但在当前园林建设的过程中, 在对现代设计理念的运用上仍存在较大的发展障碍, 通过对现代设计理念的充分认识, 具体结合当前园林发展的实际情况, 将空间构成要素更好地融入到设计中来, 才能积极提高园林的性能以及效益。

参考文献

[1]王倩, 李艳, 温静.平面构成对园林空间设计影响的应用研究[J].安徽农业科学, 2010 (15) .

[2]李高达.浅谈平面构成、色彩构成及立体构成在室内设计中的应用[J].科技情报开发与经济, 2008 (35) .