现代设计方法和理论-反求工程.ppt

1、什么是反求工程？,以设计方法学为指导, 以现代设计理论、方法、技术为基础, 运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维, 对已有新产品进行解剖、深化和再创造,是已有设计的设计, 这就是反求工程的含义, 特别强调再创造是反求的灵魂。,中国自行改良歼-11B，其机体寿命比较苏-27提高了1万个飞行小时，发动机换装太行发动机，推力比AL-31系列更大，电战武器系统及雷达国产化。该机外观上与歼11A最大的区别是雷达罩从苏-27的向上开启，改为向侧面开启。因此雷达罩外形及连接方式有明显变化，如图所示.,歼15是沈飞公司依托歼11B已有技术，参考苏33的原型机的气动设计研制出的我国海军第一代舰载机.,

2、一代引进,二代国产化,三代改进出口,四代占领国际市场.,相似准则的确定及相似设计方法,相似准则的确定 方程分析法 积分类比法 相似定数法 量纲分析法 瑞利法 定理 定律分析法,相似设计方法 几何相似产品系列设计 几何半相似产品系列设计,什么是相似常数？,上述各种相似系统中，物理量的比例常数等称为相似常数。相似常数是物理量相似的数学表达式，可以用 来表述。其中，l是任何特征量。相似常数是相似系统中所有对应点上对应量的比例关系。对于不同的相似系统，它是一个不同的数值。,什么是相似定数？,从 可以写出 ， 。 这说明，一个已知系统任何物理量的比值等于与之相似的系统中相对应量的比值。亦即由已知系统变换

3、到相似系统时，对于各对应点，比值i1，i2等保持不变。.所以，这里的i1，i2等称为相似定数。它是同系相统内同类物理量间的比例，是一个简单数群。但是，对该系统各个不同的点，相似定数的值则是不同的。,什么是相似准则？,如果两流动要实现动力相似，作用在相应质点上的各种作用力的比例尺要满足一定的约束关系，我们把这种关系称为相似准则。 例如：雷诺准则 若两流动相似，雷诺数相等，这就是雷诺相似准则。当作用的粘性力为主时，用雷诺准则进行相似判断。,相似准则是表示系统中的某一量, 这个量在不同系统单元中有不同的数值, 但当一个现象转换到与它相似的另一个系统时,相似准则是不变的。相似常数值是系统中任一参量与其

4、相似系统中对应同一参量在具体数值上的比值。,1.相似准则的确定,相似准则是相似理论、模型试验研究以及相似性设计的核心。因此，如何确定相似准则就成为解决问题的关键。确定相似准则多采用三类方法:方程分析法和量纲分析法。,(1)方程分析法,任何正确的物理方程都是量纲和谐的，即方程中每一项的量纲都相同。这是通过方程分析能够导出相似准则的基础。通常采用的方程分析法有三种:相似变换法、积分类比法和相似定数法。下面简要地介绍一下积分类比法和相似定数法。,什么是量纲和谐？,凡是正确反映客观规律的物理方程，其各项的量纲都必须相同，这就是量纲和谐原理。只有两个同类型的物理量才能相加减，否则是没有意义的。例如,在量

5、纲和谐的方程式中，一般来讲系数和常数应该是无量纲量。经验公式在没有理论分析的情况下，根据部分实验数据回归出来的公式，常含带量纲的的系数，这类经验公式的量纲是不和谐的，在使用这些公式时必须用规定的单位。,1)积分类比法,采用积分类比法时，要应用如下一些类比的关系式 同时，还因为相似现象是用完全相同的方程组描述的，所以方程式中任意相对应的两项的比值应该相等。 通常，应用积分类比法来推导相似准则的工作步骤如下:,写出相应的微分方程式和单值条件; 用方程式中的任一项去遍除其他各项; 进行各有关量的积分类比替代，得出相应的相似准则。,2)相似定数法,将测量单位转换为相对测量单位的方法称为相似定数法。简单

6、数群仅由两个同类物理量组成，综合数群由多个不向物理量组成。 相似定数的物理意义是，在彼此相似现象的系统中，其对应点上的物理量与定点上的各同类物理量的比值都相等。由相似系数所组成的方程式中的所有变量均用无量纲量来替代。 应用相似定数法来推导相似准则的步骤，一般如下:,写出微分方程和单值条件; 选择所有变量的测量单位; 方程中各物理量都用其无量纲来代替; 用方程中任一个幂次组合量除方程中的各项，求得相似准则。,(2)量纲分析法,当写不出描述现象的方程组时，可以采用量纲分析法或称因次分析法来确定相似准则。 所谓量纲就是采用基本度量单位表示导出单位的表达式。在国际SI中，把长度L(m)、质量M(kg)

7、、时间T(s)和温度t(k)定为基本量。单位制在工程单位制中，把长度L(m)、力F(N)、时间T(s)和温度(k)定为基本量。常用物理量在两种单位制下的量纲，可见下表。,采用量纲分析法时，应首先了解所研究现象的物理实质.，并正确决定参与现象的全部物理量。然后，根据表示物理关系的方程式等号两端量纲应该齐次的原则，就可推算出指数未知的物理关系式，即得相似准则。,例1：已知作用在作圆周运动物体上的离心力F与物体的质量m、速度和圆周半径r有关，试给出离心力的表达式。 解：（1）根据已知条件，建立函数关系 （2）将物理量m 、 、 r和写成指数乘积形式,（3）选择基本量纲L、T和M，表示各物理量的量纲,

8、（4）由量纲和谐原理，求各指数 L：b+c=1 T：-b=-2 M：a=1 解得a=1 ， b=2 ， c=-1,（5）代入指数乘积形式，得,(3)定律分析法,运用已知的物理定理来求解相似准则的方法，称为定律分析法。这种方法要求研究人员必须对所研究的对象和所包括的物理定理有明确的认知，各个定理的主次关系要明确，相互间的联系也要明确，什么是可以忽略，什么是不可以忽略必须慎重考虑。有些定理间的关系还得通过试验来研究，在确定关系上要花费大量的时间和精力，这给解决问题带来许多不便。,(4)举例,分析弹性体振动的相似准则。,2相似设计方法,相似理论在产品系列设计中的应用又称相似性设计。 为了满足使用者的

9、不同要求，工厂常设计和生产系列产品。所谓系列产品，是指具有相同功能、相同结构方案、相同或相似的加工工艺，且各产品相应的尺寸参数及性能指标具有一定级差(公比)的产品。 目前，系列化产品在工业、农业、交通运输和家庭生活等各个领域中得到广泛应用，产品的系列化设计也成为广泛应用的设计方法之一。采用系列化设计的好处主要如下:,采用系列化设计的好处主要如下:,1)系列产品的不同规格仅仅是基于一种规格变化而形成的，这就大大节省了产品的开发周期和成本，提高了产品的性能可靠性。 2)系列产品在满足用户需求的前提下，遵循适当的参数变化规律，可以提高不同规格产品的生产批量，从而使产品质量稳定，成本下降，这对生产企业

10、和用户都是有利的。 3)对生产和销售企业来说，系列产品便于库存管理;对用户而言，系列产品的使用规定和方法相同，方便使用。,产品系列设计时，首先选定某一中档的产品为基型，对它进行最佳方案的设计，定出其材料、参数和尺寸。然后再按系列设计原理，即通过相似原理求出系列中其他产品的参数和尺寸。前者称为基型产品，后者称为扩展型产品。,在产品系列设计中，一般采用两种造型原理:几何相似产品系列设计和几何半相似产品系列设计。,(1)几何相似产品系列设计,几何相似产品系列设计的工作步骤为:,1)根据市场需求确定系列的尺寸范围和系列的分级数n。细分级能使系列产品的技术特性易于满足用户的不同要求，具有较大的市场覆盖面

11、。而粗分级可使系列中的每种规格有较大的批量，实现较为经济的加工，降低成本。在设计之前，应经充分考虑，予以确定。 产品的分级可以在整个尺寸范围内有相同的级间比，也可以各段不同。就每种规格而言，其全部技术参数也不一定采用同一种级间比。通常是将全部参数分为主要量和次要量，主要量应细分级，而次要量则粗分级，这就意味着与之相关的零部件也要进行相应的粗细分级。至于主要量和次要量的区别，则要根据具体情况与产品的功能相结合来确定，如对起重运输设备，其起重量就应作为主要量，而对能量转换设备(泵、电机等)，其设备功率则应为主要量。,2)按产品功能要求，设计基型产品。基型产品的尺寸和功能参数应居整个系列的中间位置。 3)根据相似关系，进行相似设计，求得系列中扩展型产品每种规格的技术参数和几何尺寸。完全几何级数相似设计的系列产品的各种参数的级间比和长度级间比具有一定的关系。 4)在计算出扩展型产品技术参数和几何尺寸的同时，要考虑到技术和工艺方面的种种限制，如铸件的壁厚、钻孔的直径和深度等，对某些尺寸进行适当调整，这样，这些尺寸就可能偏离标准系列和几何相似。,(2)几何半相似产品系列设计,在系列化设计时，一种规格的产品的全部零件不一定按同一种相似比变化，往往由于各种因素