机械设计方法的发展历程

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1、机械设计方法的发展历程…………………….摘要:本文阐述了机械设计方法发展的几个阶段,将机械设计方法按机械设计思路展划分为五各阶段,其中并不都是按时间划分。阐述了机械设计在不同阶段的发展情况及主要成果,最后预测了一下未来机械设计方法的前景。关键词：机械设计，方法，发展历程引言:机械在我们的生活中无处不在，可以说一部人类的发展史就是机械设计的发展史，不过机械实际的发展还是可以划分为几个阶段的。第一阶段，个人经验阶段。这一时期主要是指机械设计的初期，还没有发展出机械设计的相关理论，主要是人们为了解决生产生活中的实际问题而发明的，这一时期的机械结构简单，完全靠设

2、计者的经验，没有一定的理论方法，至多靠人们口耳相传获得经验，不过依然成果显著。典型的代表如春秋战国时期控制射击的弩。第二阶段，实机或模型试验阶段。这一时期机械设计已经发展相对成熟，机械设计已经发展为一项比较重要的事业，但是机械设计还没有发展到理论公式设计的水平，不过人们已经总结出了一些机械的成品,例如：《天工开物》记录了许多先进的工艺技术和科学创见。记载了许多机械性能及制造方法。内容涉及泥型铸釜、失蜡法铸造以及铸钱等铸造技术，还记述了提花机和其他纺织机械以及车船等各种交通工具的性能和规格等。这一时期的机械设计发展到了一个小顶峰,例如中国古代先贤们早就发明

3、了”记里鼓车”,”地震仪”等结构复杂,功能强大的机械,在中国古代带的机械设计基本都属于这个阶段。虽然这一阶段机械设计的成果辉煌但是还不能称之为“现代机械设计”，因为在这一时期没有设计机械的理论和公式，也就是说在这一时期人们不能通过理论的计算与推导来设计机械，依然是通过经验，只不过是在这一阶段经验已经相当成熟，而且经验的传播变得很广泛。如《天工开物》就相当程度上促进了经验的传播。这一阶段的特点是发展出了比较经典的机械产品，但没有发展出机械设计的理论。第三阶段，以静态分析为主（简单建模）。这一时期机械设计由实验设计转为理论设计的阶段，20世纪60年代，随着机

4、械生产数量的不断增加，对产品质量也随之提高，为了适应生产的需要出现了液压技术，电子技术等，这一时期在设计机械，性能确认是已经不再仅仅依靠试验，而是考理论推导，这大大加快了机械设计的速度，也大大提高了机械设计的能力，由于有了设计的理论和方法，机械设计不再那么模糊，从这一阶段开始人类进入了机械设计的大发展时期.日本在这一时期的发展就是这样的,再上一个阶段,日本主要是引进模仿美国的机械,并且日本已经达到了世界先进行列,在70年代日本也走向了”独立设计”的道路,最终于欧美等国并驾齐驱。在这一阶段由于有了理论的指导，机械设计发展迅猛，力学的发展和在机械制造中的丰富

5、经验，确立了许多基本概念，基本理论，一些已成体系，人们建立了各种的力学模型，校核杆件的拉伸强度不再需要制作一个样机来试验只需要用拉伸强度公式就可以计算。人们做了大量的基础工作。材料力学方面建立了拉伸，扭转，弯曲，剪切相关理论。如；1852-1870年间，德国人（AWohler）在自己发明的试验机上做了大量的试验，对疲劳问题作了大量深入的研究，提出了疲劳曲线（S-N图），他的疲劳曲线沿用至今。又如，1893年，美国人Lewis，W制作的齿形系数表，虽然制造齿轮的材料，方法已经发生了天翻地覆地变化，但他的“齿形系数”表至今沿用，人们做的这些基础研究为机械设计

6、的创新打下了基础。第四阶段，以静态分析为主（复杂建模）。这一阶段是机械设计成果非凡的时期，由于过去建立的力学模型简单，只能解决不太复杂的问题，已经不能适应当时的设计需要，利用实验已经成了过去。这是人们开始考虑如何建立更加复杂更加贴近实际的模型。这一阶段发展出了最优化设计，有限元法，可靠性设计，断裂力学，CAD等等，这些方法都是改进了以前的模型，使之更加接近实际，所得结果更加精确。最优化方法，也称运筹学方法，他最早是在60年代应用与机械设计，虽然历史较短，但发展迅速，有机械结构优化，结构参数优化等，这些方法使得我们在设计机械时不仅仅局限于实现功能，更要用最

7、优的方法实现，在今天发展出了多个分支，实现了从功能设计，方案设计，技术设计，建模，结果评价等各个方面的优化，在保证质量，缩短研发周期方面发挥了重要作用。最优化方法在今天依然有着巨大的发展空间，并且分出了多个分支；广义优化，广义优化不同于传统优化，传统优化旨在求出函数的极大值极小值，而广义优化旨在寻求具体解决问题的可行方案，问题的求解表达为一组决策规划及相应的优化域广义优化提高了优化的能力与适用性。智能优化，随着计算机的发展是智能优化变为了可能，计算机辅助设计方案智能优化，寻优策略的自动选择和优化的智能控制使得切结问题更加有效。模糊优化，它主要研究模糊线性

8、规划模型，可能性线性规划模型和模糊非线性规划模型，这些方法已经在多个学科中得到了