工程设计学报

2011年, 第1期　刊出日期：2011-02-28 上一期下一期

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工程设计理论、方法与技术

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基于破坏性技术的产品创新设计方法研究收藏

孙建广, 檀润华

工程设计学报. 2011 (1): 1-11. DOI: 1006-754X(2011)01-0001-11

摘要( 1460 )

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PDF(9136KB)( 1435 )

破坏性创新是一种高效的创新设计方法,通过破坏性创新，企业可以实现技术跨越式发展．基于技术进化理论,提出了破坏性创新的发生条件；为了在产品设计过程中预测和实现破坏性技术,归纳了破坏性创新内在的基本规律和基本原理,研究产品技术进化过程中存在的内在规律,揭示其内在本质；在对产品进行功能结构分析的基础上,对目标产品进行技术系统分解,根据得到的各技术子系统进化状态研究各技术子系统进化的平衡性,以实现破坏性技术的预测与搜索．最后,以滴丸机的破坏性创新设计为例,对提出方法的有效性进行了验证．

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本体范畴下一种新的功能定义及对应的产品设计过程划分收藏

单鸿波, 李淑霞, 孙志宏

工程设计学报. 2011 (1): 12-16.

摘要( 1118 )

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PDF(3199KB)( 1167 )

产品设计过程是产品生命周期中的一个重要环节,决定了后续制造阶段的成本和最终产品的质量．产品设计过程的本质就是对设计问题进行求解的过程,是在不确定的状态下所进行的实现自己或客观主体目的的一个决策过程,而功能就是决定产品设计过程本质的一个重要内容．为此,以功能为核心,首先对以往功能的相关研究进行综述,分析了功能研究的现状,并在此基础上利用本体与功能的共性,提出本体范畴下针对产品设计过程的功能的定义,分析了在产品设计过程中,功能、需求、需求功能三者之间的关系,依此关系提出了一种新的、有别于传统的产品设计过程划分,最后对全文进行总结,并指出了未来可行的研究方向．

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设计需求与方案求解协同演化模型的形式化表达收藏

徐亮亮, 唐敦兵, 朱仁淼, 王浩, 康与云

工程设计学报. 2011 (1): 17-22. DOI: 10.3785/j.issn. 1006-754X.2011.01.003

摘要( 812 )

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PDF(3564KB)( 1009 )

针对产品设计初期设计需求反复修改和补充的状况,提出设计需求和方案求解协同演化创新设计方法.应用一种形式化的符号表达形式,研究了设计需求的获取方法,理性地描述了产品设计过程中涉及的各要素及其相互关系.在建立设计需求和方案求解协同演化创新设计方法求解模型的基础上,阐述了该方法的逻辑过程,构建了设计需求和方案求解逐层协同演化的框架.最后,以轧纸机机构的方案设计为例具体阐述了设计需求与方案求解协同演化的过程,验证了文中方法的实用性.

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防爆胶轮车动态特性研究收藏

肖登红, 王俊元, 曾志强, 杜文华

工程设计学报. 2011 (1): 23-27.

摘要( 4540 )

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PDF(4909KB)( 1611 )

为掌握防爆胶轮车的动态特性,了解其动态应力、应变情况,应用多体系统动力学以及有限元法对其动态特性进行了研究．基于ADAMS建立了胶轮车的虚拟样机模型, 利用多体动力学仿真得到胶轮车在矩形坑路谱下各部件与车架铰接点的动态载荷曲线；基于ANSYS建立了胶轮车车架的有限元模型,并将动力学仿真得到的随机激励峰值加载到典型工况约束下的有限元分析模型,从而计算得到车架的动态应力分布, 并找出了应力集中的位置．动态分析结果可用于评价车架的动载峰值应力、应变,并对车架的轻量化改进设计具有一定的指导意义．

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基于Modelica的生物质燃气内燃机性能模拟研究收藏

郭甲生, 秦朝葵, GERHARD Schmitz

工程设计学报. 2011 (1): 28-33.

摘要( 2219 )

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PDF(5309KB)( 1547 )

针对由沼气成分及其理化特性导致的内燃机燃用沼气时会发生燃烧速度慢、后燃严重、排气温度高等问题，将生物质燃气内燃机作为研究对象,基于可重用性及面向对象的Modelica 语言建立内燃机模型库,将生物质燃气为燃料对四缸四冲程火花点火内燃机性能进行分析.通过仿真研究不同比例天然气(体积分数分别为33%,67%及100%)和LPG(体积分数分别为5%,10%及15%)对内燃机性能的影响,并在一台原汽油机改装的生物质燃气内燃机进行实验验证．结果表明：随着天然气/LPG的加入,内燃机的热效率及功率有所提高,且随着生物质燃气中天然气/LPG体积分数的增加,内燃机的热效率及功率也将相应增加,天然气/LPG的加入有利于内燃机燃烧；基于可重用性及面向对象的建模语言Modelica,不仅大大提高内燃机建模及仿真效率,也将有效改进内燃机的设计及参数优化．

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基于虚拟样机技术的下肢假肢结构设计与仿真收藏

沈凌, 孟青云, 喻洪流

工程设计学报. 2011 (1): 34-37.

摘要( 1650 )

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PDF(3824KB)( 1280 )

下肢假肢动力学问题是智能仿生人工腿(intelligent bionic artificial limb prosthesis)研究领域中的重要内容．针对智能仿生人工腿,设计下肢假肢基本结构,运用Pro/E建立下肢假肢膝踝足关节模型,进行非线性动力学分析,并考虑了关节间的摩擦问题．最后,通过ADAMS虚拟样机技术,对人体行走步态进行仿真模拟控制,为下肢假肢、步行机器人研究提供了理论基础．

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基于精确齿面建模的ZA蜗杆蜗轮有限元接触分析收藏

李立新, 江玉刚, 曹谊勃

工程设计学报. 2011 (1): 38-42.

摘要( 3664 )

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PDF(4485KB)( 2398 )

为了研究不同情况下蜗杆蜗轮间的接触应力和蜗杆扭转角与驱动力矩之间的关系,根据齿面方程建立具有精确齿面的ZA蜗杆蜗轮实体模型,利用ANSYS对此模型在同一载荷不同啮合位置和同一啮合位置不同载荷条件下进行有限元接触分析,研究在一个轮齿啮合周期内,各啮合齿对的接触应力分布和载荷在不同齿对上的分配情况．分析结果表明：理论接触应力计算公式给出的结果远小于实际的最大接触应力,同时得到由接触齿对弹性变形引起的蜗杆扭转角与驱动力矩之间的幂函数关系,可以用于蜗轮转角的精确控制．

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超高层建筑物供暖及空调余热利用的理论分析收藏

李建锋, 吕俊复, 张海

工程设计学报. 2011 (1): 43-47.

摘要( 1522 )

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PDF(3397KB)( 1020 )

为了降低超高层建筑物夏天的空调能耗和冬天的供暖能耗,提出一种在建筑物内设置上下敞口的天井和在天井内安装一个涡轮的能量回收系统,并建立预测该系统性能的物理模型.理论计算表明:当建筑高度为1 000 m时,冬天在热泵系统从天井吸收热量供建筑物采暖过程中,通过涡轮回收天井内空气向下运动的能量,该系统能够输出的能量最大可以达到热泵能耗的22%；而夏天通过空调系统向天井中排放热量给建筑物降温过程中,通过回收天井内空气向上运行的能量,该系统可以提供的最大能量可以超过空调系统能耗的50%. 计算结果说明了利用该系统进行超高层建筑物能量回收的技术方案是可行的.

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露天矿山三维设计方法应用研究收藏

杨彪, 罗周全, 陆广, 鹿浩, 张旭芳

工程设计学报. 2011 (1): 48-52.

摘要( 1130 )

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PDF(3496KB)( 1336 )

针对传统露天矿山开采设计采用二维方式的不直观、低效率等缺点,提出了露天矿山的全三维设计方法.首先以矿业三维软件为平台创建矿床地质模型,利用统计学方法进行品位赋值,形成地质品位计算模型,在此基础上利用三维有限元计算方法进行开采境界边坡角及边坡台阶组合参数优化研究.借助境界圈定及三维排产程序进行采剥方案、生产规模、开采境界、边界品位等矿山关键决策项目的整体优化,最后根据优化结果布置开拓系统,实现露天矿山的设计流程全三维化.将该方法在某矿山设计中进行了应用,结果表明,基于三维可视化的设计方法具有工作效率高、计算精准的优点,有较强的应用推广价值.

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起动机轴承座修复衬套过盈联接的可靠性分析收藏

江治俊, 吴江, 陈亮

工程设计学报. 2011 (1): 53-57.

摘要( 1617 )

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PDF(3165KB)( 1282 )

为论证某型飞机起动机轴承座修复方法的可行性和修复衬套过盈联接结构参数的合理性,对修复衬套过盈联接的可靠性进行研究.将导致修复衬套松动和轴承座
胀裂的因素作为随机变量,建立修复衬套过盈联接的可靠度模型.基于ANSYS对修复衬套过盈联接进行了有限元计算,并对有限元计算结果进行了实验验证.根据修复衬套过盈联接的可靠度模型和有限元计算结果,计算得出修复衬套过盈联接的可靠度.计算结果和实际应用情况表明,修复衬套过盈联接结构参数设计合理,修复方法可行、有效,且具有高可靠性.

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一种改进的分段标识扫描系统的研究收藏

杨玲, 程勇, 孙晓聪

工程设计学报. 2011 (1): 58-61.

摘要( 764 )

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PDF(2718KB)( 919 )

由于网络的异构性,防火墙和入侵检测系统的监测,扫描过程中往往遇到不期望的阻碍．为了能更好把握主机和网络的安全状况,需要对网络扫描系统的隐蔽性进行研究．设计了具有一定隐蔽性的网络扫描系统,实现了多种当前流行的网络扫描技术,通过优化扫描端口、减慢扫描速度、伪造垃圾数据包等手段增强扫描的隐蔽性；并对IPID扫描技术进行了改进,提出了一种名为随机分块二分法的改进算法,提高了普通IPID扫描的效率．

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德国产品开发专业的教学实践及研究特色收藏

唐林

工程设计学报. 2011 (1): 62-66.

摘要( 661 )

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PDF(3598KB)( 1217 )

高校受教育者实际能力的培养、高等教育机构及研究部门智
力资源的转化、企业创新素质的提高均是我国亟待解决的问题,未来产品开发的知识需求和研究趋势亦
是我国学者需要研究的课题．介绍了德国产品开发专业相关方面的举措及特色,即校企联合方式、知识
创新及产品开发的研究特色、高校教学和研究团队以及项目研究团队的组织特色,有益于研究机构的知
识创新和技术创新成果与工业实践有机结合，洞悉未来产品开发的发展方向，并提高国民整体的创新素
养．研究结果值得国内高等院校和研究机构借鉴与参考．

机电产品工程设计

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单线循环式货运索道钢丝绳振动分析收藏

卜英勇, 王金羽, 朱李斌

工程设计学报. 2011 (1): 67-70.

摘要( 992 )

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PDF(2308KB)( 1110 )

钢丝绳振动过大,会造成货运索道掉斗甚至掉索,也给客
运索道的乘客带来不舒适感，因此，对货运索道钢丝绳振动进行了研究.建立钢丝绳振动的物理模型,对
其振动的原因进行分析.分析表明：当重斗进入钢丝绳的频率与某一振型的固有频率接近时振动会迅速
加剧,即发生共振现象.在某索道的实践证明了所建模型及分析的正确性.提出了减小振动的一些有效方
法,对解决货运、客运索道的振动问题具有一定的指导意义.

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基于分形互补开口环谐振器的复合左右手传输线研究 收藏

许河秀, 王光明, 张晨新, 逯科

工程设计学报. 2011 (1): 71-76.

摘要( 787 )

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PDF(4605KB)( 1035 )

提出了一种基于Minkowski分形互补开口环谐振器(CSRRs)的
电小平衡复合左右手传输线(CRLH TL)(单元尺寸为0.074λ_g)．采用理论计算、电磁仿真、等效
电路模型计算(电仿真)及有效介质参数提取相结合的方法研究了非平衡CRLH TL传输特性随CSRRs环数、
Minkowski环水平迭代因子、垂直迭代因子及迭代次数变化的影响,得出分形、多环结构实现小型化的作
用机理．对所设计的电小平衡CRLH TL进行加工测试．仿真、等效电路模型计算以及测试的结果吻合得
很好．结果表明与基于传统CSRRs加载的CRLH TL相比,所提出的CRLH TL带宽明显展宽,-10 dB回波损耗
相对带宽达到113.7%,具有更低的工作频率．展现了其在超宽带、小型化器件应用的广阔前景．

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