第5章ANSYS水利工程应用实例分析
本章首先概述了水利工程ANSYS 应用，其次介绍了ANSYS 重力坝抗震性能分析步骤，最后用实例详细介绍了ANSYS 抗震性能分析过程。
内容 提要 第5章 ANSYS 水利工程应用实例分析
本章重点
水利工程
ANSYS 重力坝抗震性能分析步骤
ANSYS 重力坝抗震性能用实例分析
本章典型效果图
5.1 水利工程概述
虽然我国水利资源非常丰富，但河流在地区和时间分配上很不均衡，许多地区在枯水季节容易出现干早，而在洪水季节又往往由于水量过多而形成洪涝灾害。为了解决这一矛盾，人们修建了许多水利工程来达到防洪、灌溉、发电、供水、航运等目的，促进国民经济建设的发展。
水利工程中各种建筑物按其在水利枢纽中所起的作用，可以分为以下几类:
(1)挡水建筑物用以拦截河流，形成水库，如各种坝和水闸以及抵御洪水所用的堤防等。
(2)泄水建筑物用以宣泄水库〔或渠道)在洪水期间或其它情况下的多余水量，以保证坝(或渠道)的安全，如各种溢流坝、溢流道、泄洪隧道和泄洪涵管等。
(3)输水建筑物为灌溉、发电或供水，从水库(或河道)向库外(或下游)输水用的建筑物，如引水隧道、引水涵管、渠道和渡槽等。
(4)取水建筑物是输水建筑物的首部建筑，如为灌溉、发电、供水而建的进水闸、扬水站等。
(5)整治建筑物用以调整水流与河床、河岸的相互作用以及防护水库、湖泊中的波浪和水流对岸坡的冲刷，如丁坝、顺坝、导流堤、护底和护岸等。
由于破坏后果的灾难性，大型水利工程建设的首要目标是安全可靠，其次才是经济合理。所以说研究大坝等水工建筑物的安全分析、评价和监控，是工程技术人员需要解决的课题，正确分析大坝性态已经成为当务之急。
当前对各种水利工程评价主要采用有限元分析方法，借助各种有限元软件对这些水利工程建筑物进行安全评价，其中应用比较广泛的是ANSYS软件。目前，ANSYS软件在水利工程中主要应用以下几个方面：
(1)应用各种坝体工程的设计和施工
利用ANSYS软件，模拟各种坝体施工过程以及坝体在使用阶段受到各种载荷（如水位变化对坝体的压力、地震荷载等）下结构的安全性能进行评价，模拟坝体的温度场和应力场，借助模拟结果修改设计或对坝体采取加固措施。
(2)应用于各种引水隧道、引水涵管等设计和施工
利用ANSYS软件，模拟这些工程开挖、支护、浇注、回填过程，分析结构在载荷作用下的变形情况、结构的安全可靠度，以及衬砌支护结构在水压、温度发生变化后产生的变形情况和结构内力，依靠ANSYS模拟结果对结构安全性进行评价。
(3)应用于各种水库闸门的设计和施工
水库闸门在上游水作用下将发生弯曲、扭转、剪切和拉压等组合变形，利用ANSYS中的SHELL63单元来模拟闸门，利用大型结构有限元分析程序ANSYS，对闸门结构进行三维有限元分析，根据分析结果进行强度校核。
5.2 ANSYS重力坝抗震性能分析步骤
重力坝是一种古老而重要的坝型，主要依靠坝体自身重力来维持坝身的稳定。岩基上重力坝的基本剖面呈三角形，上游面通常是垂直的或者稍倾向下游的三角形断面。
重力坝的具有很多优点：
(1)安全可靠。但剖面尺寸较大，抵抗水的渗漏，洪水漫顶，地震或战争破坏的能力都比较强，因而失事率较低。
(2)对地形、地质条件适应性强，坝体作用于地基面上的压应力不高，所以对地质条件的要求也较低，低坝甚至可修建在土基上。
(3)枢纽泄洪容易解决，便于枢纽布置。
(4)施工方便，便于机械化施工。
(5)结构作用明确，应力计算和稳定计算比较简单。
鉴于重力坝有如此多优点，所以它得到了广泛应用。
但是许多大坝都是建在地震多发和高烈度地区，并且坝还要承受重力、水压力等长期载荷的作用，为确保工程和人民生命财产在偶发地震载荷作用下的安全，需对大坝做抗震安全分析。
重力坝抗震性能分析一般分以下五个步骤：
1、创建物理环境
2、建立模型和划分网格
3、施加边界条件和载荷（地震荷载）
4、求解
5、后处理（查看计算结果）
5.2.1 创建物理环境
在定义坝体抗震性能分析问题的物理环境时，进入ANSYS前处理器，建立这个坝体抗震性能分析的数学仿真模型。按照以下几个步骤来建立物理环境：
1、设置GUT菜单过滤
如果你希望通过GUI路径来运行ANSYS，当ANSYS被激活后第一件要做的事情就是选择菜单路径：Main Menu>Preferences，执行上述命令后，弹出一个如图5-1所示的对话框出现后，选择Structural。这样ANSYS会根据你所选择的参数来对GUI图形界面进行过滤，选择Structural以便在进行坝体抗震性能分析时过滤掉一些不必要的菜单及相应图形界面。
2、定义分析标题（／TITLE）
在进行分析前，可以给你所要进行的分析起一个能够代表所分析内容的标题，比如“Dam stability Analysis”，以便能够从标题上与其他相似物理几何模型区别。用下列方法定义分析标题。
命令：／TITLE
GUI：Utility Menu>File>Change Title
3、说明单元类型及其选项（KEYOPT选项）
与ANSYS的其他分析一样，也要进行相应的单元选择。ANSYS软件提供了100种以上的单元类型，可以用来模拟工程中的各种结构和材料，各种不同的单元组合在一起，成为具体的物理问题的抽象模型。坝体用PLANE42单元来模拟。
大多数单元类型都有关键选项（KEYOPTS），这些选项用以修正单元特性。例如，PLANE42有如下KEYOPTS：
KEYOPT(2) 包含或抑制过大位移设置
KEYOPT(3) 平面应力、轴对称、平面应变或考虑厚度的平面应力设置
KEYOPT(5) 解输出控制
设置单元以及其关键选项的方式如下：
命令：ET
KEYOPT
GUI：Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete
图5-1 GUI图形界面过滤
4定义单位
结构分析只有时间单位、长度单位和质量单位三个基本单位，则所有输入的数据都应当是这三个单位组成的表达方式。如标准国际单位制下，时间是秒（s），长度是米（m），质量是千克（kg），则导出力的单位是kg?m/s2（相当于牛顿N），材料的弹性模量单位是kg/m?s2（相当于帕Pa）。
命令：/UNITS
5、定义材料属性
大多数单元类型在进行程序分析时都需要指定材料特性，ANSYS程序可方便地定义各种材料的特性，如结构材料属性参数、热性能参数、流体性能参数和电磁性能参数等。
ANSYS程序可定义的材料特性有以下三种：
（1）线性或非线性。
（2）各向同性、正交异性或非弹性。
（3）随温度变化或不随温度变化。
因为进行坝体抗震性能分析时，ANSYS默认谱分析将忽略材料非线性，因此，坝体抗震性能分析模型采用弹性模型，只需要定义坝体材料属性中：容重、弹性模量、泊松比。
命令：MP
GUI：Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models
或Main Menu>Solution>Load Step Opts>Other>Change Mat Props>Material Models ◆坝体静力分析时可考虑材料的非线性，但进行抗震性能分析时，需要将非线性参数：内摩
擦角和内聚力删除。
5.2.2 建立模型和划分网格
创建好物理环境，就可以建立模型。在进行坝体抗震性能分析时，需要建立模拟坝体的PLANE82单元。在建立好的模型指定特性（单元类型、选项和材料性质等）以后，就可以划分有限元网格了。
通过GUI为模型中的各区赋予特性：
1、选择Main Menu> Preprocessor> Meshing> Mesh Attributes> Picked Areas
2、点击模型中要选定的区域。
3、在对话框中为所选定的区域说明材料号、实常数号、单元类型号和单元坐标系号。
通过命令为模型中的各区赋予特性：
ASEL（选择模型区域）
MA T （说明材料号）
TYPE（指定单元类型号）
◆建立大坝模型时，坝体和地基是赋予不同材料属性，本文只进行坝体抗震性能分析。
◆进行大坝3-D模拟分析时，用SOLID65模拟混凝土单元和SOLID45模拟岩石单元的，2-D
模拟分析时，只需用一个PLANE42单元就可以。
5.2.3 施加约束和荷载
在施加边界条件和荷载时，既可以给实体模型（关键点、线、面）也可以给有限元模型（节点和单元）施加边界条件和荷载。在求解时，ANSYS程序会自动将加到实体模型上的边界条件和载荷转递到有限元模型上。
重力坝抗震性能分析中，主要是给坝体底部施加自由度约束。 命令：D
作用在重力坝上的荷载包含水压力、冰压力、泥沙压力、地震力及坝体自重荷载等。
(1)自重荷载。由坝体体积和材料的容重算出。
(2)静水压力。作用在坝面上的静水压力可根据静水力学原理计算，分为水平力及垂直力。 水平力： 2121H P sp γ=
(5-1)
垂直力： 2
121nH P cz γ= (5-2) 式中：γ为水容重，H1代表上游水深，n 代表上游坝面坡度系数。
同理可求得下游坝面的总静水压力的水平向分力及垂直分力。
(3)扬压力。重力坝坝体混凝土或浆砌石砌体不是绝对不透水的，它们的表面及内部存在着无数微小的孔隙，坝基岩石本身孔隙虽然很少，但是也存在着节理、裂隙。重力坝建成挡水后，在上下游水位差的长期作用下，上游的水将通过这些孔隙及坝体和坝基的接触面、坝基的节
理裂隙等向下游渗透，从而使得坝体内和坝底面产生渗透水压力。
(4)动水压力。在溢流面上作用有动水压力，坝顶曲线和下游面直线段上的动水压力很小， 可忽略不计。只计算反弧段上的动水压力。
(5)冰压力。在寒冷地区水库表面冬季结成冰盖，当气温回升时，冰盖发生膨胀，因而对 挡水建筑物上游面产生冰压力。
(6)泥沙压力。水库蓄水后，入库水流挟带泥沙，逐年淤积在坝前，对坝面产生泥沙压力。
(7)浪压力。浪压力与风速和水库吹程有关，但在荷载中所占比重较小，通常忽略。
(8 )地震荷载。主要是由建筑物质量引起的地震惯性力、地震动水压力和动土压力。
5.2.4 求解
1. 静力求解
首先对重力坝进行静力求解：在ANSYS 程序根据现有选项的设置，从数据库获取模型和载荷信息并进行计算求解，将结果数据写入到结果文件和数据库中。得到坝体在静力荷载作用下的位移场与应力，了解坝体在设计条件下的工作形态，对混凝土重力坝方案的可靠性进行评价评价大坝
命令：SOLVE
GUI ：Main Menu>Solution>Solve> Current LS
2.动力分析求解
由于地震时的地面运动以水平方向为主，在地震力作用下结构的振动也以水平振动为主，
故本次分析只考虑了水平方向的地震载荷的作用。对重力坝抗震性能计算分析可以采用以下几种方法：
1)拟静力法
拟静力法是一种把地震的影响用一种折算的静载荷来表示，求出这种地震荷载后，按照常规的静力法进行坝体的各项应力、位移的抗震分析方法。它是假定地震时与地面加速度相同的加速度作用在坝体各部位，求出地震时的惯性力，然后根据惯性力来评价大坝的安全性。
根据拟静力分析方法，大坝的水平地震惯性力可简化为：
FW C K Q Z H H = ( 5-3 )
式中：
H K ——水平向地震系数，为地面最大水平加速度代表值与重力加速度的比值；
Z C ——综合影响系数，重力坝取为1/4；
F ——地震惯性力系数；
W ——产生惯性力的建筑物的总重量。
采用拟静力法计算重力坝的地震作用效应时，水深h 处的地震动水压力的代表值的计算： 0)()(H h a h P W h W ρξφ= ( 5-4 )
式中：
)(h P W ——作用在直立迎水坝面水深h 处的动水压力代表值；
h a ——水平向地震加速度的代表值，地震烈度为8时对应的值是0.2g ；
ξ——地震作用效应折减系数，除另有规定外，取0.25；
)(h φ——水深h 处的地震动水压力分布系数；
W ρ——水体质量密度的标准值；
0H ——水总深度。
与水平面夹角为θ的倾斜迎水坝面，按公式(5-4)计算的动水压力代表值乘以折减系数： 90/θη=C ( 5-5 ) 2)反应谱分析法
反应谱分析法是以单质点弹性体系在实际地震过程中的反应为基础，来进行结构反应的分析，它通过反应谱巧妙地将动力问题静力化，使得复杂的结构地震反应计算变得简单易行。按照这一理论，应用地震谱曲线，就可以按照实际地面运动来计算建筑物的反应。反应谱是单点弹性体系对于实际地面运动的最大反应和体系自振周期的函数关系。对于复杂的结构可以简化为若干振型的叠加，每个振型又可转化为一个单质点来考虑。使用已经确定的设计反应谱计算重力坝在地震作用下的反应，就归结为寻求坝体的自振特性。
地震产生的破坏，与受力大小和受频谱的最大振动的持续时间的都有关系。在进行谱分析计算前，首先要计算大坝的自振特性。模态分析用于确定结构的振动特性，即结构的固有频率和振型，它们是结构承受动态荷载设计中的重要参数，也是更详细的动力分析的基础。
模态分析计算中采用了子空间迭代法提取模态。水深h 处的地震动水压力的作用按公式(5-6)转化为相应的坝面附加质量。
h H a h P W h W 087)(ρ= ( 5-6 )
根据如图5-2所示的大坝设计的反应谱曲线图，可得大坝反应谱曲线方程：
?????????
<≤<≤<-+=...............*)(10.............................1.00...........)1(101max 9.00max max T T T
T T T T T g g ，，，ββββ
( 5-7)
图5-2 大坝设计反应谱
本次重力坝抗震性能分析中，max β取值为2，g T 取值为0.2，特征周期0T 取值为0.2S 。
3)时程分析法
时程分析方法是将地震动记录或人工波作用在结构上.直接对结构运动方程进行积分，求得结构任意时刻地震反应的分析方法，所以动态时程分析方法也称为直接积分法。
本次大坝抗震性能实例分析采用反应谱分析方法。
5.2.5 后处理
后处理的目的是以图和表的形式描述计算结果。对于大坝抗震性能分析中，进入后处理器
后，查看大坝变形图和节点的位移和应力。通过研究大坝的变形、位移和应力情况，来综合判
断大坝的抗震性能及安全性能。
命令：／POST1
GUI：Main Menu> General Postproc
首先查看大坝静力分析求解结果，再查看大坝动力分析求解结果。
5.3 ANSYS重力坝抗震性能实例分析
5.3.1 实例介绍
图5-3 重力坝断面结构
实例选取应用非常广泛的重力坝，断面结构如图5-3所示。坝高120米，坝底宽为76米，坝顶为10米，上游坝面坡度和下游坝面坡度如图中所示。
因为重力坝结构比较简单，垂直于长度方向的断面结构受力分布情况也基本相同，并且大坝的纵向长度远大于其横断面，因此大坝抗震性能分析选用单位断面进行平面应变分析是可行
的。
大坝抗震性能分析的计算条件如下：
1）假设大坝的基础是嵌入到基岩中，地基是刚性的。
2）大坝采用的材料参数为：弹性模量E=35GPa，泊松比ν=0.2，容重γ=25KN/3
m。
3）计算分析大坝水位为120米。
4）水的质量密度1000kg/3
m。
5）大坝设防地震烈度为8，水平方向地震加速度值为0.2g。
5.3.2 GUI操作方法
5.3.2.1 创建物理环境
1) 在【开始】菜单中依次选取【所有程序】/【ANSYS10.0】/【ANSYS Product Launcher】，得到“10.0ANSYS Product Launcher”对话框。
2）选中【File Management】，在“Working Directory”栏输入工作目录“D:\ansys\example5-1”，在“Job Name”栏输入文件名“Dam”。
3）单击“RUN”按钮，进入ANSYS10.0的GUI操作界面。
4）过滤图形界面：Main Menu> Preferences，弹出“Preferences for GUI Filtering”对话框，选中“Structural”来对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤。
5）定义工作标题：Utility Menu> File> Change Title，在弹出的对话框中输入“Dam seismic Analysis”，单击“OK”，如图5-4。
图5-4 定义工作标题
6）定义单元类型：
a.定义PLANE42单元：Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete，弹出一个单元类型对话框，单击“Add”按钮。弹出如图5-5所示对话框。在该对话框左面滚动栏中选择“Solid”，在右边的滚动栏中选择“Quad 4node 42”，单击“Apply”，就定义了“PLANE42”单元。
图5-5 定义PLANE42单元对话框
b.设定PLANE42单元选项：Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete，弹出一个单元类型对话框，选中“Type 2 PLANE42”，单击“Options”按钮，弹出一个“PLANE42 element Type options”对话框，如图5-6所示。在“Element behavior K3”栏后面的下拉菜单中选取“Plane strain”，其它栏后面的下拉菜单采用ANSYS默认设置就可以，单击“OK”按钮。
图5-6 PLANE42单元库类型选项对话框
通过设置PLANE42单元选项“K3”为“Plane strain”来设定本实例分析采取平面应变模型进行分析。因为大坝是纵向很长的实体，故计算模型可以简化为平面应变问题。
7）定义材料属性
执行Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models，弹出“Define Material Model Behavior”对话框，如图5-7所示。
图5-7 定义材料本构模型对话框
在图5-7中右边栏中连续双击“Structural> Linear> Elastic>Isotropic”后，又弹出如图5-8所示“Linear Isotropic Properties for Material Number 1”对话框，在该对话框中“EX”后面的输入栏输入“3.5E10”，在“PRXY”后面的输入栏输入“0.2”，单击“OK”。再在选中“Density”并双击，弹出如图5-9所示“Density for Material Number 1”对话框，在“DENS”后面的栏中输入边坡土体材料的密度“2500”，单击“OK”按钮。
图5-8 线弹性材料模型对话框图5-9材料密度输入对话框
5.3.2.2 建立模型和划分网格
1）创建大坝线模型
a.输入关键点：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create>Keypoints>In Active CS，弹出“Creae Keypoints in Active Cooedinate System”对话框，如图5-10所示。在“NPT keypoint number”
栏后面输入“1”，在“X，Y，Z Location in active CS”栏后面输入“（0，0，0）”，单击“Apply”按钮，这样就创建了关键点1。再依次重复在“NPT keypoint number”栏后面输入“2、3、4、5”，在对应“X，Y，Z Location in active CS”栏后面输入“（76，0，0）、（15.6，104.1，0）、（15.6，120，0）、（5.6，120，0），最后单击“OK”按钮。
图5-10 在当前坐标系创建关键点对话框
b.创建坝体线模型：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create>Lines>Straight line，弹出“Creae straight lines”对话框，用鼠标依次点击关键点1、2，单击“Apply”按钮，这样就创建了直接L1，同样分别连接关键点“2、3”，“3、4”，“4、5”，“5、1”，最后单击“OK”按钮，就得到坝体线模型，如图5-11所示。
图5-11 坝体线模型
2）创建坝体面模型
a.打开关键点编号显示：Utility Menu> PlotCtrls> Numbering，弹出“Plot Numbering Controls”对话框，如图5-12所示。选中“Keypoint Numbers”选项，后面的文字由“off”变为“on”,单击“OK”关闭窗口。
图5-12 打开关键点编号对话框
b.创建坝体面模型：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Through KPs，弹出一个“Create Area by Keypoints”对话框，在图形中选取关键点1、2、3、4和5，点击“Apply ”按钮，就得到坝体模型的面模型，如图5-13所示。
图5-13 坝体面模型
3）划分坝体单元网格
a.设置网格份数：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Layers>Picked
Lines，弹出一个“Set Layer Controls”对话框，如图5-14所示，用鼠标选取线L1，单击“OK”按钮。弹出一个“Area Layer Mesh Control on Picked lines”对话框，如图5-15所示，在“No of line division”栏后面输入“20”，单击“OK”按钮。
图5-14 选取线对话框图5-15 设置网格分数对话框
相同方法设置线L2分割份数为32；设置线L3、L4和L5线的分割份数分别为6、4、40。
b.划分单元网格：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Area>Free，弹出一个拾取面积对话框，拾取图形中面，单击拾取框上的“OK”按钮，得到坝体模型单元网格，如图5-16所示。
4)保存坝体单元网格
Utility Menu> File> Save as，弹出一个“Save Database”对话框，在“Save Database to”下面输入栏中输入文件名“dam-grid.db”，单击“OK”。
图5-16 坝体单元网格
5.3.2.3 施加约束和荷载
1）给坝体模型底部施加位移约束
执行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>on Nodes，弹出在节点上施加位移约束对话框，用鼠标选取隧道模型两侧边界上所有节点，单击“OK”按钮。弹出“Apply U,ROT on Nodes”对话框，如图5-17所示，在“DOFS to be constrained”栏后面中
选取“ALL DOF”，在“Apply as”栏后面的下拉菜单中选取“Constant value”，在“Displacement
value”栏后面输入“0”值，然后单击“OK”按钮。
2）施加重力加速度：Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Inertia>Gravity，弹出“Apply(Gravitational)Acceleration”对话框，如图5-18所示。在“Global Cartesian Y-comp”栏后面输入重力加速度值“9.8”就可以，单击“OK”按钮，就完成了重力加速度的施加。
图5-18 施加重力加速度对话框
3)施加水压力载荷：Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Structure>on Lines，弹出一个对话框，用鼠标选中线L5，单击“OK”。弹出“Apply PRES on lines”对话框，如图5-19所示。分别输入数据“0”和“1101370”，单击“OK”按钮，就完成了水压力载荷的施加。
图5-19 施加水压力载荷对话框
本次加的荷载是水深为120米时作用在坝上的水压力，迎水面波度是87度。
5.3.2.4 求解
1.静力分析求解
1)求解设置
a.指定求解类型：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis，弹出一个如图5-20所示对话框，在“Type of analysis”栏后面选中“Static”，单击“OK”按钮。
图5-20指定求解类型对话框
b.设置载荷步：Main Menu>Preprocessor>Loads>Analysis Type>Sol'n Controls，弹出一个“Solution Controls”对话框，用鼠标单击“Basic”选项，如图5-21所示，在“Number of Substeps”栏后面输入“5”，在“Max no. of substeps”栏后面输入“100”，在“Min no. of substeps”栏后面输入“1”，单击“OK”按钮。
图5-21设置载荷步对话框
c.设置线性搜索：Main Menu>Solution>Analysis Type>Sol'n Controls，弹出一个“Solution Controls”对话框，用鼠标单击“Nonlinear”选项，如图5-22所示，在“Line search”栏后面下拉菜单选中“ON”，单击“OK”。
2）静力求解
a.求解：Main Menu>Solution>Solve>Current LS，弹出一个求解选项信息和一个当前求解载荷步对话框，检查信息无错误后，单击“OK”，开始求解运算，直到出现一个“Solution is done”
的提示栏，表示求解结束。
b. 保存求解结果；Utility Menu> File> Save as，弹出一个“Save Database”对话框，在“Save Database to”下面输入栏中输入文件名“Dam-stati
c.db”，单击“OK”。
图5-22设置线性搜索对话框
图5-23 设置模态分析选项对话框
2.抗震性能分析求解
1）模态分析求解
a.设置分析类型：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis，弹出一个如图5-20所示对话框，在“Type of analysis”栏后面选中“Modal”，单击“OK”按钮。
b.设置模态分析选项：Main Menu>Solution>Analysis Type>Analysis Options，弹出一个如图5-23所示对话框，在“Mode extraction method”栏后面选中“Sunspace”，在“No. of modes to be extract”栏后面输入“18”，在“Expand mode shapes”后面小方框用鼠标选中，单击“OK”按钮，又弹出一个“Sunspace Modal Analysis”对话框，如图5-24所示，按图中设置后，单击“OK”按钮。
图5-24 模态分析求解时子空间设置对话框
图5-25 模态求解选项信息
c.模态分析求解：Main Menu>Solution>Solve>Current LS，弹出一个模态求解选项信息（如图5-25所示）和一个当前求解载荷步对话框，检查信息无错误后，单击“OK”，开始求解运算，直到出现一个“Solution is done”的提示栏，表示求解结束。
d. 保存求解结果；Utility Menu> File> Save as，弹出一个“Save Database”对话框，在“Save
机械创新设计案例
机械创新设计案例 我们知道，目前，机械产品的国际竞争非常激烈，要保持和发展我国机械产品在机械市场中的份额，关键靠的就是创新。我们要摆脱现在在机械创新设计上的落后局面，就要我国机械人才的创新设计能力。 机械创新设计是一个极其重要而又困难的实践性较强的研究课题。要进行机械创新设计要有两个必要条件：一是充分获取适用的知识；二是要使用符合创新设计思维并能激发创新思维的设计系统。设计过程充满了矛盾，所获取的知识应有助于矛盾的迅速解决，这就要求知识获取工具紧密集成到设计过程中，因此要统一研究知识获取工具与设计系统。另外，人类的创新设计思维模式是在长期的成功设计经验中总结形成的，因此设计系统必需符合创新设计思维规律。 案例一：新型内燃机的开发实例 一般圆柱凸轮机构是将凸轮的回转运动变为从动杆的往复运动，而此处利用反动作，即当活塞往复运动时，通过连杆端部的滑块在凸轮槽中滑动而推动凸轮转动，经输出轴输出转矩。活塞往复两次，凸轮旋转360°。系统中没有飞轮，控制回转运动平稳。 这种无曲轴式活塞发动机若将圆柱凸轮安装在发动机的中心部位，可在其周围设置多个气缸，制成多缸发动机。通过改变圆柱凸轮的凸轮轮廓形状可以改变输出轴的转速，达到减速增矩的目的。这种凸轮式无曲轴发动机已用于船舶、重型机械、建筑机械等行业。 旋转式发动机与传统的往复式发动机相比，在输出功率相同时，
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机械创新设计心得(精选多篇)
机械创新设计心得(精选多篇) 第一篇：机械创新设计心得 有幸参加本次博亚杯机械创新设计大赛。不管是在准备过程中还是在比赛过程中，都学到了许多在平时的学习中所学不到和感受不到的东西。 参加比赛是对一个人各方面能力的全面锻炼。这是一个自我提升的过程。在这个过程中所得到的经验对以后的学习工作生活都很重要。总结自己团队的成败得失吸取成功团队的宝贵经验，个人觉得一个团队要取得成功以下几点非常重要： 首先需要一个优秀的领导者，在拥有必要的基本知识技能外还需要能够统筹全局，充分调动整个团队的积极性，发挥每个团队成员的长处，挖掘每个成员的潜能。这需要他能够准确把握宏观的方向也要注意很小的细节问题。 二，一个团结奋进的团队，不仅是个人能力有限，在思维的灵活、见识的广度、上个人都是无法和团队相比拟的。一个团结的团队会有不竭的动力，团员间互相鼓励保证了团队的旺盛的斗志。团员间相互交流相互理解使整个比赛过程更加协调。
三、明确的目标和坚定的信念以及不灭的斗志。坚持到最后就是胜利，说的容易但做起来却不是那么回事，很多时候在最需要坚持时，我们往往忘记了这句话。生活最怕没有目标，做一件事，参加一个比赛亦如此。没有一个明确而有强烈的目标很难取得比赛的成功。 四、各方面的支持。来自自己的内心，来自学校，来自老师。 比赛表面上是一件件参赛作品的比较，实质是思维和思想的比拼。在比赛中能够使自己在思想认识上得到提高在思维习惯上得到改善则是最大的收获。创新，一个不曾间断过的话题，但怎么做到创新，怎么才能有一个创新型的思维却很少有人做到。 另外，在比赛过程中和其他学校学生的交流，让我认识到了自己看到了现状。从对比中看到了自己的情况，对自己在今后的学习生活上也有很大的帮助，给自己今后在一些事情上的选择上提供了借鉴。 机械创新设计心得（2）： 大三花了将近半年的时间去搞第三届大学生机械创新设计大赛的作品，本来比赛早就完成了，开学还将所有的比赛花费的发票递交了上去，最后学校还要我们写一篇比赛心得，
机械创新设计心得(精选多篇)
机械创新设计心得(精选多篇) 有幸参加本次“博亚杯”机械创新设计大赛。不管是在准备过程中还是在比赛过程中，都学到了许多在平时的学习中所学不到和感受不到的东西。 参加比赛是对一个人各方面能力的全面锻炼。这是一个自我提升的过程。在这个过程中所得到的经验对以后的学习工作生活都很重要。总结自己团队的成败得失吸取成功团队的宝贵经验，个人觉得一个团队要取得成功以下几点非常重要： 首先需要一个优秀的领导者，在拥有必要的基本知识技能外还需要能够统筹全局，充分调动整个团队的积极性，发挥每个团队成员的长处，挖掘每个成员的潜能。这需要他能够准确把握宏观的方向也要注意很小的细节问题。 二，一个团结奋进的团队，不仅是个人能力有限，在思维的灵活、见识的广度、上个人都是无法和团队相比拟的。一个团结的团队会有不竭的动力，团员间互相鼓励保证了团队的旺盛的斗志。团员间相互交流相互理解使整个比赛过程更加协调。 三、明确的目标和坚定的信念以及不灭的斗志。坚持到最后就是胜利，说的容易但做起来却不是那么回事，很多时候在最需要坚持时，我们往往忘记了这句话。生活最怕没有目标，做一件事，参加一个比赛亦如此。没有一个明确而有
强烈的目标很难取得比赛的成功。 四、各方面的支持。来自自己的内心，来自学校，来自老师。 比赛表面上是一件件参赛作品的比较，实质是思维和思想的比拼。在比赛中能够使自己在思想认识上得到提高在思维习惯上得到改善则是最大的收获。创新，一个不曾间断过的话题，但怎么做到创新，怎么才能有一个创新型的思维却很少有人做到。 另外，在比赛过程中和其他学校学生的交流，让我认识到了自己看到了现状。从对比中看到了自己的情况，对自己在今后的学习生活上也有很大的帮助，给自己今后在一些事情上的选择上提供了借鉴。 机械创新设计心得： 大三花了将近半年的时间去搞第三届大学生机械创新设计大赛的作品，本来比赛早就完成了，开学还将所有的比赛花费的发票递交了上去，最后学校还要我们写一篇比赛心得，今晚花了两个钟的时间写下了下来这篇比赛心得，真的有点长，转发到自己的博客上，见证下自己曾经的步伐。 转眼间，大三过去了，在大三的第一个学期的最后几天，我们的参赛作品——绿色环保自动吸尘黑板擦通过了答辩，最后得到了学校老师，领导的肯定，成为其中的一个立项项目，得到了学校的大力支持。
机械创新设计心得
机械创新设计心得 有幸参加本次“博亚杯”机械创新设计大赛。不管是在准备过程中还是在比赛过程中，都学到了许多在平时的学习中所学不到和感受不到的东西。 参加比赛是对一个人各方面能力的全面锻炼。这是一个自我提升的过程。在这个过程中所得到的经验对以后的学习工作生活都很重要。总结自己团队的成败得失吸取成功团队的宝贵经验，个人觉得一个团队要取得成功以下几点非常重要： 首先需要一个优秀的领导者，在拥有必要的基本知识技能外还需要能够统筹全局，充分调动整个团队的积极性，发挥每个团队成员的长处，挖掘每个成员的潜能。这需要他能够准确把握宏观的方向也要注意很小的细节问题。 二，一个团结奋进的团队，不仅是个人能力有限，在思维的灵活、见识的广度、上个人都是无法和团队相比拟的。一个团结的团队会有不竭的动力，团员间互相鼓励保证了团队的旺盛的斗志。团员间相互交流相互理解使整个比赛过程更加协调。 三、明确的目标和坚定的信念以及不灭的斗志。坚持到最后就是胜利，说的容易但做起来却不是那么回事，很多时
候在最需要坚持时，我们往往忘记了这句话。生活最怕没有目标，做一件事，参加一个比赛亦如此。没有一个明确而有强烈的目标很难取得比赛的成功。 四、各方面的支持。来自自己的内心，来自学校，来自老师。 比赛表面上是一件件参赛作品的比较，实质是思维和思想的比拼。在比赛中能够使自己在思想认识上得到提高在思维习惯上得到改善则是最大的收获。创新，一个不曾间断过的话题，但怎么做到创新，怎么才能有一个创新型的思维却很少有人做到。 另外，在比赛过程中和其他学校学生的交流，让我认识到了自己看到了现状。从对比中看到了自己的情况，对自己在今后的学习生活上也有很大的帮助，给自己今后在一些事情上的选择上提供了借鉴。 机械创新设计心得（2）： 大三花了将近半年的时间去搞第三届大学生机械创新设计大赛的作品，本来比赛早就完成了，开学还将所有的比赛花费的发票递交了上去，最后学校还要我们写一篇比赛心得，今晚花了两个钟的时间写下了下来这篇比赛心得，真的有点长，转发到自己的博客上，见证下自己曾经的步伐。
机械创新设计复习题
1.什么是机构的演化或变异什么是反求工程 机构的演化或变异是指以某机构为原始机构，在其基础上对组成机构的各个元素进行各种性质的改变或变换，而形成一种功能不同的机构。把别的国家的科技成果加以引进，消化吸收，改进提高，再进行创新设计，进而发展自己的新技术，称这一过程为反求工程。 2.什么是机械机械的特点有哪些方面 机械是用来传递运动或动力的能完成有用机械功的装置，用来变换或传递能量、物料与信息。其特点如下： 1）机械首先必须是执行机械运动的装置。 2）机械必须进行物料或信息的变换与传递，并完成有用的机械功。3）机械中必须要完成能量的转换。 3.为设计一个性能质量好，经济效益高的机械产品，在拟定机械的功能目标时必须注意哪五个方面的问题 答：1.拟定功能目标要进行可行性分析 2.拟定功能目标要分清主次，要利于功能的实现 3.拟定功能目标要利于扩大设计思路 4.拟定功能目标要具有一定的超前意识 5.拟定功能目标要注意产品的生命周期循环问 题 4.列举七种以上能够实现从连续转动到连续转动运动变换机构。 答：1．齿轮传动机构 2．摩擦轮传动机构3．瞬心线机构4．连杆机构5．带传动机构6．链传动机构7．绳索传动机构8．液力传动9．钢丝软轴传动机构10．万向联轴器 5.什么是定向思维、逆向思维、形象思维和抽象思维 定向思维：基本上属于逻辑性思维一类。其思维过程总是通过寻找合乎逻辑的、成熟的或常规的方法或途径，循序渐进地推断和认识事物。 逆向思维：是一种反逻辑和反常规的思维方式，其思维常摆脱正常的思考途径，以背逆正常思索途径来寻找解决问题的方法。 形象思维：这种思维形式表现为对事物表面特征的记印，对感知过的形象进行加工、改造，通过联想、想象，从而创造出新形象的过程、想象是形象思维的一种基本方法。 抽象思维：它是凭借概念、判断、推理来概括事物的本质，揭示各事物之间的联系与差距，从而推断出事物具有的新概念的思维模式 6. 设计增力机构将铰链四杆机构ABCD与摇杆滑块机构EFG串联组合成一个机构，实现滑块G的输出力Q增大。并简单计算输出力Q的大小（用公式表达即可）。 解：前置子机构为铰链四杆机构ABCD，后置子机构为摇杆滑块机构DCE。
机械创新设计(设计实例论文)
机械创新设计 说明书 设计题目：洗瓶机推瓶机构设计组号： 院系 专业： 指导教师：
目录
1，设计目的及意义 由于工业生产和社会生活的需要，大量的玻璃瓶、塑料瓶需要进行回收清洗后再利用，节省了大量制瓶洗所需要的费用同时也提高了工业生产的生产效率。然而就在此时也出现了回收后再清洗的问题。产品盛载是车间的最后一道关键工序，因此玻璃瓶的供应速度也就决定了总的生产效率的高低。从而产生了对洗瓶机设备的研究与改进工作。 随着啤酒市场不断地发展变化，酒瓶种类、标纸和粘接剂品种不断增加，特别是现在的头标铝箔纸的出现，给洗瓶设备和工艺提出了新的更高的要求在长期使用多种洗瓶机的过程中。为了适应现在啤酒回收瓶的洗涤要求，我们同该洗瓶机的制造厂家进行了广泛地讨论和研究，对洗瓶机适时地进行了一系列的技术改进。 洗瓶机器设备的出现并且运用到实际生产中，改变了人工刷洗的传统工艺，实现了自动化生产方式，达到了减少劳动力、节约费用、提高工作效率、增加企业经济效益之目的。并且得到了广大用户的支持和好评，而且使得化、制药、食品等行业的生产率产生了质的飞跃。 洗瓶机推瓶机构的原理方案分析： （1）功能分解：
（2） 功能描 述 原理解法 瓶子移 动 外部推力；传送带传送等清洗刷子清洗;高压水清洗等 （3）求功能元解 洗瓶机推瓶机构形态学矩阵 功能元 功能元解 12345 动力电动汽油柴油液气
源机机机动机动马达 移物传动 齿轮 传动 蜗杆 传动 带传 动 链 传动 清洗毛巾 清洗 高压 水清洗 刷子 清洗 2.设计题目 2.1推瓶机推瓶机构的改进设计 洗瓶机主要是由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。待洗的瓶子放在两个同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转。当推头M把瓶子推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净。当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。如图1所示。 图1 洗瓶机工作示意图 2，原理方案设计
机械创新设计大赛获奖作品
全国大学生 第一届机械创新设计大赛获奖作品展示 全国一等奖 北京化工齿动多功能平行口钳 北京化工齿动多功能平行口 钳 北京化工齿动多功能平行 口钳 大连理工机械式自动节 水龙头 第二炮兵工程学院军地两用全自动担架车 第二炮兵工程学院军地两用 全自动担架车 东南大学自适应可翻转探 测车 东南大学自适应可翻转 测车东南大学自适应可翻转探测车 东南大学自适应可翻转探测 车 福大节流阀型高楼逃生器福大节流阀型高楼逃生福大节流阀型高楼逃生器国防科大行星轮式登月车国防科大行星轮式登月车国防科大行星轮式登月国防科大行星轮式登月车哈工并联与分布控制机器人 哈工并联与分布控制机器 人 哈工并联与分布控制机 人哈工并联与分布控制机器人哈工并联与分布控制机器人哈工并联与分布控制机器哈工并联与分布控制机
人人哈工并联与分布控制机器人哈工程仿生机器蟹哈工程仿生机器蟹哈工程仿生机器蟹哈工程仿生机器蟹哈工大微定位仿生机器人哈工大微定位仿生机器人 海军工程大学摆式特种 动机天津大学爬杆喷漆机器人天津大学爬杆喷漆机器人 中国农大菌液自动抽取喷 涂机 中国农大菌液自动抽取 涂机 重庆大学半球体螺旋 沟槽数控研磨机 重庆大学半球体螺旋沟槽数 控研磨机 重庆大学半球体螺旋沟槽 数控研磨机 全国二等奖 北工大助力器北工大助力器北工大助力器长春理工轮足式机器人 长春理工轮足式机器人长春理工轮足式机器人长春理工轮足式机器人大连理工蚯蚓爬行器
大连理工蚯蚓爬行器 东北大学圆柱凸轮数控铣削 加工装置 哈工程螺旋传动管道机器人海军工程大学舰船探测者 海军工程大学舰船探测 者 华东理工易拉罐有偿回收装 置 /华南理工健身洗衣机华南农大气动式龙眼去核机 华南农大气动式龙眼去 核机 南昌大学脉动式无极变速器 上海交大可折叠崎岖表面自 适应障碍小车 上海交大可折叠崎岖表面自适应障碍小 西安电子科大新型球形 机器人 西安思源学院纱线卷绕防叠 机 西北工业大学方形区域喷灌 龙头 西南交大液压式无极变速器 西南科大环卫保洁清扫 自行车 西南科大环卫保洁清扫自行 车 浙大虫虫小强浙大虫虫小强 全国三等奖 安徽工大新型立轴风力机北航仿生虫 北航基于仿生的高适应性 六足机器人 北航爬杆爬管道年用机器人
机械创新设计实验报告
《机械创新设计》实验报告班级机械1006班 姓名 学号 指导教师张融 2013年 5 月 10 日
实验题目：多功能助力器 姓名孙翔成绩 实验日期批阅教师 同组成员批阅日期 *************************************************************** *************** 一、实验目的 1、发挥学生创造性培养学生的学习兴趣和综合素质； 2、将涉及内容和设计方法邮寄的融合到一起，使学生进一步掌握教 材核心内容，培养学生创造能力和工程设计能力； 3、突破原有课程体系和内容的束缚，加强学科之间的交叉融合； 4、培养学生善于观察生活以及结合创新科学技术服务于生活的理念。 二、所选课题的功能原理与工作原理分析； 功能原理： 多功能老人（残疾人）方便助力器，属于老人（残疾人）生活用 具。它是将老人方便助力器、行动座椅、建议坐便器结合起来的一款 多功能老年人（残疾人）用品，旨在协助老年人（残疾人）行动及上 厕所，不仅如此，本项目还从材质上进行改革，例如座板采用碳纤维， 功能上透气舒适，并且满足产品设计轻量化原则；整个产品易如拆装， 方便在不用时将其拆卸，且便于更换损坏零件。 工作原理：
通过支撑架的无力支撑作用解决老年人（残疾人）行动不便的问题，将碳纤维材质做成坐板并使之安装在支撑架上，使得老年人行进途中疲劳时可以坐下休息并且满座轻量化原则解决助力器笨重而不便携带的问题；通过对坐板的改造，可以节省材料减轻产品重量，并且可以增加多功能助力器的另一功能——坐便器，通过提升坐便高度，帮助老年人解决起蹲不变的问题。 三、本课题设计的创新点； 1、本课题将助力器、行动座椅、坐便器等功能综合一起； 2、产品结构简单易于拆装； 3、产品材料新颖，牢固舒适； 4、产品设计采用轻量化原则； 四、本课题设计的应用和发展前景； 20世纪下半叶，人类社会经历了人类历史上最为迅速的人口老龄化进程，尤其是发达国家。人口老龄化是世界人口发展的普遍趋势，是科学与经济不断发展进步的标志。而在我国，早在2005年全国1%人口抽样最新数据显示，我国65岁以上人口达到10055万人，占总人口数的7.7%。2006年统计数据表明，中国60岁以上的人口是14901万人，占人口总数的11.3%，65岁以上的人口是10419万人。占全国人口的比例为7.9%。可见在我国，老年群体已越来越庞大，关注解决老年人的生活状况已成为一项重要的民生问题，而本项目就是为了从开发辅助器械方面解决一部分老年人的起居生活问题，协助解决当下老年人相关的民生问题。下面通过宏观环境因素分析法（PEST)对
机械创新设计学习心得体会
《机械创新设计》学习心得体会 ——创新之源 一、机械与创新 对于一个工科生，还是学机械的我而言，机械其实不是简单意义上的机器与机构的总称，走在大街小巷，进入公司、教室，回到家里，随处可见大大小小的物件都跟机械有关，我不想以一个机械专业的学生来讲解机械，更通俗易懂的方法还是运用实例，运用大家司空见惯的东西来解说。前不久学校刚刚刮过“机械创新设计大赛”的强风，大家热情都很高，在创新这块儿，无论身处何种地位的人，都多多少少有些想法，但是好多人一看到“机械”这样一个名词，又开始畏缩了，小到一把剪刀，大到一架飞机，都是我们所说的机械产品，我们大可以认为，只要能够相互传递运动的部件都是机械的范畴，就如同语言没有国界一样，创新实际上也没有界限，只要有思想，它就有实现的可能。 为此，国内全国各高校的机械及自动化类专业相继开设了《机械创新设计》课程，有些高校还将其作为专业课的核心课程。作为一门核心专业课程，各高校都在对其教学内容、手段、方法、实验方法进行探讨。文献【1】研究了机械设计创新实验教学的管理模式和教学方法，文献【2】就开设机构创新设计实验的必要性及创新设计实验室的创建进行了讨论，清华大学、华中理工大学、中南大学是将机械创新研究作为主要研究方向，都很重视机械创新设计的发展]3[。但是，目前用的《机械创新设计》教材主要是围绕着新机构、新机器创造普遍规律及适用方法的应用基础理论来编写的，同时还注重应用基础理论与工程实际相联系。课程中的实例基本上停留在怎样进行机械机构运动原理分析，即就其实验的性质来说,这些实例严格说来是验证性实例，离真正意义上的创新设计性实例相差甚远。 国外很多国家在创新这块儿较国内有过之而无不及，许多著名的高等学校都非常重视学生创新设计能力的培养。设置有关创新方面的课程。建立创新实验室。德国大学工科专业的教学计划中创新实践活动的比例很高，学生除了要完成依附于课程学习的实践任务外，还要完成不依附于课程的6项难度与我国毕业设计相当甚至超过硕士论文的创新设计或创新实践教学任务。此外，学生还必须在工业
机械创新设计思考与练习综述
思考与练习 1、有哪些常见的创新思维方法，举一个历史上用创新思维发明创造或解决问题的实例。 答：1. 2. 3. 4. 5. 6.组合创新法7.8.功能设计法 2、想一想，可以用什么原理快速除雪，你在想出这些方法时采用了什么思维方法。 答：（1. 速度一般在60Km/h—90Km/h。 （2. （3. 除厚雪设备：通常指在装载机上加装推雪铲和轮式推土机，主要用于清除较厚的积雪。常见的除厚雪设备还有抛雪器，雪犁等。 （4. 吹雪设备：利用高压气流将积雪吹向一侧的设备。（薄雪） （5.扫雪设备：利用滚刷或刮板刷将积雪清除的设备。 （6撒盐设备：能够控制撒布宽度和撒布量的专用机械，通常安装在卡车上，主要用于撒布防滑材料和融雪剂。 3、在手锯的基础上发挥你的想象力、运用变异创新设计方法，设计电动机械锯，给出不少于4种方案，并说明相互之间的变异过程。 4、你见过几种桥梁，说明他们之间的区别和联系（形状、结构和受力），并构思一种新的桥梁。 答：梁式桥 梁式桥在竖直荷载作用下，梁的截面只承受弯短，支座只承受竖直方向的力。多孔架桥的梁在桥墩上不连续的称为简支梁。在桥墩上连续的称为连续梁，在桥墩上连续，在桥孔内中断，线路在桥孔内过渡到另一根梁上的称为悬臂梁。支承在悬臂上的简支架称为挂梁，伸出有悬臂的梁称为锚梁。架式桥的梁身可以做成实腹的，也可以做成空腹的，称为桁梁。 5、试使用发散思维和变异创新原理，对四杆机构进行创新设计，看你能得出多少种在运动形式、结构形式、功能特点等方面存在差异的机构 答： 1.运动副的扩大 2.转动副的扩大 6、分析下面的轮系，结合机械原理的知识和组合创新原理的学习，说明他们分别属于哪种组合方式，并说
(机械制造行业)机械创新设计与制作
机械创新设计与制作综合实验指导书1 机电一体化系统实验 编著者：陈照强宋雪丽王毅 机械工程学院 2007年2月16日
一、机电一体化概念 机电一体化技术又称机械电子技术，是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。机电一体化在国外被称为Mechatronics，是日本人在20 世纪70 年代初提出来的，它是用英文Mechanics 的前半部分和Electronics 的后半部分结合在一起构成的一个新词，意思是机械技术和电子技术的有机结合，现已得到包括我国在内的世界各国的承认。我国的工程技术人员习惯上把它译为机电一体化技术。 机械技术是一门古老的学科，它发展到今天经历了一个漫长的历史时期。机械是现代工业的物质基础，国民经济的各个部门都离不开机械。机械种类繁多，功能各异，不论哪一种机械，从诞生以来都经历了使用—改进—再使用—再改进，不断革新和逐步完善的过程。对于某一种形式的机械，一般来说都有一定的局限性，或者说都有一定的适用范围、存在某些固有的缺点，这就迫使人们寻找新的工作原理，发明新型的机械．从而使得具有同一用途的机械具有不同的种类。机械本身的发展也是无止境的，但是这种发展却是缓慢的。各种机械发展到今天．单从机械角度对它们进行改进是越来越不容易了。随着科学技术的发展，一个比较年轻的学科——电子技术正在蓬勃发展，从分立电子元件到集成电路（IC），从集成电路到大规模集成电路和超大规模集成电路，特别是微型计算机的出现，使电子技术与信息技术相结合并向其他学科渗透，把人类带人了一个神化般的世界。信息技术（3C 技术）的主体包括计算机技术、控制技术和通信技术。电子技术与计算机技术同机械技术相互交叉，相互渗透，使古老的机械技术焕发了青春。在原有机械基础上引入电子计算机高性能的控制机能，并实现整体最优化，就使原来的机械产品产生了质的飞跃，变成功能更强、性能更好的新一代的机械产品或系统，这正是机电一体化的意义所在。 机电一体化技术是现代科学技术发展的必然结果。由于大规模集成电路和超大规模集成电路的出现，特别是微型电子计算机的空前发展，促进了机械技术和电子技术相互交叉和相互渗透，并使机械技术和电子技术在系统论、信息论和控制论的基础上有机地结合起来．形成今天的机电一体化技术。可以说电子技术在机电—体化的形成和发展过程中起到了关键性的作用。 二、机电一体化系统的构成 对于一个机电一体化产品或设备，应将它作为一个系统来研究。所谓机电一体化，就是要以系统的整体的思想来考虑复杂机电系统许多综合性的技术问题。例如，—台多关节机器人，就存在着各运动部件之间的力耦合；各运动轴伺服系统的干扰和相互影响；系统动力学与控制规律和运动精度之间的关系；机器人与外围设备的连接；机器人各部分之间的协调运动和机器人防护安全连锁的问题、这些问题即构成了机器人的系统技术问题，必须通过系统工程和系统设计的理论来解决。这里所说的系统是指通过一些元件的有机结合来实现某一特定的功能，而系统工程则是为使系统达到最佳状态而对系统的组成部件、组织结构、信息传递、控制机构等进行分析、设计优化的技术。 系统设计的特点首先是具有综合性，它把系统内部和外部综合起来考虑。要设计一个复杂的系统，首先就要把系统分解成许多分系统，建立各个分系统的数学模型，最后再进行最优设计。系统设计的另一个重要特征是系统的均衡设汁，均衡设计就是要恰当地选择元件，以构成性能优异的系统。如果设计者只注重元件设计而忽视优化组合过程，则即使是经过精心筛选的元件也可能组成性能低劣的系统。机电一体化产品或系统就是通过信息技术将机械技术与电子技术融为一体构成的最佳系统，而不是机械技术和电子技术的简单叠加。机电一体化系统通常由五大要素构成、即动力源、传感器、机械结构、执行元件和电子计算机。机电一体化系统的功能在很大程度上决定于控制系统。控制系统不仅与计算机及其输入输出通道有关，更与所采用的控制技术密切相关。控制技术必须从系统工程的角度出发，探讨那些能够使各功能要素构成最佳组合的柔性技术和一体化技术，有机地和灵活地运用现有的机械技术、电子技术和信息技术，采用系统工程的方法，使整个系统达到最优化，即设计最优化、加工最优化、管理最优化和运行方式最优化。