上海交通大学机械与动力工程学院硕士转博士考试大纲

机械工程与动力工程转博资格考试复习大纲一、测试及工程信号处理1信号与系统11信号的分类确定性信号周期信号、非周期信号；随机信号平稳信号、非平稳信号；连续时间信号、离散离散信号12系统的分类线性系统、非线性系统；时变系统；时不变系统；连续时间系统、离散时间系统2傅里叶变换21连续时间信号的傅里叶变换连续周期信号的傅里叶级数；连续非周期信号的傅里叶变换；傅里叶级数和傅里叶变换22离散时间信号的傅里叶变换（DTFT）DTFT的定义、性质以及存在条件；信号截断对DTFT的影响23连续信号的采样香浓采样定理；信号的重构24离散时间周期信号的傅里叶级数25离散时间信号的傅里叶变换（DFT）DFT的定义、性质26快速傅里叶变换27窗函数3线性时不变系统（LSI）31系统的时间域的表示方法32系统拉氏变换的定义和性质33系统的输入、输出关系，传递函数；零点与极点、稳定性、因果性34系统的频率响应函数35理想滤波器4随机信号处理41随机变量与随机过程概率密度函数；均值与方差；高斯分布；随机过程的概率密度函数；集合平均与联合分布；平稳随机过程、各态历经过程42随机过程的相关分析相关的意义；自相关、互相关43随机过程的谱分析功率谱密度；维纳辛钦公式；功率谱密度函数性质、估计44系统传递函数的估计相干函数；噪声干扰；信噪比5Z变换与离散时间系统分析51Z变换Z变换的定义、收敛域和性质52离散时间系统差分方程、卷积；利用Z变换求解差分方程和稳定性判定53LSI系统的转移函数转移函数的定义、稳定性判据和滤波的基本概念6数字滤波器61滤波器的基本概念滤波器的分类与要求62模拟低通滤波器的设计概述；巴特沃斯滤波器设计、切比雪夫I型滤波器设计；高通、带通和带阻滤波器设计62IIR数字滤波器设计双线性Z变换法64FIR数字滤波器设计窗函数法7信号处理中常用的正交变换71希尔伯特空间中的正交变换信号的正交分解、正交变换的性质和种类72KL变换参考书籍数字信号处理（理论、算法和实现）第二版胡广书清华大学出版社数字信号处理（MATLAB版）第二版维纳K英格尔西安交通大学出版社二、机械动力学1绪论机械动力学的研究内容、动力学分析方法的功能、水平分类。2机构的动态静力分析机构的动态静力分析、动力学逆问题求解方法、摆动力和摆动力矩。3平面机构的平衡平衡的种类和方法、摆动力平衡分析、机构的完全平衡、机构的优化综合平衡，平面机构摆动力平衡的线性独立矢量法和广义质量替代法。4单自由度机械系统动力学单自由度机械系统等效力学模型、运动学分析及求解方法、动力学的稳定性问题、周期性速度波动的调节。5多自由度机械系统动力学拉格朗日第二类方程和牛顿欧拉方法的建模过程、机器人动力学逆问题、机器人动力学正问题。6多刚体系统动力学多刚体系统的拓扑描述、多刚体运动学基础、多刚体动力学基础。7机构弹性动力学机构弹性动力学的产生和发展，KED方法及建模过程，单元运动微分方程，系统运动微分方程，机构的弹性动力分析。8轴和轴系的振动轴的横向振动临界转速计算、轴系的扭振固有频率计算、转子动力学概述参考书籍机械动力学（第一版），张策，高等教育出版社机械动力学（第二版），张策，高等教育出版社高等动力学，刘延柱，高等教育出版社三、固体力学考试科目名称；应用固体力学考试时间120分钟，满分100分一、考试要求掌握材料弹塑性力学的基本理论；掌握材料弹塑性本构关系的数学描述方法；掌握弹性边值问题的求解过程；掌握有限元的基本理论和求解过程；掌握线弹性断裂力学的基本理论并能进行应用；掌握材料疲劳SN数学描述方法；能够运用于含切口结构和含裂纹结构的疲劳寿命分析；能够综合材料的弹塑性特性及疲劳断裂特性进行结构设计。二、考试范围1、材料的弹塑性力学基本理论；1）三维应力和应变场的数学描述；2）主应力、主剪应力、八面体应力的数学描述；3）主应变、主剪应变、等效应变的定义及求解；4）三维应力状态下韧性与脆性材料屈服与失效判据。2、材料的弹塑性本构模型的数学描述；1）三维弹性应力应变关系的描述；2）三维弹塑性本构关系的推导；3）梁结构的塑性问题求解；4）梁结构的残余应力问题分析；5）含切口结构的弹塑性问题求解。3、弹性边值问题的求解1）掌握弹性边值问题的求解思路；2）运用弹性边值方法解析分析简单结构内部的应力应变场。4、线弹性断裂力学1）掌握线弹性断裂力学基本概念和适用条件；2）掌握应力强度因子的基本概念与应用；3）理解断裂韧性定义及在工程中应用；4）掌握裂纹塑性区定义、调整的方法及工程应用。6、材料的疲劳特性1）了解材料的SN曲线的数学描述方法；2）掌握平均应力对结构的疲劳寿命影响规律并应用与工程结构；3）掌握结构在三维应力循环载荷下疲劳寿命的预测方法。7、含切口结构疲劳寿命分析1）熟悉切口对结构的疲劳寿命的影响；2）掌握结构特征、载荷及加工对其高、低周疲劳寿命的影响；3）掌握结构切口和平均应力共同作用下的结构的疲劳寿命；8、含裂纹结构的疲劳寿命分析1）熟悉含裂纹结构的疲劳寿命分析的基本概念；2）掌握不同应力状态下的裂纹扩展速率的数学描述及应用；3）掌握不同应力状态下含裂纹结构的疲劳寿命预测。三、参考书目1NORMANEDOWLING，MECHANICALBEHAVIOROFMATERIALS,ENGINEERINGMETHODSFORDEFORMATION,FRACTUREANDFATIGUE,3RDEDITION2ADVANCEDMECHANICSOFSOLIDS,BROWNUNIVERSITY3材料学科中固体力学，陈昌麒，北京航空航天大学出版社，19944弹性理论基础陆明万、罗学富，清华大学出版社，19905应用弹塑性力学徐秉业、刘信声，清华大学出版社，1995四、自动控制理论一、考试性质自动控制理论是上海交通大学机械与动力工程学院为硕博连读考生设置的专业课程考试科目，属自行命题性质。要求应试者能达到及格或及格以上水平，以保证被录取者具有较坚实的自动控制理论基础和较好的分析处理实际自动控制问题的能力，有利于学院对博士生的择优选拔。二、考试范围应考范围包括自动控制的基本概念；控制系统的数学描述；控制系统的时域分析、频域分析分析、稳定性分析；控制系统的校正；非线性与离散控制系统；能控性与能观测性；稳定性；状态反馈，观测器等基本内容。三、考查要点与评价目标自动控制理论考试以现代控制理论的内容为主，其目标在于考查考生对自动控制的基本概念和理论知识的理解、对系统不同分析方法的掌握，对自动控制系统开展研究的基本能力。考生应能1、掌握自动控制的基本概念和术语，能理解和说明其含义；2、熟悉自动控制系统数学模型的建立和不同形式数学模型的相互关系，能按要求用数学模型准确描述控制系统；3、掌握控制系统的各种分析方法和应用，能选择合适的分析方法解决所提出的问题；4、了解控制系统的性能指标及意义，能合理运用性能指标分析评价系统；熟悉状态向量与状态方程；模拟结构图的绘制；状态方程的建立；状态空间表达式的线性变换；传递函数和状态空间表达式的相互转化。5、熟悉状态转移矩阵的概念、含义以及对应的各种求解方法；线性定常系统非齐次方程的求解。6、了解能控性与能观测性的概念，掌握控制系统能控性与能观测性判别方法，以及能控标准形与能观测标准形和分解方法。7、了解并掌握李亚普诺夫意义下的稳定性含义，李亚普诺夫第二方法（直接法）及其物理意义；掌握线性定常系统稳定性分析的李亚普诺夫第二方法。8、了解线性定常系统的综合方法，掌握状态反馈及输出反馈的概念；掌握状态反馈对原系统的影响及具体设计方法。四、考试形式与试卷结构1、答卷方式闭卷，笔试；2、答题时间180分钟；3、试卷分数满分为100分；4、试卷结构及考查比例基本概念题约30，综合题约70。五、参考教材1刘豹，唐万生主编现代控制理论，机械工业出版社，2006年出版。2方水良主编现代控制理论及其MATLAB实践，浙江大学出版社，2006年出版。3俞立主编现代控制理论，清华大学出版社，2007年出版。4杨叔子、杨克冲等机械工程控制基础（第五版），华中科技大学出版社，20055胡寿松自动控制原理（第三版），国防工业大学出版社，1994五、高等机构学一、课程性质和教学目标课程介绍高等机构学为机械类研究生开设，主要讲授包括串联机器人（工业机器人）、并联机器人等机器人机构学的基本概念、理论和方法，是进行高端机器人及相关智能化制造装备的创新设计、性能分析、系统集成等的基础。教学目标高等机构学讲授如何由机器人或高智能制造装备的性能要求出发，使用相关的数学工具和设计方法进行机构设计和分析的基本原理。本课程旨在教会给学生以下内容1空间机构的分类及组成原理2空间机构分析的数学工具及应用方法3机构的型综合原理4平面及空间机构运动分析的基本原理5平面及空间机构的运动分析方法6机构的性能评价指标7机构的尺度综合方法二、课程教学内容课次教学内容1第1章绪论高等机构学课程的地位和作用；空间机构的应用和研究现状；运动副及分类，机构的组成及分类2第2章机构自由度自由度的概念，自由度计算公式的发展，自由度计算公式及应用举例3第3章空间机构分析的数学基础机构分析的复数向量法，矩阵代数，坐标变换方法的基本原理及在机构学中的应用。4第3章空间机构分析的数学基础螺旋理论，李群李代数等数学工具的基本原理及在机构学中的应用。5第4章空间机构构型的GF集理论GF集的基本原理及运算方法6第4章空间机构构型的GF集理论基于GF集的空间机构构型理论及应用。7第5章机构运动分析方法机构位置、速度、加速度求解的基本数学原理。8第6章平面机构的运动分析平面串联机器人机构位置分析；平面串联机器人机构工作空间分析。9第6章平面机构的运动分析平面并联机器人机构位置分析；平面并联机器人机构工作空间分析。10第7章空间机构的运动分析空间串联机器人的正解；空间串联机构位置反解的求解方法；空间串联机器人机构工作空间分析。11第7章空间机构的运动分析空间并联机构位置反解；空间并联机构位置正解的求解方法；空间并联机器人机构工作空间分析。12第8章空间机构性能分析与性能指标雅克比矩阵与影响系数；矩阵的条件数、极值定义。13第8章空间机构性能分析与性能指标空间机构运动性能评价指标的提出；精度建模与分析；机构奇异性；传力特性分析（承载、力、刚度）。14第9章空间模型、性能图谱与机构尺度综合尺度参数无量纲化方法与空间模型；机构性能图谱；15第9章空间模型、性能图谱与机构尺度综合基于性能图谱的机构尺度设计方法；铰链四杆机构的解空间与尺寸型；并联机构的性能图谱与尺度设计。16第10章机构分析与综合案例研究多连杆压机；飞剪；伺服压机；运动模拟器；锻造操作机等。三、考试形式开卷四、参考书目高等空间机构学，黄真，赵永生，赵铁石著，高等教育出版社，20061六、传热学课程名称传热传质学适用专业机械工程及自动化、热能与动力工程、建筑环境与设备、核工程与科学及相关专业先修课程流体力学、工程热力学、高等数学、大学物理一、课程性质和目标课程性质传热传质学是机械类专业的一门重要专业基础课，是机械、能源动力和相关专业的必修主干课。目标传热传质学是研究由温差引起的热量传递规律的科学。本课程不仅为学生学习有关专业课程提供必要的基础理论知识，也为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础。本课程由基本概念、热传导、热对流、热辐射及应综合用五部分组成。通过本课程教学，不仅使学生在热量传递过程的特点和规律、实际传热过程的综合分析等方面树立正确的概念，同时培养学生科学抽象、逻辑思维能力，进一步强化实践是检验理论的唯一标准的认识观。具体来说（1）掌握热传导、热对流和热辐射三种传热方式的基本规律、基本概念和相关能量守恒方程，并能用于实际传热问题的分析。（2）初步掌握数值计算的基本分析过程、特点和实际应用能力以及商业数值分析软件。（3）初步掌握采用实验手段解决实际传热问题的技能，直观地认识传热过程的特点、测量传热参数的基本仪器。（4）能运用常用工质物性表、诺谟图、以及其他一些相关图表（如角系数图等）。（5）具有综合分析实际传热问题的能力、从实际问题抽象为理论，并运用理论分析解决实际问题能力。（6）强化理论来源于实践，实践是检验理论的唯一标准的认识观。二、课程考试内容1热传导及稳态和非稳态传热过程导热基本定律、导热问题的数学描写、典型稳态导热问题的分析解（包括一维导热、肋片、具有内热源的一维导热）、非稳态导热的基本概念、集中参数法、典型非稳态导热问题的分析解（包括一维、半无限大物体）。具体为1导热的理论基础。导热基本定律，各向异性材料与各向同性材料中的导热系数，正交坐标系中的导热微分方程，导热过程的单值性条件（尤其是奇次边界条件），导热问题的求解方法。2多维稳态导热。分离变量法的基本思路，直角坐标系及圆柱坐标系中的二维稳态导热。3非稳态导热。非稳态导热的基本概念，集总热容系统的非稳态导热的分析解，有限区域内的一维瞬态导热问题的分析解，无界区域内的一维非稳态导热的分析解，多维非稳态导热的分析解。4相变导热。直角坐标系中的一维相变导热，相变过程中的微分方程形式，固相热容可忽略时相变导热的准稳态近似法，半无限空间内过冷液体凝固过程的精确求解与半无限空间内凝固过程的精确求解，半无限空间内单区域一维相变导热的积分求解。2、热传导问题的数值解法导热问题求解方法介绍、数值解法的基本思想、热平衡法建立离散方程、线性方程组的求解方法及稳定性判定、非稳态导热问题的数值求解过程、显示格式和隐式格式的特点及其稳定性判定。3、无相变对流传热对流传热概说、对流换热问题的数学描写、边界层型对流传热问题的数学描写、流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论、相似原理与量纲分析、相似原理的应用、内部强制对流传热和自然对流传热的实验关联式、射流冲击传热的介绍。基于守恒定律的对流传热与传质的基本方程组，速度边界层与温度边界层的概念，尺度分析法，二维稳态强制对流边界层微分方程，轴对称圆柱坐标的边界层微分方程，边界层动量积分方程与能量积分方程，边界层排量厚度，动量厚度及焓厚度，传递过程中的无量纲量。管内充分发展区的层流流动特性，管内充分发展区的层流换热的基本方程，定热流密度条件下及定壁温条件下圆管内充分发展区的层流换热计算，非圆形管道内充分发展区的层流换热计算，一侧绝热，一侧定热流密度及两侧为数值不等的定热流密度的平行平板内充分发展区的层流换热计算，内外侧热流密度不等的同心圆环形管道内充分发展区的层流换热，平行平板间流动进口段的阻力特性，定壁温时圆管热进口段的对流换热，变壁温时圆管热进口段的对流换热，定热流密度圆管热进口段的对流换热，变热流密度时圆管热进口段的对流换热，外掠平壁的层流流动速度边界层及热边界层，外掠平壁的层流流动和换热的相似变换和相似解（壁面剪应力，表面传热系数及壁面热流密度的计算，普朗特数的大小对换热的影响）。4、相变对流传热（1）凝结模式、膜状凝结分析解及计算关联式、膜状凝结的影响因素及强化措施；（2）沸腾传热模式、大容器沸腾传热的实验关联式介绍、沸腾传热的影响因素及强化措施。（3）能够进行传热过程分析、给出强化或削弱传热的措施和依据。5、热辐射基本定律和辐射传热热辐射在实际生活中的例子，尤其在航天中的应用；热辐射现象的基本概念和特点；黑体、热辐射能量表示方式、普朗克定律、斯蒂芬波尔兹曼定律、韦恩位移定律、兰贝特定律、黑体辐射函数、立体角及其计算、黑度、实际物体、定向辐射强度、光谱辐射强度、漫射体、灰表面、光谱吸收比、选择性吸收、基尔霍夫定律、温室效应、太阳与环境辐射、角系数的定义和性质以及计算、固体表面间辐射传热的计算、热网络法、表面辐射热阻、空间辐射热阻、投入辐射、有效辐射、重辐射面、大空间内的小辐射面等。6、综合传热过程分析和换热器热计算综合传热过程及其分析、表面总传热系数的计算、临界绝缘直径、换热器的定义和类型介绍、对数平均温差、传热基本方程式和热平衡方程式、换热器的设计计算和校核计算、效能、传热单元数、污垢热阻、热量传递过程的控制（强化和削弱）。三、教材及参考书目教材杨世铭、陶文铨编著，传热学（第四版）高等教育出版社2006参考书目传热学戴锅生，第二版HEATTRANSFER2NDEDITION,BYANTHONYFMILLSFUNDAMENTALSOFHEATANDMASSTRANSFERFPINCROPERA,DPDEWITT对流换热VS阿巴兹凝结和沸腾施明恒等编著数值传热学陶文铨编著辐射换热余其铮编七、工程热力学一、课程描述高等工程热力学是一门以理论知识学习为主的课程。本课程的特点是内容较为抽象，需要具有工程热力学的基础知识。课程的主要目的是通过学习能够全面掌握热能、机械能以及化学能之间转换时的物质变化过程与特性分析方法，并通过火用、熵、自由能等参数的分析确定过程的方向性等。重点掌握实际气体的状态方程与热力学性质、多组分系统的热力学特性分析方法、化学热力学方面的基础知识以及特殊系统的热力学过程与特性等。二、课程性质高等工程热力学是热能工程、工程热物理、动力机械及工程、制冷与低温工程、核工程、船舶与海洋工程等专业硕士研究生的一门重要技术基础课，是研究生阶段能源动力类专业必修主干课。三、学习目的基于工程热力学的学习基础，拓展学生在可用能、实际气体、多组分系统以及物质转化方面的热力学知识，从更高的视角来诠释能量转换过程中的热力学问题，从而为学生更深入的专业课程学习以及涉及多学科交叉的科研工作究奠定基础。具体而言（1）深入理解火用的概念，掌握利用火用平衡方程进行系统分析的方法。（2）熟悉实际气体的状态方程与热力学性质。（3）熟悉多组分单相混合物系统与多组分系统的热力学特性与相平衡的基本概念。（4）了解化学热力学基础与特殊系统的热力学过程与特性。（5）谙熟热能、机械能及化学能