现代设计方法简答题汇总1

1、现代设计方法简答题 1、与文件系统相比，数据库系 统的主要特征有哪些？ 答： 1 ）实现了数据共享，减少 了数据的冗余。 2）数据存储的 结构化 3）增强了数据的独立性。 4）加强了对数据的保护。 2， CAD 技术在机械工业中的应 用主要有哪几方面？ 答：CAD技术在机械工业中的主 要应用有以下几方面： （ 1）二维绘图（ 2）图形及符号 库 3 ）参数化设计（ 4 ）三维造型 （ 5）工程分析（ 6）设计文档和 生产报表 ,特征造型是如何定义 的？ 特征是指能反映零件特点的，可 按一定原则分类的、具有相对独 立意义的典型结构形状。基于特 征的造型称为特征造型。基于特 征的造型是把特征作为产

2、品零 件定义的基本单元，将产品描述 为特征的集合，包括形状特征、 精度特征、材料特征和其他工艺 特征，从而为工艺设计和制造过 程的各个环节提供充分的信息。3 三维实体模型的实现方法中， 体素构造法（ CSG ）的基本思想 是什么？需要存储的几何模型 信息有哪些？答：（1）体素构造法（CSG ）的 基本思想是：各种各样形状的几 何形体都可以由若干个基本单 元形体，经过有限次形状拼合运 算构建得到。 2）需要存储的几 何模型信息是：所有的基本形体 的类参数和所采用的拼合运算 过程。4 简述三维实体模型的实现方法 中的CSG方法和B-rep方法各自 的基本思想。答；CSG方法的基本思想是： 各 种各

3、样形状的几何形体都可以 由若干个基本形体，经过有限次 形状集合运算（又称拼合运算） 构建得到。需要存储的几何模型 信息是：所有的基本形体的类 型、参数和所采用的拼合运算过 程 。B - rep方法的基本思想： 几何实体都是由若干边界外表 面包容的，可以通过定义和全面 存储这些边界外表面信息的方 法建立实体几何模型。5. 消隐算法中的基本测试方法 有哪些？各适合哪些方面的测 试？基本测试方法有：面的可见性测 试、最大最小测试、包含性测试 和深度测试。面的可见性测试适 合于单凸物体的自隐藏面和自 隐藏线的测试。最大最小测试用来检查两个多 边形是否重叠。包含性测试用来 检查一个给定的点是否位于给 定

4、的多边形内。深度测试是用来 测定一个物体遮挡其它物体的 基本方法。6. 在进行图形处理时，为什么要 引入规格化设备坐标系？1 ）用于用户的图形是定义在世 界坐标系里，而图形的输出是定 义在设备坐标系里。不同的图形 设备具有不同的设备坐标系且 其工作范围也不相同。（ 2 ）为了便于图形处理，有必 要定义一个标准设备，引入与设 备无关的规格化设备坐标系，采 用一种无量纲的单位代替设备 坐标，当输出图形时，再转化为 具体的设备坐标。（ 3）规格化设备坐标系的取值 范围是左下角（ 0， 0 ） ，右上角（1,1）,其工作范围为01。7. 简述参数化绘图方法中的几何 作图局部求解法的核心思想。几何作图局

5、部求解法的核心思 想是：在交互作图过程中随时标 注每个新增加几何元素的自由 度和所受的约束关系；判断几何 求解的局部条件是否充分,通过 遍历检测,依次解出条件成熟的 元素参数；当图形的尺寸标注完 整时,用批处理程序经过多遍扫 描,解出绘图需要的所有未知 数。8. 说明直线段编码剪裁算法的 思想和该算法的两个主要步骤。直线段编码剪裁算法的思想：每 一线段或者整个位于窗口内,或 者能够被窗口分割而使其中的 一部分能很快地被舍弃。两个主 要步骤：第一步先确定一条线段 是否整个位于窗口内,若不是, 则确定该线段是否整个位于窗 口,外, 若是, 则舍弃； 第二步, 若第一步的判断都不成立,那么 就通过窗

6、口边界所在的直线将 线段分成两部分，再对每一部分 进行第一步的测试。9 试简述消隐处理中的 Z 向深度 缓冲算法的基本原理该算法采用帧缓冲区存放像素 值,采用一个与屏幕对应的深度 信息缓冲存储器（简答Z缓冲区）, 记录像素所显示的空间点的 Z 坐 标 （即深度值 ） 。对景物中的每 个多边形找到当多边形投影到 屏幕时位于多边形内或边界上 的所有像素点对每一个像素 , 在（x,y）处计算多边形的深度乙并与Z缓冲区的对应值，同时将（x,y） 处的多边开的明暗写入帧缓冲 区中对应于该屏幕代表的单元 中。当所有边多形处理完毕后在 帧缓冲区中保留的就是已经消 隐过的最终结果10 说明消隐算法中的分段扫描

7、 线算法的原理答：分段扫描线算法的原理为： 扫描线算法通过计算每一行扫 描线与各物体在屏幕上投影之 间的关系来确定该行的有关显 示信息。每条扫描线被各多边形 边界在 xy 平面上的投影分割成 若干段，在每段中最多只有一个 多边形是可见的。只要在段内任 一点处， 找出在该处 Z 值最大的 一个多边形 ，这个段上的每个 像素点就用这个多边形的颜色 来填充。11 什么叫事物物性表？其作用 是什么？答：事物物性表是一种组合排列 对象的事物和关系特性的表格。 事物物性表的作用是： 可用于概括地描述、限制和选择 标准的、非标准的，物质的和非 物质的以及相互近似的事物对 象。将其用于 CAD 中，可规范 化

8、的支持 CAD 数据的归档、存 储和交换。9. 试 简 述 编 码 剪 裁 （ Cohen-Sutherland ）算法的基 本原理。答：将窗口的四个边界向两边延 伸，把平面分成 9 个区域；每个 区域用四位二进制码表示； 线段的端点落在哪个区域则该 端点的编码就与该区的编码相 同；如果线段两端点的编码都为 “ 0000 ”，则线段位于窗口内； 如果线段两端点编码的位逻辑 乘不为“ 0000”，则线段位于窗 口外；如果线段不能用上述方法 测试决定，则将线段分割，然后 用上述方法判断。10. 标准件特性文件中标准件图 形是如何构成的？答：标准件的图形构成可以分为 四个层次： A 类构件、 B 类

9、构件、 K 类整件、 G 类组件。 A 类构件 是最基本的通用几何元素。 B 类 构件是专用于某一图形文件的 通用元素。 K 类整件是由一个或 若干个 A 类构件或 B 类构件组 成，用以描述一个完整的零件。G 类组件是由几个整件和必要的 A.B 构件组成， 12在工程设计的 CAD 作业中， 一般对以线图形式给出的系数 或参数如何处理？ 答：在工程设计的 CAD 作业中， 对以线图形式给出的系数或参 数和处理方法有以下几种：1）如果能找到线图原来的公式，则 找到原公式将公式编入程序。 2） 将线图离散化为数表，再用表格 的处理方法加以处理。 3 ）用曲 线拟合的方法求出线图的经验 公式，再将

10、公式编入程序。13.什么是数据模型？常用的数 据模型有哪三种？ 数据模型是指数据库内部数据 的组织方式，它描述了数据之间 的各种联系，也是数据的高度结 构化的表现。（3 分） 常用的数据模型有三种：层次 型、网络型和关系型。（1）层次型：指记录间是树型 的组织结构，体现了记录间的 “一对多”的关系。 （1 分）（2）网络型：指事物之间为网 络的组织结构，它体现了事物间 的“多对多”的关系。（3）关系型：它是以集合论中 的“关系”的概念为理论基础， 把信息集合定义为一张二维表 的组织结构。 （ 1 分）14 边界表示法的基本思想 边界表示法的基本思想是：几何 实体都是由若干边界外表面包容而成的，

11、可以通过定义和全面 储存这些边界外表面信息的方 法建立实体几何模型。B-rep法 将实体外表面几何形状信息数 据分为两类：几何信息数据：各 外表面顶点坐标值和描述各外 表面数学方程式的系数值。拓扑信息数据：各外表面的组成 及其相互位置关系。15试写出从视区中一点 V（xv,yv） 到窗口中一点 W（x w,yw）的变换 公式及相应参数的意义。变 换 公 式 是 ：X v V X 1Xw -（Wxr -Wxl） Wxi,YV xr - Vx1，其中Xw,Yw窗口坐标；Xv,Yv 视窗坐标， Wxl ,Wxr窗口 X 坐标最左和最右位置； Wyb,Wyt 窗口 Y坐标最下（低）和最上 （高）位置；

12、Vxl,Vxr视窗X坐标 最左和最右位置；Vyb,Vyt视窗 Y坐标最下（低）和最上（高）位置。16在消隐处理中“面的可见性测 试”适用何种情况的测试？说明其具体测试方法。答：“面的可见性测试”适用于 单凸物体的自隐藏线和自隐藏 面的消隐测试。（2分）“面的可见性测试”也称为法线 方向测试。它利用面的法线矢量 和视线矢量之间夹角的大小判 别面的可见性。欲判别某个面的 可见性，则先做该面的法线，法 线矢量垂直于物体表面且指向 物体的外部为正方形；再从观察 者的视点处向该面引视线矢量， 视线矢量从视点指向物体方向为正方向；然后计算法线矢量和 视线矢量的夹角，夹角大于90度，面可见，夹角小于 90度

13、， 面不可见。17采用最小二乘法进行多项式 拟合时应注意哪些问题？（ p65）答：采用最小二乘法的多项式拟 合时，要注意以下问题：（1）多项式的幕次不能太高， 一般小于7,可先用较低 的幕次，如误差较大则再 提高。（2）一组数据或一条线图有=丫" 宀时不能用一个多项式表V yt - Vyb示其全部，此时应分段处 理，分段大都发生在拐点 或转折之处。此外，如欲 提高某区间的拟合精度， 则应在该区间上采集更 多的点。18说明实体几何模型有哪些主要应用。（p51）答：实体几何模型支持绘制真实感强和消去隐藏先的透视图和渲染图；自动计算生成剖视图； 自动进行物性计算；可将有关零 部件组装在一起

14、，动态显示其运 动状态，并检查空间能否发生干 涉；支持三维有限元网格自动剖 分等。佃什么是库恩-塔克条件？其 几何意义是什么？ （P99）库恩-塔克条件：一个约束的极 值点存在的必要条件为：目标函 数梯度'F（X）可表示成诸约束面梯度 gi（X）线性组合的负 值，即q' F（X） - 八 f gi（X）i=1其几何意义为：起作用约束的梯 度矢量，在设计空间构成一个锥 体，目标函数的负梯度应包含在 此锥体内20.迭代法的基本思想是什么？ 常用的终止准则有哪些？（1）迭代法的基本思想是“步 步逼近”，最后达到目标函数的 最优点。（1分） 首先选择一个尽可能接近极值 点的初始点，从初

15、始点出发，按 照一定的原则寻找可行方向和 初始步长，向前跨出一步，得到 新点，再把新点作为初始点重复 进行。每次迭代都必须使目标函 数值向最优值靠近。（2）常用的 终止规则有（a）用相邻两点的矢 量差的模作为终止迭代规则。X（® x（k）£ £o（b）用两次迭代的目标函数值之差作为终止迭代规则。（C）用梯度的模作为终止迭代规 则。灯 F（f < £。（1 分）21 Powell法在每一轮形成新的 搜索方向时会存在何种问题导 致不收敛？如何修正？Powell法在每一轮形成新的搜索方向替换原来矢量组中的第一个方向形成新的搜索方向组，可能存在新的方向组线

16、性相关的情况，从而导致算法不收敛的问25. 简述复合形法的优化过程的 基本原理。题。3 分)复合形法的优化过程为：在可行修正方法：选代过程中，形成一域内选择是个设计点，作为初始个新的方向后，先判别一下新方复合形的顶点，构造一个多面向是否有效，如果有效则替换原体；一然后对多面体各顶点的函来的搜索方向组中的第一个搜数值逐个进行比较，目标函数最索方向，否则，不替换，仍然按大的为坏点，按照一定规则去掉原来的方向组搜索。坏点而代以新点，构成一个新的多面体；依次步骤进行多次，使22什么是约束条件？约束条件和可行域有何关系？复合形的位置逐步调向邻近最设计变量的取值范围有限制或优点，最后以顶点中目标函数值必须

17、满足一定的条件，对设计变最小的点，作为近似最优点而得量取值的限制称为约束条件。到解。不等式约束条件将设计空间划分为可行域和非可行域，设计方26为什么选项用共轭方向作为 搜索方向可以取得良好的效 果？案只能在可行域内选取。选用共轭方向作为搜索方向可等式约束条件只允许设计方案以取得良好的效果，主要是由共在可行域的等式约束线(或面)轭方向的性质所决定。 共轭方上选取。向的性质为 : 对于 n 维正定二次23常用的迭代终止准则有哪些？型函数，从任意初始点出发，依次沿着与矩阵 A 为共轭的 n 个线1、点距准则； 2、值差准则；3、性无关的方向进行一维搜索，则梯度准则能在第 n 或第 n 步以前达到极小

18、24等值线有哪些特点？点。不同值的等值线不相交；除极值点外，等值线在设计空间内不会27 梯度法的基本原理和特点是 什么中断；等值线反映了目标函数的答：梯度法的基本原理：梯度法变化规律，愈内层的等值线，其又称最速下降法，基本原理是在函数值愈小，其中心点为极值迭代点附近采用使目标函数值点；等值线间隔越密，表示该处下降最快的负梯度方向作为搜函数变化率越大；极值点附近的索方向，求目标函数的极小值。等值线近似椭圆族，极值点为中梯度法的特点：迭代计算简单，心点。只需求一阶偏导数，所占用存储单元少，对初始点要求不高，在接近极小点位置时收敛速度很 慢。28.在内点罚函数法中， 初始罚因 子的大小对优化计算过程

19、有何 影响?在内点罚函数法，若初始罚因子 选得过小，则迭代点有跑出可行 域的危险，使优化过程失败；若 初始罚因子选得过大，则导致前 几次的迭代点远离约束边界，使 计算效率降低。29. 简述有限元法的前处理主要 包括哪些内容？ 有限元法的前处理主要包括： (1) 单元的自动分割生成网格(2) 节点的自动优化编码 (3) 使用图形 系统显示单元分割情况 (4) 带宽 优化 (5) 节点坐标的确定 (6) 检查 单元分割的合理性 (7) 局部网格 的自适应加密 (8) 有限元模型的 尺寸优化30在有限元分析时 ,什么情况下 适合选择一维、二维和三维单 元?答：(1)当几何形状、材料性质 及其它参数能

20、用一个坐标描述 时，选用一维单元； ( 2)当几何 形状、材料性质及其它参数需要 用两个相互独立的坐标描述，选 用二维单元； 3)当几何形状、 材料性质及其它参数需要用三 个相互独立的坐标描述，选用三 维单元。31. 单元刚度矩阵所具有的共同 特性是什么？解释产生这些特 性的力学上的原因。单元刚度矩阵和总体刚度矩阵所具有的共同特性：对称性和奇 异性具有对称性是因为材料力 学中的位移互等定理：对于一个 构件，作用在点j的力引起i点 的挠度等于同样大小的力作用 在i点而引起j点的挠度。具有 奇异性是因为单元或结构在没 有约束之前，除本身产生弹性变 形外，还可以做任意的刚体位 移。32.在有限元分析

21、时，何谓对称 结构？ 一般如何处理？当结构的几何形状、尺寸、载荷 和约束条件对称于某一平面（对 平面问题对称于某一直线），其 结构内部的应力及位移也对称 于该平面（线），这类结构称为 对称结构。对于对称结构按如 下方法处理；当对称结构只有一 个对称平面（线）时，只研究它 的一半。若对称结构有两个相互 垂直的对称平面（线）时，则只 研究它的四分之一。33试述总体刚度矩阵的建立方 法求总体刚度矩阵的两种主要方 法：直接根据总体刚度系数的定 义分别求出它们，从而写出总体 刚度矩阵，概念清晰，但是在分 析复杂结构时运算极其复杂。分 别先求出各单元的刚度矩阵，然 后根据叠加原理，利用集成的方 法，求出总

22、体刚度矩阵，从单元 刚度矩阵出发，单元刚度矩阵求 法统一，简单明了，但总体刚度 矩阵需要集成。34. 在有限元分析中，对结构划 分的单元数是否越多越好？为 什么？答：不是。单元的数量取决于要 求的精度、单元的尺寸和自由度 数。虽然一般单元的数量越多精 度越高，但也有一个界限，超过 这个值，精度的提高就不明显。35. 简述在处理总体刚度矩阵时 引入竖带矩阵的可能性与必要 性。其带宽如何计算？ 可能性：稀疏性及带宽性。必然性：减少内存。Nb=（相邻节点总 码的最大差值+1） X节点的自由 度数36. 可靠性与可靠度二者在概念 上有何区别与联系？答：可靠性是指产品在规定的时 间内，在规定的条件下，完

23、成规 定功能的能力；可靠度是指产品 在规定的时间内，在规定的条件 下，完成规定功能的概率；两者 的联系就在于，可靠度是对产品 可靠性的概率度量。37. 常用的可靠度分配方法有哪 三种？各自的分配原则是什 么？答：常用的系统的可靠度分配方 法及其分配原则如下：1）等同分配法：按照系统中各单元（子 系统或零部件）的可靠度均相等 的原则分配。2）加权分配法： 把各子系统在整个系统中的重 要度以及各子系统的复杂度作 为权重来分配可靠度。3）最优分配法：全面考虑各种因素的影 响，采用优化方法分配可靠度。38. 系统可靠性的大小主要取决 哪些因素？（1）组成系统的零部件的可靠性2）零部件的组合方式。39.

24、 简述可靠度分配中的等同分 配法与加权分配法的主要区别。加权分配法足把各子系统在整 个系统中的重要度以及各子系 统的复杂度作为权重来分配可 靠度的。等同分配法没有考虑各子系统的可靠度、重要性等因 素，是按照各子系统可靠度均等 的原则进行可靠度分配的。40简述可靠性设计传统设计方 法的区别。答：传统设计是将设计变量视为 确定性单值变量，并通过确定性 函数进行运算。而可靠性设计则 将设计变量视为随机变量，并运 用随机方法对设计变量进行描 述和运算。）41 .什么是平均寿命与可靠寿 命？平均寿命与可靠度之间有何关系？（1 ）平均寿命：是指一批产品从投入运行到发生失效（或故 障）的平均工作时间.可靠寿命： 是指可靠度为 R （t） = r时产品 的寿命.（2 ）平均寿命T与