2023年自考类机电一体化自考现代设计方法历年高频考点试题附答案难题带详解

2023年自考类机电一体化自考现代设计方法历年高频考点试题附答案难题带详解卷I一.历年考点试题参考题库(共50题)1.假设下列应力与强度均属正态分布，则可靠度最高的是______A.μs=300，σs=100，μr=700，σr=100B.μs=300，σs=100，μr=700，σr=50C.μs=300，σs=100，μr=800，σr=50D.μs=300，σs=100，μr=800，σr=1002.下列工程中的实际问题不属于稳态问题的是______A.机械设计中的应力集中问题B.飞机的机翼、机身等结构的静力分析问题C.齿轮的应力分析D.齿轮、机床的固有频率和稳定性的计算3.一受拉圆杆，已知其所受载荷为F=N(μF，σF)=(60000，2000)；其所用材料的抗拉强度为Rm=N(μF，σF)=(1076，42.2)。要求可靠度为R=0.999，试设计其尺寸。(力的单位为N，强度的单位为MPa)

注：0.925表示小数点后有两个9，即0.995，其余类推。4.对X轴对称的变换矩阵为______

A．

B．

C．

D．5.下列属于技术设计阶段的设计方法及理论的是______A.技术预测技术与方法B.产品造型没计C.创造性激智技术D.系统设计方法6.约束条件可分为边界约束和______约束两类。7.二维绘图软件主要用于零部件的详细设计，它属于______A.系统软件B.管理软件C.支撑软件D.应用软件8.简述原理方案设计阶段的工作步骤。9.四节点矩形单元，单元刚度矩阵的阶数为______A.2×2B.4×4C.6×6D.8×810.某一随机变量本身不服从正态分布，而它的自然对数服从正态分布，则该随机变量服从______。11.平面三角形单元采用线性位移模式，几何矩阵为B，弹性矩阵为D，则______A.B为坐标的函数，D为坐标的函数B.B不为坐标的函数，D为坐标的函数C.B不为坐标的函数，D不为坐标的函数D.B为坐标的函数，D不为坐标的函数12.在有限元方法中，求总刚度矩阵的方法主要有两种，其中一种方法是利用刚度系数集成的方法获得总刚度矩阵的，该方法应用了______原理。13.在内点罚函数迭代法寻优过程中，其惩罚因子r(k)为______A.递增序列B.递增正数序列C.递减序列D.递减正数序列14.简述可靠性的基本内容。15.有限元法通常是将一个连续的无限自由度问题变成______问题。16.对结构进行有限元分析时，结构所受的载荷可以分为节点载荷和非节点载荷，对于非节点载荷需要进行载荷的______。17.计算机的系统软件包括操作系统、汇编系统、______系统和诊断系统等。18.在CAD系统中，喷墨绘图机是一种______A.输入设备B.主机C.输出设备D.存储器19.在优化设计过程中，有些参数的数值要在设计过程中调整和优先确定，这种参数称为______。20.下列与单元刚度矩阵无关的是______A.单元的几何形状、大小B.位移模式C.材料的性质D.载荷21.由甲、乙组成的工作冗余系统，要使系统不能正常工作，须有______A.甲、乙均不能正常工作B.甲不能正常工作C.乙不能正常工作D.甲或乙有一个不能正常工作22.平面桁架结构中的杆单元，在局部坐标系下，单元的位移分量个数为______A.2个B.4个C.6个D.9个23.下列工程中的实际问题属于稳态问题的有______A.机械设计中的应力集中问题B.飞机的机翼、机身等结构的静力分析问题C.牙齿的应力分析D.齿轮、机床的固有频率和稳定性的计算E.飞机对随机载荷的响应24.数据模型是指数据库内部数据的组织方式，捕述了数据之间的联系，下列不属于是数据库管理系统中最常用的数据模型的是______A.树模型B.层次模型C.网状模型D.关系模型25.功能结构图的基本形式不包括______A.串联结构B.并联结构C.混合结构D.循环结构26.在以下列出的硬件设备中，是输入设备的是______A.CPUB.打印机C.扫描仪D.显示器27.无逆矩阵的矩阵称为奇异矩阵，其______的值等于零。28.简述开发性设计、适应性设计、变参数设计各自的特点。29.简述可靠度分配的等同分配法和加权分配方法的原理和特点。30.下列关于有限单元收敛于正确解答的充分条件的说法中，错误的是______A.单元的变形可以在单元之间裂开或重叠B.位移模式必须在单元内连续，且相邻单元间的位移必须协调C.位移模式必须包含单元的刚体位移D.位移模式必须包含单元的常应变状态31.设函数F(x)在其定义域内具有连续二阶导数，若海塞矩阵处处半正定，则F(x)为______A.凸函数B.严格凸函数C.凹函数D.严格凹函数32.外点罚函数法是求解有约束问题的常用方法，该方法______A.罚函数定义于可行域内，搜索过程从可行域内部逼近最优解B.罚函数定义于可行域内，搜索过程从可行域外部逼近最优解C.罚函数定义于可行域外，搜索过程从可行域内部逼近最优解D.罚函数定义于可行域外，搜索过程从可行域外部逼近最优解33.零件在工作中，作用在零件上的应力呈指数分布，均值为μs=1000MPa，标准差σs=80MPa；强度服从正态分布，均值μr=2100MPa，标准差σr=168MPa，试计算该零件的可靠度与失效概率。34.整体刚度矩阵具有对称性、______和奇异性。35.内点罚函数法的特点是______A.能处理等式约束问题B.初始点必须在可行域内C.初始点可以在可行域外D.后面产生的迭代点序列可以在可行域外36.将平面图形沿X方向平移10个单位，沿Y方向平移15个单位，其坐标变换矩阵为______。37.简述有限元解法的步骤。38.单元刚度矩阵与下列无关的是______A.单元的几何形状B.单元的重量C.单元的大小D.材料的性质39.根据产品规划形成设计任务书，通过创造性思维，构思出满足设计要求的解答方案是指______A.原理方案设计阶段B.产品规划阶段C.技术设计阶段D.施工设计阶段40.用共轭梯度法求函数的极小值，初始点为x(0)={1，1}T，做一轮搜索，求出共轭系数β(0)。(结果保留3位小数)41.与传统设计方法相比，可靠性设计有哪些特点?42.关于设计方法学，下列说法中不正确的是______A.设计方法学是一门独立的科学，是传统设计方法的重要组成部分B.设计的发展经历了直觉设计、经验设计、传统设计和现代设计的发展历程C.设计方法学是研究产品设计规律、设计程序及设计中思维和工作方法的一门综合性学科D.设计方法学对开发新产品、改造旧产品和提高产品的市场竞争能力有积极的作用43.标准正态分布是定义为______A.μ=1，σ=0.5的正态分布B.μ=1，σ=1的正态分布C.μ=0．σ=1的正态分D.μ=0.5，σ=1的正态分布44.以共轭方向作为搜索方向的无约束优化方法是______A.梯度法B.变尺度法C.牛顿法D.Powell法45.设计者用五个以W为开头的英语单词和两个以H开头的英语语句进行设问，发现解决问题的线索，寻找发明思路，进行设计构思，从而搞出新的发明项目，这称为______。46.零件的强度和应力均服从正态分布，即N(μr，σr)，N(μs，σs)，且已知μr＞μs，当σr增大时，零件的可靠度______A.提高B.降低C.不变D.不定47.对在区间[-10，10]上是单峰函数的F(X)用试探法求最小值点，在区间[-10，10]内选a1、a2两点，且a1＜a2，计算所得F(a1)＜F(a2)，则缩小后的搜索区间为______A.[-10，a1]B.[-10，a2]C.[a1，a2]D.[a1，10]48.系统的可靠度分配是将工程设计规定的______合理地分配给组成该系统的各个单元。49.______是产品设计的重要阶段，它将决定产品的性能、成本，直接影响产品的竞争力。50.网络通信及管理软件属于______A.系统软件B.支撑软件C.专用软件D.分析软件卷I参考答案一.历年考点试题参考题库1.参考答案：C[考点]本题主要考查的知识点为强度和应力为正态分布时的可靠度计算。[解析]当零件的强度和应力均服从正态分布时，零件的可靠度系数，将题中的数据代入公式，可得选项C的可靠度系数最大，则其可靠度最高。2.参考答案：D[考点]本题主要考查的知识点为有限元法的应用。[解析]A、B、C三项都属于稳态平衡问题，D属于特征值问题。3.参考答案：设圆杆的半径为r，且服从正态分布r=N(μr，σr)，考虑到制造时的误差，取其变异系数为C=0.005，即σr=0.005/μr。

(1)计算杆件所受工作应力

由载荷和圆杆尺寸都服从正态分布，故有

式中，A为截面积，A=πr2。

，代入已知数据可得：

(2)代入联接方程

要求可靠度R=0.999，查表，得可靠度系数μ=3.09023，将各值代入式

可得

化简可得

解得

开方得μr≈4.57mm或μr≈3.88mm(均取正值)

代入联接方程验算，舍去μr=3.88mm，得

μr=4.57mm。

又因σr=0.005/μr，所以

σr=0.005×4.57mm=0.023mm

根据3σ法则，圆杆的半径尺寸偏差为

Δt=±3σr=±0.069mm

因此，为保证拉杆具有可靠度R=0.999，半径尺寸应为(4.57±0.069)mm。4.参考答案：A5.参考答案：B[考点]本题主要考查的知识点为产品设计进程中各设计阶段的设计方法及理论。[解析]A项是产品规划阶段的设计方法及理论，B项是技术设计阶段的设计方法及理论，C、D项是原理方案设计阶段的设计方法及理论。因此选B。6.参考答案：性能7.参考答案：C[考点]本题主要考查的知识点CAD系统软件的分类。

[解析]在CAD系统中，软件大体可分为三类：系统软件、支撑软件和应用软件。二维绘图软件属于支撑软件。8.参考答案：(1)分析任务要求。

(2)确定总功能。

(3)功能分解、功能结构。

(4)寻求作用原理。

(5)寻求功能载体。

(6)原理组合。

(7)评价、决策。

(8)选定方案。9.参考答案：D[考点]本题主要考查的知识点为四节点矩形单元中单元刚度矩阵的阶数。

[解析]四节点矩形单元中单元刚度矩阵是一个8×8阶的矩阵。10.参考答案：对数正态分布11.参考答案：C12.参考答案：叠加13.参考答案：D[考点]本题主要考查的知识点为内点罚函数法。

[解析]内点罚函数优化过程中r(k)为惩罚因子，是递减的正数序列。14.参考答案：(1)根据产品的设计使用要求，确定所采用的可靠性指标。

(2)进行产品可靠性预测。

(3)可靠性分配。

(4)可靠性设计。

(5)可靠性分析。15.参考答案：离散的有限自由度16.参考答案：移置处理17.参考答案：编译18.参考答案：C[考点]本题主要考查的知识点为CAD的输出设备。[解析]喷墨绘图机是一种串行式输出设备。19.参考答案：设计变量20.参考答案：D[考点]本题主要考查的知识点为单元刚度矩阵的性质。[解析]单元刚度矩阵只与单元的几何形状、大小及材料的性质有关，特别是它与所假设的单元位移模式有关。21.参考答案：A[考点]本题主要考查的知识点为工作冗余系统不能正常工作的条件。[解析]工作冗余系统中，仅当全部零件都同时失效时，系统才失效。22.参考答案：A23.参考答案：ABC[考点]本题主要考查的知识点为有限元法的应用。[解析]A、B、C三项都属于稳态平衡问题，D项属于特征值问题，E项属于瞬态问题。24.参考答案：A[考点]本题主要考查的知识点为数据库管理系统中最常用的数据模型。

[解析]数据库管理系统中最常用的数据模型有层次模型、网状模型、关系模型。25.参考答案：C[考点]本题主要考查的知识点为功能结构图的基本形式。

[解析]功能结构图的基本形式有串联结构、并联结构、循环结构。26.参考答案：C[解析]人机交互工作方式是CAD系统的主要工作方式，输入CAD系统的信息包括数值、文本、几何数据、图形、图像等，常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。CPU为主机的组成部件。打印机、显示器属于输出设备。27.参考答案：行列式28.参考答案：(1)开发性设计是从对产品的要求出发，在不知道解答原理的情况下，设计出满足所提要求的产品。

(2)适应性设计是在总的工作原理保持不变的情况下，对已有产品进行局部变更，以提高产品的性能和质量。

(3)变参数设计是工作原理和总的结构形式都不变，仅改变产品部分结构、尺寸及布局的设计。29.参考答案：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进行分配。计算简单，没有考虑各子系统现有的可靠度水平、重要性等因素。

加权分配法：把各子系统在整个系统中的重要度以各子系统的复杂度作为权重来分配可靠度。计算麻烦一些，但考虑了子系统的重要度。30.参考答案：A[考点]本题主要考查的知识点为有限单元收敛于正确解答的充分条件。

[解析]有限单元收敛于正确解答的充分条件是：(1)位移模式必须在单元内连续，且相邻单元间的位移必须协调；(2)位移模式必须包含单元的刚体位移；(3)位移模式必须包含单元的常应变状态。31.参考答案：A[考点]本题主要考查的知识点为凸函数的判别条件。[解析]如果函数F(x)在其定义域内具有连续二阶导数，且其海塞矩阵处处半正定，则F(x)为一凸函数；若海塞矩阵处处正定，则F(x)为严格凸函数。32.参考答案：D[解析]外点罚函数法的基本思想是将罚函数定义于约束可行域之外，且求解无约束问题探索点是从可行域外部逐步逼近原目标函数的约束最优解。33.参考答案：

失效概率为

F=1-R=1-0.8758=0.124234.参考答案：稀疏性35.参考答案：B[考点]本题主要考查的知识点为内点罚函数法。[解析]内点罚函数法是把新目标函数定义于可行域内，因此其初始点和后面产生的迭代点序列也必然在可行域内。内点罚函数法是求解不等式约束最优化问题的一种十分有效的方法，但不能处理等式约束。36.参考答案：37.参考答案：(1)结构离散。

(2)单元分析。

(3)总刚度矩阵的集成。

(4)处理边界条件并进行求解。

(5)求各个单元的力学量。38.参考答案：B[考点]本题主要考查的知识点为单元刚度矩阵的性质。

[解析]单元刚度矩阵只与单元的几何形状、大小及材料的性质有关，特别是它与所假设的单元位移模式有关。39.参考答案：A[考点]本题主要考查的知识点为原理方案设计阶段的主要任务。[解析]方案设计阶段的主要任务是根据产品规划形成设计任务书，通过创造性思维，构思出满足设计要求的解答方案。40.参考答案：计算函数在初始点x(0)处的梯度和Hessian矩阵。

第一次搜索方向S(0)为函数在x(0)处的负梯度方向，即

用一维搜索法求α的最优解α(0)

求新点x(1)

x(1)点的梯度

共轭系数为41.参考答案：(1)传统设计方法是将安全系数作为衡量安全与否的指标，但安全系数的大小并不能直接反映产品安全与否。可靠性设计不同，它强调在设计阶段就把可靠度直接引进到零件中去，即由设计直接决定固有的可靠度。

(2)传统设计方法是把设计变量视为确定性的单值变量，并通过确定性的函数进行运算，而可靠性设计把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。

(3)在可靠性设计中，由于应力和强度都是随机变量，所以判断一个零件是否安全可靠，就以强度大于应力的概率大小来表示，这就是可靠度指标。

(4)传统设计与可靠性设计都是以零件的安全或失效作为研究内容，因此两者之间又有着密切的联系，可靠性设计是传统设计的延伸与发展。在某种意义上，也可以认为可靠性设计只是在传统设计的方法上把设计变量视为随机变量，并通过随机变量运算法则进行运算而已。42.参考答案：A[考点]本题主