2023年高等教育工学类自考-02200现代设计方法考试历年高频考点试题含答案

2023年高等教育工学类自考-02200现代设计方法考试历年高频考点试题含答案（图片大小可自由调整）第1卷一.参考题库(共100题)1.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？2.若把平面应力问题的弹性矩阵改成平面应变问题的弹性矩阵，只需将（）A、E换成E／（1-μ），μ换成1／（1-μ）B、E换成E／（1-μ2），μ换成1／（1-μ）C、E换成E／（1-μ2），μ换成μ／（1-μ）D、E换成E／（1-μ），μ换成μ／（1-μ）3.简述目标函数与设计变量的关系。4.已知变换矩阵，则图形将在（）A、X方向放大2倍B、Y方向放大2倍C、X方向平移2D、Y方向平移25.可靠性指标的分配问题是指（），是可靠性预计的逆过程，即在已知系统可靠性指标时，如何考虑和确定其组件单元的可靠性指标值。6.当系统中任何—个零件发生故障都会导致整个系统失效，该系统是（）A、串联系统B、冗余系统C、表决系统D、非工作冗余系统7.在有限元分析时，何谓对称结构？一般如何处理？8.在有限元分析中，为什么要采用半带存储？9.写出n元函数的泰勒展开式。10.传统CAD涉及以哪些基础技术？11.什么是可靠度？系统的可靠性预测和可靠性分配有何不同？12.在以样本数据估计母体可靠度时，如果a变大，则估计的可靠性（）A、降低B、不变C、增大D、无法判断13.对一个具体结构进行有限元分析，在划分节点和单元时，所划分单元的数量取决于要求的精度、单元的（）和自由度的数量。14.一个设计变量与一个目标函数之间的函数关系是（）上的一条曲线。15.优化设计的数学模型三要素是。16.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17.在有限元方法中，求总体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体刚度矩阵的，该方法应用了（）原理。18.CAD系统中，支撑用户进行CAD工作的通用性功能软件是（）A、系统软件B、支撑软件C、专用操作软件D、专用应用软件19.简述库恩—塔克（K-T）条件。20.设计变量21.下列变量的分布较符合指数分布规律的是（）A、人体的身高分布B、零件的强度分布C、轴的外径分布D、电阻的寿命分布22.结合实际应用，说明CAD的工作过程。23.无约束优化问题24.在现有的有限元分析程序中，其前处理程序一般包含哪些主要功能？25.简述三维建模中线框模型的特点。26.用有限元法求解汽车在路面谱激励下的响应，该问题属于（）问题。27.从硬件方面看，CAD系统大致可分为几种类型？每种类型的特点如何？28.若在CAD系统中，固定窗口参数，同时缩小视区高度和宽度，则视图内图形（）A、比例增大B、比例缩小C、左右移动D、上下移动29.要提高可靠性的置信度，不应（）A、增加强度的样本容量B、加大强度的标准差C、减少应力的均值D、增加应力的样本容量30.特征造型是如何定义的？31.解无约束问题的主要方法是。32.简述三维建模中表面几何模型的主要特点。33.多元函数在点取得最小值的充要条件是。34.无约束优化方法分为哪两类？35.三维图形变换矩阵中，[lmn]表示产生（）A、比例变换B、对称变换C、错切变换D、平移变换36.一般机械产品的可靠性设计程序分哪几个阶段？37.试简述编码剪裁（Cohen-Sutherland）算法的基本原理。38.机械系统可靠性优化设计的3种实现策略分别是（）、（）、（）。39.平面刚架单元的刚度矩阵与下列因素无关的是（）A、材料的弹性模量B、杆件的横截面面积C、杆件的长度D、材料的泊松化40.在消阴处理中，进行极大／极小检验，如果两个物体的投影不满足极大／极小条件，则两个物体之间（）A、相互完全遮挡B、部分相互遮挡C、相互不遮挡D、遮挡关系不确定41.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。42.标准件的图形构成分为四个层次：A类构件、B类构件、K类整件、G类组件，其中最基本的单元是（）。43.二维图形比例变换矩阵中，可有（）A、a=0，d=1B、a=1，d=0C、a=d=1D、a=d=044.有限元分析中，为什么要引入支撑条件？45.什么是库恩-塔克条件？其几何意义是什么？46.现代设计方法指的是？主要包括哪些？47.要将一个有约束问题的求解转化为一系列无约束问题的求解，可以选择（）A、复合形法B、简约梯度法C、罚函数法D、共轭梯度法48.当强度和应力均服从正态分布时，可利用正态分布表根据（）来确定可靠度。49.在内点罚函数法中，初始罚因子的大小对优化计算过程有何影响？50.对于n维正定二次函数，沿一组共轭方向依次作一维搜索，当达到极值点时，最多需要搜索（）A、n＋1次B、n次C、n－1次D、2n次51.平面刚架结构中的杆单元，单元刚度矩阵的阶数为（）A、2*2B、3*3C、4*4D、6*652.三维图形变换矩阵，中l表示产生的（）A、比例变换B、对称变换C、错切变换D、平移变换53.设F（X）为区间（0，3）上的单峰函数，且F（1）=2、F（2）=1.5，则可将搜索区间（0，3）缩小为（）A、（0，2）B、（1，2）C、（2，3）D、（1，3）54.功能分解55.简述平面应力和平面应变问题的区别。56.在正态检验中，概率坐标纸上得到一条近似直线，均值所对应的纵坐标F（x）（％）的值为（）。57.当零件材料的强度的标准差增加时，零件的可靠度（）A、提高B、降低C、不变D、难以确定58.约束条件59.请写出梯度法的迭代公式。60.CSG方法是三维造型中经常使用的方法，下列不是CSG方法直接存储的信息的是（）A、基本型体的类型B、基本型体的参数C、采用的拼合运算D、基本型体的表面信息61.对于n维优化问题，采用复合形法寻优，所构造的复合形的顶点个数不能少于（）A、n个B、n一1个C、n+1个D、2n个62.可靠性63.CAD系统中，滚筒式绘图仪是一种（）设备。64.说明消隐算法中的分段扫描线算法的原理。65.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。66.简述有限元分析过程中，求总体刚度矩阵的两种主要方法和特点。67.由三个相同的元件组成的并联系统，系统正常工作的条件是至少有两个元件处于正常工作状态，每个元件的可靠度为R=0.9，则系统的可靠度为（）A、0.972B、0.99C、0.99968.梯度法的基本原理和特点是什么？试写出其流程。69.在t～t＋△t的时间间隔内的平均失效密度f（t）表示（）A、平均单位时间的失效频数B、平均单位时间的失效频率C、产品工作到t时刻，单位时间内发生失效的概率D、产品工作到t时刻，单位时间内发生的失效数与仍在正常工作的数之比70.无约束优化问题的求解方法是。71.函数F（X）为在区间［10，20］内有极小值的单峰函数，进行一维搜索时，取两点13和16，若F（13）＜F（16），则缩小后的区间为（）A、［13，16］B、［10，13］C、［10，16］D、［16，20］72.梯度法与变尺度法所具有的收敛性分别为（）A、一次收敛性.一次收敛性B、二次收敛性.二次收敛性C、一次收敛性.二次收敛性D、二次收敛性.一次收敛性73.约束优化问题74.有限元法的前处理主要包括哪些内容？75.采用最小二乘法进行多项式拟合时应注意哪些问题？76.在单峰搜索区间[a，b]内，任取两个试算点a1，a2，若两点的函数值F（a1）>F（a2），则缩小后的区间为（）77.单元刚度矩阵和总体刚度矩阵都具有的共同特性为（）A、对称性B、分块性C、正交性D、奇异性E、稀疏性78.CAD系统中不是按其描述和存储内容的特征划分的几何模型（）A、线框几何模型B、表面几何模型C、实体几何模型D、曲面几何模型79.画出梯度法流程图。80.设计数据处理的常用方法有哪些？81.可靠度82.下列方法中属于利用目标函数的导数构造搜索方向的优化方法有（）A、坐标轮换法B、梯度法C、单纯形D、Powell法E、变尺度法83.简述设计资料处理的程序化方法中常用的两种处理方法。84.平面刚结构中，某单元局部编码依次对应的总体编码为3，11，则单元刚度矩阵中的元素K53应放人总体剐度矩阵中的（）A、9行32列B、32行9列C、8行33列D、33行18列85.对于n维二次正定函数，用Powell法要达到函数极值点，需使用（）个共扼方向。86.下列设备不属于CAD作业输入设备的，有（）A、绘图仪B、键盘C、数字化仪D、光笔87.用有限元方法求解问题获得的解属于（）A、近似解B、精确解C、解析解D、半解析解88.某刚架单元两节点对应的总体编码为5和3，则局部座标系下的单元刚度系数k在总体刚度矩阵中的位置为（）A、第5行第3列B、第14行第3列C、第5行第14列D、第14行第14列89.约束可以分为那几种？90.可行域91.一隔行扫描光栅显示器的水平扫描频率为15600Hz，垂直扫描频率为50Hz，则该显示器垂直方向上的水平扫描线数为（）A、50条B、312条C、614条D、15600条92.机电产品零件失效率曲线有（）区域、正常工作区域、（）区域。93.对于一个无约束优化问题，若其一阶、二阶偏导数易计算，且计算变量不多（n≤20），宜选用的优化方法是（）A、拟牛顿法B、变尺度法C、0.618法D、二次插值法94.由1O只灯泡组成的照明系统，每只灯泡的故障率为2%，用二项分布确定当有1只灯泡发生故障的概率为（）A、0.295B、0.270C、0.182D、0.0995.单元刚度矩阵的推导是有限元方法中的关键环节，一般可采用直接法、变分法和（）法来确定。96.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？97.请写出梯度法的迭代的步骤。98.划分单元时应注意哪些问题。99.平面三角形单元和平面刚架单元具有相同的（）A、单元形状B、节点数C、位移分量数D、转换矩阵100.CAD的外部设备要通过各种接口与计算机相连，以下设备一般是通过标准接口RS-232C与计算机相连的是（）A、显示器B、扫描仪C、数字化仪D、键盘E、打印机第1卷参考答案一.参考题库1.正确答案: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。2.正确答案:C3.正确答案:①设计变量与一个目标函数之间的函数关系，是二维平面上的一条曲线。 ②当有两个设计变量时，目标函数与他们的关系是三维空间的一个曲面。 ③当有n个设计变量时，目标函数与n个设计变量呈n+1维空间的超越曲面关系。4.正确答案:B5.正确答案:可靠性指标的分配问题6.正确答案:A7.正确答案: 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。 对于对称结构一般按如下方法处理：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。8.正确答案: 1、单元尺寸越小，单元数越多，分析计算净度越高。单元数越多，总刚度矩阵的阶数越高，所需计算机的内存量和计算量越大。 2、总刚度矩阵具有对称性、稀疏性以及非零元素带型分布规律。 3、只储存对焦线元素以及上（或下）三角矩阵中宽为NB的斜带形区内的元素，可以大大减小所需内存量。9.正确答案:10.正确答案: 1、处理技术，如自动绘图，几何建模，图形仿真及其他图形输入，输出技术。 2、分析技术，如限元分析，优化设计及面向各种专业的工程分析等。 3、数据管理与数据交换技术，如数据库管理，产品数据管理，产品数据交换规范及接口技术等。 4、文档处理技术，如文档制作，编辑及文字处理等。 5、软件设计技术，如窗口界面设计，软件工具，软件工程规范等。11.正确答案: 1、可靠度是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。 2、系统的可靠性预测和系统的可靠性分配的区别是：系统的可靠性预测是按系统的组成形式，根据已知的单元和子系统的可靠度计算求得的；系统的可靠性分配是将已知系统的可靠性指标合理地分配到其组成的各子系统和单元上去，从而求出各单元应具有的可靠度。12.正确答案:A13.正确答案:尺寸14.正确答案:二维曲面15.正确答案:设计变量、目标函数、约束条件。16.正确答案:B17.正确答案:叠加18.正确答案:B19.正确答案:是多元函数取得约束极值的必要条件，既可以用来作为约束极值点的判别条件，又可以用来直接求解比较简单的约束优化问题。但K-T条件不是多元函数取得约束极值的充分条件。只有当目标函数f（x）为凸函数，且所有约束函数也都是凸函数时，即为凸规划问题时，其局部优点就是全局优点，则库恩—塔克条件才是该极值存在的充要条件。20.正确答案:在优化设计过程中其取值大小需要调整、修改并最终确定的参数。21.正确答案:D22.正确答案: CAD的工作过程为： 1、通过CAD系统人机交互界面输入设计要求，构造出设计产品的几何模型，并将相关信息存贮于数据库中； 2、运用计算方法库的计算分析：包括有限元分析和优化设计，同时确定设计方案和零部件的性能参数； 3、通过人机交互方式，对设计结果进行评价决策和实时修改，直至达到设计要求为止，利用图形库支持工具，绘制所需图形，生成各种文档； 4、设计结果可直接进入CAPP和CAM阶段。23.正确答案:就是在没有限制的条件下，求目标函数的极小点。在设计空间内，目标函数是以等值面（或等值线）的形式反映出来的，无约束优化问题的极小点即为等值面（或等值线）的中心。24.正确答案: 1、单元的自动分割生成网格。 2、单元和节点的自动优化编码实现带宽最小。 3、各节点坐标值确定。 4、可以使用图形系统显示单元分割情况。25.正确答案: 1、描述零件表面不连续部位的准确信息。 2、不能区分零件表面的里边的外边。 3、对某些信息的描述模棱两可作为多种理解。26.正确答案:瞬态27.正确答案: 1、集中式主机系统。该系统由一台集中大型机（或中型、小型机）与若干图形终端连接而成。有一个集中的数据库统一管理所有数据。由于所有软件都存在中集中，一旦主机失误，将影响用户的工作。当计算量过大时，系统响应变慢，甚至于会出现个别终端等待的现象。 2、分布式工程工作站系统，工程工作站系统本身就是一个独立的单独用户CAD系统。也可以一台主服务器为中心将若干台工程工作站或微机连成网络。这种CAD系统的图形功能强，速度快，内存、外村容量大，是从事CAD课题的首选设备。 3、微型计算机系统。它的计算能力和图形处理功能不如工程工作站，但是价格低、使用方便。28.正确答案:B29.正确答案:B30.正确答案: 1、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。 2、基于特征的造型称为特征造型。 3、基于特征的造型是把特征作为产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。31.正确答案:直接搜索法和梯度法。32.正确答案: 1、除了储存线框线段外还储存各个外表面的集合描述信息。 2、可处理与图形相关的大多数问题，如求两面的交线及隐藏线，形体的剖面线。 3、不能自动进行体积、重量、重心等计算。33.正确答案:函数在该店的梯度为0，海赛矩阵（二阶导数矩阵）正定。即为正定。34.正确答案: 无约束优化方法分为两类： 第一类：直接解法。这种方法中只用到函数f（x），而不涉及其导数，如坐标轮换法、鲍威尔法（Powell法）、随机搜索法、单纯形法等； 第二类：间接解法。它要用到f（x）的导数，如用到一阶导数的方法有梯度法、共扼梯度法和变尺度法；用到二阶导数的方法以牛顿法为代表。间接解法也称为解析法。35.正确答案:D36.正确答案: 一般机械产品的可靠性设计程序，可大致分为以下几个阶段： （1）方案论证阶段：确定可靠性指标，对可靠性和成本进行估算分析； （2）审批阶段：对可靠度及其增长初步评估、验证试验要求、评价和选择试制厂家； （3）设计研制阶段：主要进行可靠性预测、分配和故障模式及综合影响分析，进行具体结构设计； （4）生产及试验阶段：按规范进行寿命试验、故障分析及反馈、验收试验等； （5）使用阶段：收集现场可靠性数据，为改型提供依据。37.正确答案: 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表示； 线段的端点落在哪个区域则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”，则线段位寺窗口内；如果线段两端点编码的逻辑乘不为“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。38.正确答案:耦合优化策略；分解协调优化策略；分散优化策略39.正确答案:D40.正确答案:D41.正确答案: 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。42.正确答案:A类43.正确答案:C44.正确答案:总体刚度矩阵[K]，它是节点力矢量[F]与节点位移矢量[Φ]之间的转移矩阵[K][Φ]=[F]结构的总体刚度矩阵是一个奇异矩阵，她的逆矩阵不存在，因而从式中无法求得各节点的位移矢量。因为，没有任何约束的结构运算是一个悬空结构，可以在空间坐刚体运动。这是，即使各节点力量是已知的，各节点位移矢量也不存在唯一确定的解。所以，还必须引入支撑条件。45.正确答案:库恩-塔克条件是约束极值点存在的条件。目标函数梯度▽F（X）可表示为诸约束条件梯度线性组合的负值，即式中，q为在该设计点处的起作用约束数目；为非负值的乘子，也叫做拉格朗日乘子。这个判别准则的几何意义是：起作用约束的梯度负值，在设计空间构成一个椎体，目标函数的负梯度应包含再此椎体内。46.正确答案:是指计算机技术得到广泛应用后，从20世纪60年代以来在设计领域出现的设计理论和方法。主要包括：设计方法学、优化设计、可靠性设计、有限元法、动态设计、计算机辅助设计、人工神经元算法、遗传算法、智能工程、价值工程、工业造型设计、人机工程、并行设计、模块化设计、相似性设计、摩擦学设计、三次设计、、反求工程。47.正确答案:C48.正确答案:可靠性系数49.正确答案: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。50.正确答案:B51.正确答案:D52.正确答案:D53.正确答案:D54.正确答案:将总功能分解为分功能，然后继续分解，直至为不能再分解的功能元。55.正确答案:（1）应力状态不同：平面应力问题中平板的厚度与长度、高度相比尺寸小很多，所受的载荷都在平面内并沿厚度方向均匀分布，可以认为沿厚度方向的应力为零。平面应变问题中由于Z项尺寸大，该方向上的变形时被约束住的，沿Z项的应变为零。（2）弹性矩阵不同：将平面应力问题弹性矩阵中的E换成E/（1-u2）、把u换成u/（1-u），就成为平面应变问题的弹性矩阵。56.正确答案:0.557.正确答案:B58.正确答案:在优化设计中，这种对设计变量取值的限制条件简称为约束条件。59.正确答案:60.正确答案:D61.正确答案:C62.正确答案:是在规定的条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。63.正确答案:绘图64.正确答案: 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，这个段上的每个象素点就用这个多边形的颜色来填充。65.正确答案: “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。 “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，面不可见。66.正确答案:L.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。 （2）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，但总体刚度需要集成。67.正确答案:A68.正确答案:梯度法又称为最速下降法，基本原理是在迭代点附近采用使目标函数值下降最快的负梯度方向作为作为搜索方向，从而求得目标函数的极小值。其特点为：迭代计算简单，只需要求一阶偏导数，所占的存储单元少，对初始点的要求不高，刚开始收敛速度较快，在接近极小位置时收敛速度很慢。 69.正确答案:B70.正确答案:解析法（间接优化法）和数值计算法（直接优化法）。71.正确答案:C72.正确答案:C73.正确答案:是在可行域内对设计变量求目标函数的极小点，此极小点可能在可行域内或可行域的边界上。74.正确答案: （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。75.正确答