考试笔试大纲-上海交通大学

机械工程与动力工程资格（综合）考试笔试大纲

一、测试及工程信号处理

1信号与系统

1-1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

1-2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

2-1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

2-2 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

2-3连续信号的采样

香浓采样定理；信号的重构

2-4 离散时间周期信号的傅里叶级数

2-5 离散时间信号的傅里叶变换（DFT）

DFT的定义、性质

2-6快速傅里叶变换

2-7窗函数

3 线性时不变系统（LSI）

3-1系统的时间域的表示方法

3-2 系统拉氏变换的定义和性质

3-3 系统的输入、输出关系，传递函数；零点与极点、稳定性、因果性

3-4 系统的频率响应函数

3-5 理想滤波器

4 随机信号处理

4-1 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

4-2 随机过程的相关分析

相关的意义；自相关、互相关

4-3 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

4-4 系统传递函数的估计

相干函数；噪声干扰；信噪比

5 Z变换与离散时间系统分析

5-1 Z变换

Z变换的定义、收敛域和性质

5-2 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

5-3 LSI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

6-1滤波器的基本概念

滤波器的分类与要求

6-2 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

6-2 IIR 数字滤波器设计

双线性Z变换法

6-4 FIR 数字滤波器设计

窗函数法

7 信号处理中常用的正交变换

7-1 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

7-2 K-L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S-N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S-N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

1.Norman. E. Dowling，Mechanical Behavior of Materials, Engineering

Methods for Deformation, Fracture and Fatigue, 3rd edition.

2.Advanced Mechanics of Solids, Brown University

3.材料学科中固体力学，陈昌麒，北京航空航天大学出版社，1994

4.弹性理论基础陆明万、罗学富，清华大学出版社，1990

5.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，2005

[5] 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

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，2006.1

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

?《Heat Transfer》(2nd Edition), by Anthony F. Mills

?《Fundamentals of Heat and Mass Transfer》F.P.Incropera,D.P.

DeWitt

?《对流换热》V. S. 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、机械能及化学能之间相互转化的基本规律，具备分析常见物理、化学过程能量与物质转化的热力学方法，培养从复杂系统和过程中抽象、洞悉本质规律的能力。

四、考核要求

1.基本概念。

将考核学生们是否已经正确掌握教学中所涉及的概念，其中将涉及温度、平衡态、平衡的判据、准平衡（准静态）过程和可逆过程、热量和功量。重点考察各个概念在应用中是否准确。

2.热力学第一定律和第二定律。

所涉及的内容包括：热力学第一定律、开口系统热力学第一定律表达式、非稳态流动过程、过程的方向性与热力学第二定律、熵与孤立系熵增原理、熵方程。重点考察各方面知识在实际中的应用能力。

3.能量的可用性和火用

能量的可用性、火用、火用分类、火用平衡方程、火用图、系统火用效率和火用分析。重点考察知识的应用是否准确。

4.实际气体状态方程及热力性质

实际气体分子间相互作用力、实际气体状态方程式的一般热力学特性、维里状态方程、二常数方程、多常数半经验方程、对应态原理及气体对比态状态方程、实际气体混合物状态方程、湿空气的维里方程、热力学一般关系、余函数、偏差函数、实际气体热力过程分析方法、流体性质的通用对应态方程。

5.多组分单相混合物系统

吉布斯方程、偏（分）摩尔参数、化学势、理想溶体的一般性质、稀溶液、非理想溶液、非理想混合气体的化学势—逸度、实际溶液的化学势—活度。

6.多组分系统相平衡

单元系的克劳修斯-克拉伯龙方程、蒸气压方程、二元气-液系统、共沸混合物、沸点的升高和凝固点的降低、相图、临界区混合溶液的特性。

7.化学热力学基础

化学计量与反应坐标、第一定律分析、反应方向与化学平衡、平衡常数与组成关系、平衡移动原理、反应系统相律、热力学第三定律与绝对熵、平衡常数计算、绝热燃烧温度、化学火用、绝热燃烧火用损、化学反应过程火用分析。

教材

童钧耕等．高等工程热力学（第一版）．科学出版社．2006

参考书：

Advanced Engineering Thermodynamics, Third Edition, Adrian Bejan, John Wiley& Sons, Inc.

八、工程流体力学

一、考核内容

1、流体基本概念：流体的定义，连续介质模型，粘性、压缩性、导热性、扩散性，张量，曲线坐标系、Lame系数；

2、流体运动学：欧拉观点与拉格朗日观点，流体质点运动的分解、连续性方程，流线、迹线、流管、流量、流函数，涡线、涡管、速度势函数；

3、理想流体复势函数意义、基本势流、复速度计算、留数定理、合力定理、保角变换；

4、流体质点应力状态与本构方程，Stokes假设、Navier-Stokes方程，偏微分方程的特性与定解条件；

5、可压缩流动的基本概念，扰动势方程推导、特征线方法；

6、粘性流动特点、紊流流动基本特点、紊流模式理论、近壁面流体流动特点；

7、基本方程推导（包括Navier-Stokes方程、能量方程、紊流雷诺时均方程与内部各项的物理意义；

8、简单边界条件下Navier-Stokes方程的解；

9、非惯性坐标系下物理量的关系；

10、边界层特点，边界层方程的推导与其中各基本物理量的意义，相似解的导出；

二、参考书目

1.《流体力学》（上、下册）,吴望一著,北京大学出版社

2.《高等流体力学》,费翔麟编,西安交大出版社

3.《高等流体力学》,张鸣远编,西安交大出版社

流体力学模块考试样题

（以下题目请在1小时内完成，可以任选4题）

一、说明流体的性质，进而针对粘性或者压缩性，说明流体运动中的一些特性

二、写出Navier-Stokes 方程，并说明其中各项的物理意义

三、流函数和势函数的物理意义，并说明二者的关系

四、推导不可压缩流体紊流平均脉动动能方程(紊动能方程)，并逐一说明各项的物理意义

五、已知Prandtl 混合长度的表达式为[])/exp(1l m y y ky l --=，其中

τνu y l /50=，紊流运动粘性系数与混合长度的关系为y

u l m m ??=2ε。证明：当1/<

六、说明边界层动量损失厚度的来源，并说明其物理意义