2021年现代设计方法复习资料自考本科

《当代设计办法》课程考前复习资料

1、什么是优化设计？简述优化设计分类。

答：优化设计亦称为最优化设计，它是以数学规划理论为基本，以电子计算机为辅助工具一种设计办法宏观世界一方面将设计按规定格式建立数学模型，并选取适当优化办法，选取或编制计算机程序，然后通过电子计算机计算自动获得最优化设计方案。

优化办法大体上可分为两类：

（1计算目的函数值，比较目的函数值，并以之作为抚今迭代、收敛依照办法。

（2变量函数极值理论为甚础运用目的函数以性态，并以之作为寻优、迭代收敛依照办法。

2简述求总体刚度矩阵办法？

答：求总体刚度矩阵办法重要有两种：一种是直接依照总体刚度系数定义分别求出它们，从而写出总体刚度矩阵：另一种是分别先求出各单元刚度矩阵，依照叠加原理，然后运用集成办法求出总体刚度矩阵。

3 在有限元分析中，为什么要采用半带存储？答：（1）单元尺寸越小，单元数越多，分析计算精度越高单元数越多，总体刚度矩阵阶数越高，所需计算内存量和计算量越大。（2）总体刚度矩阵具备对称性、稀疏性、奇异性以及非零元素带形颁布规律。（3）只存储主对角线元素以上三角矩阵中宽为Nb斜带形区内元素，可以大大减小所需内存量。

4可靠性工程领域重要涉及哪几种方面内容？答：可靠性工程领域重要涉及如下三方面内容：(1)计。它涉及了设计方案分析、对比与评价，必要时

也涉及可靠性实验、生产制造中质量控制设计及使用维修规程设计等。(2)分析。它重要是失效分析，也涉及必要可靠性实验和故障分析。这方面工作为可靠性设计提供根据，也为重大事故提供科学责任分析报告。(3)数学。这是数理记录办法在开展可靠性工程上发展起来一种数学分支。5机械CAD支撑软件从功能上可分为哪三类？详细涉及哪些软件？

答：机械CAD支撑软件从功能上可分三类：第一类解决几何图形设计问题；第二类解决工程分析与计算问题；

第三类解决文档写作与生成问题。

详细涉及：基本图形资源软件；二维绘图软件；几何造型软件；工程分析及计算软件；文档制作软件。

6简述多维空间一维搜索最优化办法？答：多维空间最优化办法，普通遵循这样一种基本形式：从一种初始点X0出发，按一定规定律拟定一种搜索S0，然后在搜索S0上搜索到目的函数极小点X1；接着双以X1为新出了点，拟定一种搜索S1，再在S1方向上搜索到目的极小点X2，作为下一次迭代出了点。如此重复上述过程，直到把目的函数调节到最优值F（X）为止。

7简述用有限元法求解问题环节？

答：对整个构造进行简化，将其分割成若干个单元，单元间彼此通过节点相连；（1）刚度矩阵；体刚度矩阵并写出总体平衡方程；（3）承条件，求出每个节点位移；（4）单元内应力和应变。

8惯用可靠度分派办法有哪三种？各自分派原则是什么？

答：（1）等同分派法：它按照系统中各单元（子系统或零部件）可靠度均相等原则进行分派。（2）加权分派法：把各子系统在整体系统中重要度以

及各子系统复杂度作为权重来分派可靠度。（3）最优分派法：全面考虑各种因素影响，采用优化办法分派可靠度。9简述故障树分析环节？答：故障树也叫失效树分析，简称FTA，是系统可靠性有力工具，故障树分析环节：（1）悉系统基本上，建立故障树；（2分析，辨认系统薄弱环节；（3）分析，对系统可靠性作出评价。

10 何谓软件工程？一套软件生存周期大体可分为几种阶段？

答：软件工程就是采用工程化办法进行软件开了，是为了避免“软件危机”面了展起来技术。一套软件系统人研制开始互最后废弃，整个生存周期大体可划分为如下几种阶段：需求分析和可行性研究阶段、系统和系统构造设计阶段、程序设计及阶段、软件测试阶段、使用与维护阶段。

11什么是复合形法？简述其重要特点？答：复合形法是在单纯形法基本上修改而成。其优化过程是在可行域内选k个设计点，作为初始复合形顶点，构成一种多面体，然后对多面体各顶点函数逐个进行比较，电影票函数值最大为坏点，按照一定规则去掉坏点面代以新点，构成一种新多面体；依次环节重复多次，使复合形位置逐渐调向邻近最长处，最后以顶点中目的函数值最小点，作为近似最长处而得解。复合形法由于在迭代计算中不必计算目的函数导数，也不用一维搜索，因此程序构造比较简朴，合用性较广。对设计变量增长，维数高或约束条件多优化问题，为了得到较好新顶点，往往要向中心点多次收缩，国而计算效率明显减少。

12平面刚架与一维构造相比有哪些特点？答：平面刚架比一维构造要些，重要体当前：（1）不再只是轴向位移，对于一根平面杆件两个端点，除轴向位移处，尚有垂直于轴向横向公位移和角位移。选定杆端点为节点，每个节点位移分量由一种增长到三个。（2）件构成，各杆件取向不同。将每

个杆件当作是一种单元，各单元轴线方向不再相似。

13简述可靠性设计记录指标？

答：可靠性记录指标涉及；（1）和累积失效频率；（2）数和累积失效密度；（3）效密度和瞬时失效密度；（4）率和失效率函数；（5）与可靠寿命。14简述“窗口”和“视区”定义及它们之间匹配？

答：窗口在顾客坐标系中定义拟定显示内容一种矩形区域，只有在这个区域内图形才干在设备坐标系中，而窗口外某些则被载掉。视区是在设备坐标系中定义一种矩形区域，用于输出窗口中图形。视区决定了窗口中图形要显示与屏幕上位置和大小。窗口和视区匹配就是将两个矩形区域点按相对位置一一相应起来。

15简述在优化设计过程中，建立数学模型环节？

答：建立数学模型是优化设计过程中非常重要一步，建立数学模型三个基本环节如下：（1）定未知变量（设计或决策变量），并用代数符号表达它们；（2）标或鉴别原则，并将其表达为要最大化或最小化函数；（3）题约束或限制，并将它们表达到未知变量线性或非线性等式或不等式组。

16简述由整体坐标系单元刚度矩阵子矩阵集成刚度矩阵环节？

答：（1）对一种有n个节点构造，将刚度矩阵[K]划提成n乘n个子区间，然后按节点总码顺序进行编码；（2）将整个坐标系中单元刚度矩阵各子矩阵，依照其下标两个总码对号入座，写在总体刚度矩阵相应子区间内；（3）间内子矩阵相加，成为总体矩阵中相应子矩阵。

17在有限元分析时，如何解决对称构造？当构造几何开关、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始终线索，其构造内部应力及位移必然也对称于该平面（线），则称之为对称构造。研究对称构造

时，可沿对称面（线）将其切开，只研究它一半。若构造有两个互相垂直对称面（线）时，可只研究其四分之一。

18与老式设计办法相比，可靠性设计有哪些特点？

答：（1）办法是将安全系数作为衡量安全与否指标，但安全系数大小并没有同可靠度直接挂钩，这就有很大盲目性。可靠性设计与之不同，它强调在设计阶段就把可靠度直接引进到零件中，即由设计直接决定固有可靠度。(2计是把设计变量视为拟定性单值变量并通过拟定性函数进行计算，面可靠性设计则把设计变量视为随机变量并运用随机办法对设计变量进行描述和运算。(3)性设计中，由于应力和强度都随机变量，因此判断一种零件是不否安全可靠，就以强度不不大于应力概率大小来表达，这就是可靠度指标。

(4)计与可靠性设计都是以零件安全或失效作为研究内容，因而，两者之间有着密切联系。可靠性设计是老式设计延伸与了展，在某种意义上，也可以以为可靠性设计只是在老式设计办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。

19与文献系统相比，数据库系统重要特性有哪些？答：(1)数据共享，减少了数据冗余；(2据存储构造化；

(3)了数据独立性；(4)数据保护。

20优化办法普通需要考虑因素有哪些？答：数学模型类型，如有约束或无约束，是持续变量或是离散变量，函数是非线性还是全为线性等。

数学模型规模，即设计变量维数和约束条件数多少。

模型中函数性质，如与否持续，一阶和二阶导数与否存在等。

优化算法与否有现成计算机程序，理解它语言类型、编程质量、所合用机

器类型等。

理解算法基本构造、解题可靠性、计算稳定性等某些性能。

程序界面性，虽然用简易性及输入、输出解释清晰限度等。

21刚度矩阵特性？

答：对称性，总体刚度矩阵具备对称性，这样一来在计算机中只需要存储它上三角某些；奇异性，其物理意义仍在无约束状况下，整个构造可做刚体运动；稀疏性，刚度矩阵中有许多零子，且非零子矩阵中尚有大量零元素，这种矩阵称为稀疏矩阵，大型构造总体刚度矩阵都是稀疏矩阵。

22元分析过程中，构造离散化时如何决定单元尺寸？

答：单元尺寸概念有两个方面：一是单元自身大小，另一方面指单元内自身几种尺寸之间比率。单元自身尺寸小，所得到精度高，但是所需计算量大，为减少计算量，有时对一种构造要用不同尺寸单元离散。一种单元中最大与最小尺寸要尽量接近。

23可靠性与可靠度区别与联系？

答：可靠性是指产品在规定期间内，在规定条件下，完毕规定功能能力；可靠度是指产品在规定期间内，在规定条件下，完毕规定功能概率；显然，可靠度是对产品可靠性概率度量。

24是数据库系统数据模型？简述其三种惯用类型？

答：数据模型是指数据库内部数据组织方式，描述了数据之间各种首级，也是数据高度构造化体现。宏观世界是数据库核心和基本，每一种数据库管理系统都是基于某种数据模型。最惯用数据模型有三种：层次型、网络型和关系型。层次型是指记录间是树型组织构造，体现记录间“一对多”关系；网络型是指事物之间为网络组织构造，体现事物间“多对多”关系；

关系型是以集合上“关系”概念为基本，是把信息集合定义为一张二维表组织构造。

25是优化设计成果敏捷度分析？有何作用？

答：所谓优化成果敏捷度分析，是指当获得最优设计方案时，分析由于约束或设计变量发生某些变化面对最优解导致影响。它作用涉及：

1找出最敏捷因素，如果能变化某些可控变量数据，研究它对最优解产生影响；若对给定参数作微小变化，而对最优解产生相称大有利作用，则这个参数就是最敏捷因素。

2供与研究对象改进和补充关于有介值信息，以便改进所研究数学模型。3弄清晰研究对象对这个系统中那些不可控参数或变量变化所起作用。

26么在三你形单元中采用线性位移模式？答：1三角形单元有六个自由度，所选位移模式中也有六个称为位移参数{a}待定系数，这样只需用三个节点六个位移分量就可以完全拟定它们。2位移模式应当与局部坐标系方位无关，这样，多项式中有x项，则必要有对称y项。3采用线性函数作位移模式，求解过程将大大简化。

27是3 法则？

答：既有手册中给出材料强度数据往往是一种范畴，咱们在摘引这些数据以供可靠性设计使用时，必要加以改造。由于这些数据是通过长期大量测试得到，可以它们服从正态分布，因而，咱们手册中所给数据范畴覆盖了该随机变量正负3 ，即6倍原则差，这一假设称为3 法则。从正态分布得知，相应正负3 范畴可靠度已为0.9973。

28是CAD技术？CAD技术有何重要特点？答：CAD是计算机辅助设计英文缩写，已经成为一种世界性通用专业词汇。它是指人们在计算机软硬

件辅助下对产品或工程进行高、绘图、分析计算、修改和编写技术文献以及显示输出一种设计办法。它重要特点有：1制图速度快，减少手工绘图时间，提高了工作效率。2力样格式统一，质量高，增进设计工作规范化、系列化和原则化。3提高分析计算速度，可以解决复杂设计计算问题。4易于技术资料保存及查找，修改设计快，缩短了产品设计周期。5设计时可预估产品性能。

29罚函数函数形式不同，可分为内点法、外点法和法三种？

答：内点法是指引新目的函数定义于可行域内，因而其初始点和背面产生迭代点序列也必然在可行域内。这种办法是求解不等式约束最优化问题一种十分有效办法，但不能解决等式约束。外点法基本思想是将罚函数定义于约束可行域之外，且求解无约束问题搜索点是从可行域处部逐渐逼近原目的函数约束最优解。混合法把内点法、外点法结合起来，解决既有不等式约束又有等式约束优化设计问题很有效。

30元前解决技术有哪些工作？

答：前解决程序功能重要涉及：设计人员运用CAD软件对简化零件或构造进行设计后，在拟定构造中各零件或构造进行设计后，在拟定构造中各零件联结方式基本上，前解决程序进行单元自动分割生成网络、单元和节点自动优化编码实现带宽最小和和节点坐标值拟定等。同步，还可以使用图形有系统显示单元分割状况，检查单元分割合理性，这项工作可采用人机对话方式进行，有些加密和有限元模型尺寸优化。

31行有限元分析时，什么状况下适合选取一维、二维和三维单元？

答：1当几何开关、材料性质及其她参数能用一种坐标描述时，选用一维单元2当几何开关、材料性质及其她参数需要用两个互相独立坐标描述，

选用二维单元。最惯用二维单元是三角形单元。3当几何开关、材料性质及其她参数需要用三个互相独立坐标描述，选用三维单元。最基本三维单元是四周体或六面体。

32 度—应力干涉理论中“强度”和应力含义，试举例阐明？

答：应力表达导致失效任何因素；而强度表达制止失效发生任何因素。强度和就是一对矛盾两个方面，它们具备相似量纲；例如，在解决杆、梁或轴尺寸可靠性设计中，“强度”就是指材料强度，应力就是指零件危险断面上应力，但在解决压杆稳定性可靠性设计中，“强度”则指是判断压杆与否失稳“临界压力”，而应力则指压杆所受工作核动力。

33数据库系统定义是什么？

答：数据库系统是在文献系统基本上发展起来一门新型数据管理技术，它是“为满足某一组织中各种顾客各种需要，在计算机系统上按照一定数据模型组织、存储和使用互有关联数据集合”，由一系列各种组织形式数据文献组合。

33什么是强度—应力干涉理论？

答：在可靠性设计中，由于强度r和应力s都是随机变量，因而，一种零件与否安全可靠，就以强度不不大于应力概率大小来判断。这一准则可表达为R(r)=P(r不大于s)不不大于等于[R]，其中，R为设计规定可靠度，需要强调是，强度r应力s均有广泛含义应力是指，导致失效任何因素，而强度是指，防止失效发生任何因素。

34 系统从软件上可分类哪几类？其作用分别是什么？

答：1系统软件，系统软件是直接配合硬件工作，并对其她软件起着支撑作用，重要是操作系统和各种计算机语言。