《现代设计方法》简答题
361、简述求总体刚度矩阵的方法。答：求总体刚度矩阵的方法主要有两种：一种是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：另一种是分别先求出各单元的刚度矩阵，根据叠加的原理，然后利用集成的方法求出总体刚度矩阵。
362、简述总体刚度矩阵的特性。答：总体刚度矩阵有如下特性：(1)对称性，总体刚度矩阵具有对称性，这样一来在计算机中只需要存储它的上三角部分：(2）奇异性，其物理意义仍在无约束得情况下，整个结构可做刚体运动：(3)稀疏性，总体刚度矩阵有许多零子矩阵，且非零子矩阵中还有大量的零元素，这种矩阵称为稀疏矩阵，大型结构的总体刚度矩阵一般都是稀疏矩阵。
363、什么是数据库系统的数据模型？简述其三种常用类型。答：(1)数据模型是指数据库内部数据的组织方式，描述了数据之间的各种联系，也是数据高度结构化的表现，它是数据库的核心和基础，每一种数据库管理系统都是基于某种数据模型的。最常用的数据模型有三种：层次型、网络型和关系型。（2)层次型是指记录间是树型的组织结构，体现记录间的“一对多”的关系：网络型是指事物之间为网络的组织结构，体现事物间的“多对多”的关系：关系型是以集合论中的“关系”的概念为理论基础，是把信息集合定义为一张二维表的组织结构。
364、简述强席一戍力干涉理论中的“强度”和“应力幻的定义，试举例说明。答：(1)强度一应力干涉理论中“强度”和“应力”具有广泛的含义：“应力”表示导致失效的任何因素：而“强度”表示阻止失效发生的任何因素。(2)“强度”和“应力”是一对矛盾的两个方面，它们有相同的量纲：例如，在解决杆、梁或轴的尺寸的可靠性设计中，“强度”就是指材料的强度，“应力”就是指零件危险断面上的应力，但在解决压杆稳定性的可靠性设计中，“强度”则指的是判断压杆是否失稳的“临界压力”，而“应力”则指压杆所受的工作压力。
366、什么是优化设计？答：优化设计亦称最优化设计，它是以数学规划理论为基础，以电子计算机为辅助工具的一种设计方法。它首先将设计问题按规定的格式建立数学模型，并选择合适的优化方法，选择或编制计算机程序，然后通过电子计算机计算自动获得最优化设计方案。
367、简述求总体刚度矩阵的方法。答：求总体刚度矩阵的方法主要有两种：一种是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：另一种是分别先求出各单元的刚度矩阵，根据叠加的原理，然后利用集成的方法求出总体刚度矩阵。
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、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，分析计算精度越高越高单元数越多，总体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)总体刚度矩阵具有对称性、稀疏性、奇异性以及非零元素带形分布的规律。(3)只存储主对角线元素以及上三角矩阵中宽为NB的斜带形区内的元素，可以大大减小所需内存量。
369、可靠性工程领域主要包括哪几个方面的内容？答：可靠性工程领域主要包括以下三个方面的内容：(1)可靠性设计。'它包括了设计方案的分析、对比与评价，必要时也包括可靠性试验、生产制造中的质量控制设计及使用维修规程等设计。(2）可靠性分析。它主要是指失效分析，也包括必要时的可靠性试验和故障分析。这方面的工作为可靠性设计提供依据，也为重大事故提供科学的责任分析报凸E (3)可靠性数学。这是数理统计方法在开展可靠性工作中发展起来的一个数学分支。370、简述优化方法的分类。答：优化方法大体上可以分为两类：(1)直接计算目标函数值，比较目标函数值，并以之作为迭代、收敛的方法：(2)以多变量函数极值理论为基础，利用目标函数的状态，并以之作为寻优、迭代、收敛根据的方法。
371、机械CAD支撑软件从功能上可以分为哪几类？答：机械CAD支撑软件从功能上可分为三类：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。
372、简述多维空间的一维搜索最优化方法。答：多维空间的最优化方法，一般遵循这样一种基本形式：从一个点X（0）出发，按一定规律确定一个搜索方向S(o)，然后在搜索方向S(o）上搜索到目标函数的极小再在S（1）方向上搜索到目标函数的极小值X(2)，作为下一次迭代的出发点。如此重复上述过程，直到把目标函数调整到最优值F(X')上为止。
373、简述有限元祛求解问题的步骤。答：(1)对整个结构进行简化，将其分割成若干个单元，单元间彼此通过节点相连：(2)求出各单元的刚度矩阵：(3）集成总体刚度矩阵并写出总体平衡方程：(4)引入支撑条件，求出各个节点的位移：(5)求出各单元内的应力和应变。
374、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：(1)等同分配法：它按照系统中各单元（子系统或零部件）的可靠度均相等的原则进行分配；(2)加权分配法：把各子系统在整体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。
375、 简述故障树分析的具体步骤。答：故障树分析的步骤
：(1)在充分熟悉系统的基础上，建立故障树；(2)进行定性分析，识别系统的薄弱环节：(3)进行定量分析，对系统的可靠性做出评价。
376、一套软件的生存周期大致可以分为几个阶段？答：一套软件系统从研制开始到最后废弃，整个生存周期大致可以划分为以下几个阶段：需求分析和瓦行性研究阶段、系统功能和系统结构设计阶段、程序设计及编写阶段、使用与维护阶段。
377、什么是复合形法？简述其主要特点？答：复合形发是在单纯形法的基础上修改而成的。其优化过程是在可行域内选k 个设计点，作为初始复合形的顶点，构成一个多面体：然后对多面体各顶点的函数值逐个进行比较，目标函数值最大的为坏点，按照一定规则去掉坏点而代以新点，构成一个新的多面体：依次步骤重复多次，使复合形的位置逐步调向邻近最优点，最后以顶点中目标函数值最小的点，作为近似最优点而求解。
378、平面刚架与一维结构相比有哪些特点？答：平面刚架比一维结构要复杂些，主要表现在：(1)节点位移不再只是轴向位移，对于一根平面杆架的两个顶点，除轴向位移外，还有垂直于轴向的横向位移和角位移。选定杆的端点为节点， 每个节点的位移由一个增加到三个。（2)刚架由许多杆架件组成，各杆件的取向不同。将每个杆件看成是一个单元，各杆件的轴向方向不再相同
379、简述可靠性的统计指标。答：可靠性的统计指标包括：(1)存活频率和累积失效频率：(2)可靠度函数和累积失效函数：(3)平均失效密度和瞬时失效密度：(4)平均失效率和失效率函数(5)平均寿命和可靠寿命。
380、简述“窗口”和“视区”的定义及它们之间的匹配。答：窗口是在用户坐标系中定义的确定显示内容的一个矩形区域，只有在这个区域内的图形才能在设备坐标系中输出，而窗口外的部分则被裁掉。视区是在设备坐标系中定义的一个矩形区域，用于输出窗口中的图形。视区决定了窗口中图形要显示于屏幕上的位置和大小。窗口和视区的匹配就是将两个矩形区域的点按相对位置一一对应起来。
381、简述在优化设计的过程当中，建立数学模型的步骤。答：建立数学模型的三个步骤如下：(1)识别要确定的未知变量（设计或决策变量)，并用代数符号表示它们：(2)识别目标或判别标准，并将其表示为要最大化或最小化的函数：(3)识别问题的约束或限制，并将它们表示成未知变量的线性或非线性的等式或不等式。
382、简述由整体坐标系单元刚度矩阵的子矩阵集成总体刚度矩阵的步骤。答：(1)对一个有n个节点的结构，将总体刚度矩阵[K]划分成nxn个子矩阵，然后按照
节点总码的顺序进行编码：(2)将整个坐标系中单元刚度矩阵的各子矩阵，根据其下表的两个总码对应入座，写在总体刚度矩阵相应的子区间内。(3)同一区间内的子矩阵相加，成为总体刚度矩阵中相应的子矩阵。
383、在有限元分析时，如何处理对称结构？答：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必定对称于该平面（线)，则称之为对称结构。研究对称结构时，可沿对称面（线>将其切开，只研究它的一半。若结构具有两个互相垂直的对称面（线>时，可以只研究其四分之一。
384、与文件系统相比，数据库系统的主要特征有哪些？答：数据库系统的主要特征：(1）实现了数据共享，减少了数据冗余：（2)数据存储的结构化；(3)增加了数据的独立性：(4)加强了对数据的保护。
385、简述对于平面刚架问题，如何将整体坐标系的单元刚度集成为总体刚度矩阵。答：（1)将一个有n个节点的结构，将总体刚度矩阵划分成nxn个子区间，然后按节点总码的顺序进行编码。(2)将整体坐标系中单元刚度矩阵的各个子矩阵，根据其下标的两个总码对号入座写在总体刚度矩阵相应的子区间内。（3)同一子区间内的子矩阵相加，成为总体矩阵中相应的子矩阵。
386、试写出最常用的数据模型及其特点。答：(1)层次型 指记录间是树形的组织结构，体现了记录间“一对多”的关系，层次型结构具有结构简单、'清晰的特点，适用于记录之间本身就存在一种自然的层次关系，但它难以处理记录之间复杂的联系。(2)网络型 指事物间为网络的组织结构，体现了事物间“多对多”的关系。网络型结构能处理事物间非常复杂的联系，但其模型结构也是极其复杂的层次结构是网络结构的一种特例。(3)关系型 它是以集合论中的“关系”的概念为理论基础，指把信息集合定义为一张二维表的组织结构，每一张二维表称为一个关系，表中的每一行为一个记录，每一列为数据项。
387、有限元分析过程中，结构离散化时如何决定单元尺寸？答：单元尺寸的概念有两个方面，一是单元本身的大小，另一方面是指单元内自身几个尺寸之间的比率。单元本身尺寸小，所得到的精度高，但是所需要的计算量大。为减少计算量，有时对一个结构要用不同尺寸的单元函数。一个单元中最大与最小的尺寸要尽量接近。388、简述可靠性与可靠度的区别与联系。答：可靠性是指产品在规定时间内，在规定的条件下，完成规定功能的能力。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。显然，可靠
度是对产品可靠性的概率度量。
389、什么是数据库系统的数据模型？答：．数据模型是指数据库内部数据的组织方式，描述了数据之间的各种联系，也是数据高度结构化的表现。它是数据库的核心和基础，每一种数据库管理系统都是基于某种数据类型的。
390、什么是优化设计结果的灵敏性分析？答：所谓优化设计结果的灵敏性分析是指当取得最优设计方案时，分析由于约束或设计变量发生某些变化而对最优解造成的影响。
391、简述数据库系统的定义。答：数据库系统是在文件系统的基础上发展起来的一门新型数据管理技术，它是“为满足某一组织中多个用户的多种需要，在计算机系统上按照一定的数据模型组织、存储和使用的相互关联的数据集合”，由一系列各种组织形式的数据文件组成。
392、优化设计结果的灵敏性分析有何作用？答：它的作用包括：(1)找出最灵敏因素，如果能改变一些可控变量的数据，研究它对最优解产生的影响：若对给定数据作微小变化，而对最有解产生相当大的有利作用，则这个参数就是最灵敏参数。（2)提供与研究对象的改进和补充有关的有价值信息，以便改进所研究对象的数学模型。(3）弄清楚研究对象对这个系统中那些不可控参数或变量变化所起的作用。
393、为什么在三角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，所选的位移模式中也有六个称为位移参数（a）的待定系数，这样只需要用三个节点的六个位移分量就可以完全确定它们。(2)位移模式应当与局部坐标系的方位无关。这样，多项式中有x的项，则必须有对称的y项。(3)采用线性函数作为作位移模式，求解过程将大大简化。
395、什么是3σ法则？答：现有手册中给出的材料强度数据往往是一个范围，我们在摘引这些数据以供可靠性设计使用时，必须加以改造。因为这些数据是经过长期大量测试得到的，可以认为它们服从正态分布（即使不服从正态分布，按正态分布来处理也会得到偏于安全的结果），因此，我们认为手册中所给的数据范围涵盖了该随即变量的士30-，即6倍的标准差，这一假设称为±3σ法则。
396、简述数据库系统的主要特征。答：数据库系统的主要特征包括：（1)实现了数据共享，减少了数据冗余；(.2)数据存储结构化：(3)增强了数据的独立性：(4)加强了对数据的保护。
398、简述装配图的形成方法中子图拼合法的基本原理和特点。答：将装配图分解成一些子图形，绘制装配图时调用已编制好的子图程序，将子图组合到合适的位置，最终完成整俪装配图的绘制。为了适应装配图的变化，对于转配过
程可能出现的各种情况，由程序中的参数取不同值来诀定。子图拼合法的特点：这种方法对软件的要求较低，但要编制专用的转配图程序，且输入的参数较多，修改设计及应变能力较差。
399、梯度法有何特点？答：梯度法的特点有：(」)其迭代计算比较简单，只需求一节偏导数，所占用的储存单元少，对初始点的要求不高：(2)梯度法在接近极小值点位置时收敛速度很慢，只有当目标函数的等值线为同心圆时，任一点处的负梯度才是全域的最速下降方向：(3)梯度法开始走的步长很大，接近极小点时走的步长很小，通常将梯度法与其它方法配合使用，开始使用梯度法，以后采用其它更有效的方法。
400、在对刚架结构进行分析时，如何处理非节点载荷？答：在对钢架结构进行分析时，应该进行载荷的移置，将作用在单元非节点上的载荷移置到其它节点上，以建立总体平衡方程。处理非节点载荷一般可以在整体坐标系中进行，其过程包括：将杆单元各自看成是一根两端都固定的梁，各自求出两个固定端的约束反力：然后，将固定端的约束反力变号，按节点进行集成，获得各节点的等效载荷。
401、简述血表决系统的定义和与其它系统的关系。 答：在n各零件组成的表决系统中，n个零件都参加工作，但其中只要有r个以k.的零件正常工作（1
402、有限元分析过程中，当划分单元时如何决定单元尺寸？答：单元尺寸的概念包括两个方面：一方面是单元本身的大小，另一方面指单元内自身几个尺寸之间的比率。单元本身尺寸小，所得到的精度高，但所需的计算量大，为了减少计算量有时对一个结构要用不同尺寸的单元离散。一个单元中最大与最小的尺寸要尽量接近。
403、什么是数据库系统的数据模型？答：数据模型是指数据库内部数据的组织方式，描述了数据之间的各种联系，也是数据高度结构化的表现。它是数据库的核心和基础，每一种数据库管理系统都是基于某种数据类型的。
404、CAD系统从软件上可以分为哪几类？其作用分别是什么？答：在CAD系统中，软件大体上可以分为三类：(1)系统软件。系统软件是指直接配合硬件工作，并对其它软件起着支撑作用，主要是操作系统和各种计算机语言。（2)支撑软件。CAD支撑软件是指在CAD系统中，支撑用户进行CAD工作的通用性功能软件。(3)专用应用软件，.专用应用软件是指专门为适应用户特定使用条件需要而开发的软件。
405、在有限元中，
单元刚度矩阵为什么要进行坐标转换？答：在推导单元刚度矩阵时，采用的是局部坐标系。但在研究刚架或珩架时，由于各杆的取向不同，存在着若干个局部坐标系，给整体分析带来了麻烦u 为了便于进行蛊：赶分析，要求整个结构的所有杆件都采用一个公共坐标系，称为整体坐标系。由于单元刚度矩阵是在局部坐标：中得到的，因此必须进行坐标转换，将在局部坐标系中得到的单元刚度矩阵转换成整体坐标系中的单元刚度矩阵。
407、简述复杂系统可靠性预测的方法。答：复杂系统的可靠性预测方法可以分为两类：(1)，等效功能法。即把系统中某一部分看作一个串联或并联子系统，而两个复杂系统就变成了由这些字系统构成的基本模型，这样就可以分别计算出整个系统的可靠度。(2)布尔真值表法。对等效功能图法不适用的复杂系统，可以用布尔真值表法。该方法是将每个元件的两种状态（正常或故障)，列成真值表的。形式，然后计算。
409、系统可靠性的大小主要取决于哪些因素？答：(1)组成系统的零部件的可靠性：(2)零部件的组合方式。
410、有限元的前处理技术主要包含哪些工作？答：前处理程序的功能主要包括：设计人员利用CAD软件对简化的零件或结构进行设计后，在确定结构中名零件的联结方式的基础上，前处理程序迸行单元的自动分割生成两格、单元和节点的自动化编码实现带宽最小和各节点坐标值的确定等。同时，还可以使用图形系统显示单元分割的情况，检查单元分割的合理性。这项工作可采用人机对话的方式进行。有些系统还可以实现在集中区内局部自适应网格加密和有限元的尺寸优化。