现代设计方法简答题.docx

1、现代设计方法简答题现代设计方法简答题集1.参数化绘图有何优点，常用的实现方法有那几种参数化绘图的优点是使得设计图可以随着某些结构尺寸的修改和使用环境的变化而变化，工作效率高。常用的设计方法又：作图规则匹配法、几何作图局部求解和辅助线作图法。2.参数化绘图方法中的几何作图局部求解法的核心思想是：1)在交互作图过程中随时标注每个新增加几何元素的自由度和所受的约束关系；2)判断几何求解的局部条件是否充分，通过遍历检测，依次解出条件成熟的元素参数；3)当图形的尺寸标注完整时，用批处理程序经过多遍扫描，解出绘图需要的所有未知数。3.什么是优化设计？简述优化设计的分类。答：优化设计亦称为最优化设计，它是以

2、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。宏观世界首先将设计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。优化方法大体上可分为两类：（1）计算目标函数值，比较目标函数值，并以之作为抚今迭代、收敛根据的方法。（2）变量函数极值理论为基础利用目标函数的以性态，并以之作为寻优、迭代收敛根据的方法。4.最常用的数据模型有那几种？其特点各是？1）层次性。指记录间是树型的组织结构。它体现了记录间的“一对多”的关系。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，但是它难于处理记录之间的复杂关系。2）

3、网络型。指事物之间为网络的结构组织。它体现了记录之间的“多对多”的关系。网络型机构能处理事物之间非常复杂的关系，但是模型结构也是极其复杂的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的组织结构，每一张二维表成为一个关系，表中的每一行为一个记录，每一列为数据项。关系型的模型结构组织比较简单但是能处理复杂的事物之间的联系。5.什么是数据模型？常用的数据模型有哪三种？答：数据模型是指数据库内部数据的组织方式，它描述了数据之间的各种联系，也是数据的高度结构化的表现。常用的数据模型有三种：层次型、网络型和关系型。（1）层次型：指记录间是树型的组织结构，体现了记录间的“

4、一对多”的关系。（2）网络型：指事物之间为网络的组织结构，它体现了事物间的“多对多”的关系。（3）关系型：它是以集合论中的“关系”的概念为理论基础，把信息集合定义为一张二维表的组织结构。6.线性规划与非线性规划有何区别？当目标函数F(x)和约束条件都是设计变量的线性函数时，列出这种数学模型并求解的过程，称为线性规划，只有一个公用算法，称为“单纯形法”。在所有的优化模型中，线性规划应用的最广。如果目标函数F(x)和约束条件中有一个或多个是设计变量的非线性函数时，列出这种数学表达式并求解的过程，称为非线性规划。解非线性规划问题有许多算法。7.简述有限元分析结果的后处理后处理所显示的结果主要有两类：

5、意识结构的变形，另一类是应力和应变在结构中分布的情况。一般用结构的三维线框图，采用与结构不同的比例尺，放大地显示其变形的情况，在受动载荷时，也可用动画显示其振动的形态。结构中应力、应变或唯一的分布用云图或等值线图来显示。8.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？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。9.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？答：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

6、提高就不明显。10.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?答：（1）当几何形状、材料性质及其它参数能用一个坐标描述时，选用一维单元； （2）当几何形状、材料性质及其它参数需要用两个相互独立的坐标描述，选用二维单元；（3）当几何形状、材料性质及其它参数需要用三个相互独立的坐标描述，选用三维单元。11.有限元分析过程中，如何决定单元数量？单元数量取决于要求的精度、单元的尺寸、以及自由度的数量，虽然，单元的数量越多精密度越高，但是也存在一个界限，超过这个值，精度的提高就不明显。单元数量大，自由度数也越大，计算机内存量有时会不够。12.有限元分析中，为什么要引入支撑条件？总体刚度矩阵

7、K,它是节点力矢量F与节点位移矢量之间的转移矩阵，K=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，可以在空间做刚体运动。这时，即使各节点力矢量是已知的，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。13.在有限元分析中，为什么要采用半带存储？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)只储存对角线元素以及上（或下）三角矩阵中宽为NB的斜带形区内的元素，可以大大减

8、小所需内存量。14.在有限元分析时，何为对称结构？一般如何处理？当结构变量的几何形状、尺寸、载荷和约束条件对称于某一个平面（对平面问题对称于某一条直线），其结构内部的应力及位移必定也对称于该平面（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，如结构有两个相互垂直的对称面（线）时，可之研究其四分之一。15.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1）直接根据总体刚度矩阵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式运算极其复杂。 2）分别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

9、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 。16.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。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。17.CAD系统分类中的集中式主机系统有什么优缺点？ 优点：一个集中的数据库统一管理所有数据。缺点：1、由于所有软件都存在主机里，一旦主机失误，将影响用户的工作。2、当计算量过大时

10、，系统响应变慢，甚至于会出现个别终端等待现象18.机械CAD支撑软件从功能上可分为哪三类？具体包括哪些软件？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。具体包括：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。19.CAD技术在机械工业中的应用主要有哪几方面？（1）二维绘图2）图形及符号库3）参数化设计 4）三维造型 5）工程分析 6）设计文档和生产报表。20.结合实际应用说明CAD工作过程？答：例如利用CAD设计一个零件的过程：(l）定义产品的几何模型，进行零件的形体设计，一般

11、用实体造型的方法建立零件的立体图。(2）转换为具体的数据(3）根据后续工作抽取模型中的数据进行处理(4）进行工程分析及计算(5）进行详细设计(6）编制全部设计文档，输出工程图。21.什么是CAD？什么是CAD系统？1）CAD是指人们在计算机软、硬件的辅助下对产品或工程进行设计、绘图、分析计算、修改和编写技术文件以及显示、输出的一种计算方法。 2）一般把应用于CAD作业的计算机（中、小型或微型计算机等）、软件（计算机的操作系统、图形支撑软件和专业应用软件等）以及外围设备（打印机和绘图仪等），总称为CAD系统。22.一个典型的CAD系统的硬件一般有那几部分组成？各部分的作用是什么？答：一个典型的C

12、AD系统基本硬件组成，一般户主机、输入设备、输出设备和储存设备四部分组成。(1）中央处理器CPU是控制和指挥整个系统运行并执行实际运算、逻辑分析的装置，是系统的核心。(2）输入设备的主要作用是将字符、平面或空间中点的坐标输入计算机，其基本功能是“定位”和“拾取”。“定位”是确定和控制光标在屏幕图形上的位置，“拾取”是选取屏幕图形上的某一内容。常用的输入设备有：键盘（Keyboard）、光笔、数字化仪、图形扫描仪。(3）输出设备的作用是将CAD系统的计算结果输出到屏幕或者纸面上。常用的输出设备可以分为两大类：一是与图形输入设备相结合构成具有交互功能的可以快速生成和删改图形的显示设备；二是在纸或者

13、其它介质上输出的可以永久保存图。(4）数据储存设备主要指外储存器，是用来储存大量的暂时不用而等待调用的程序和数据的装置。23.为什么CAD系统大都采用人机交互方式工作？答：CAD不是完全的设计自动化。实践经验证明，完全的设计自动化是非常困难的。CAD是将人的主导性与创造性放在首位，同时充分发挥计算机的长处，使二者有机的结合起来从而提高设计质量、缩短设计周期，降低设计费用。因此，人机交流以及人机交互工作方式是CAD系统的显著特点24.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？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

14、库统一管理所有数据。由于所有软件都存在主机里，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、外存容量大，是从事CAD课题的首选设备。 3）微型计算机系统。她的计25.CAD系统的软件可分为哪三类？其作用各是什么？1）系统软件。系统软件是直接配合硬件工作，并对其他软件起支撑作用的软件，主要指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

15、户进行CAD工作的通用工具软件 3）专用应用软件是专门为适应用户特定使用条件需要而开发的软件26.与传统设计方法相比较CAD技术的主要特点有哪些？1）制图速度快 2）图样格式统一，促进设计工作规范化、系列化和标准化 3）提高分析计算速度、能解决复杂的设计计算问题 4）易于技术资料的保存和查找，修改设计快，27.在工程设计的CAD作业中，一般对以线图形式给出的系数或参数如何处理？答：在工程设计的CAD作业中，对以线图形式给出的系数或参数和处理方法有以下几种：（1）如果能找到线图原来的公式，则找到原公式将公式编入程序。（2）将线图离散化为数表，再用表格的处理方法加以处理。（3）用曲线拟合的方法求出

16、线图的经验公式，再将公式编入程序。28.在CAD系统中，常用的几何建模方法有哪几种？各有何特点？答：1）在CAD系统中，几何模型按其描述和存储内容的特征，可分为线框几何模型、表面几何模型和实体几何模型三种。(2）线框几何模型：线框模型就是利用物体的棱边和顶点来表示其几何形状的一种模型。机构简单，易于处理，其输出入可通过键盘输入线段两端坐标值来实现，线框模型完全适合于从任何方向输出三视图和透视图等。但是，由于线框模型只是用物体的棱边来代表形体的形状，因而它只反映出三维形体的一部分形状信息，难以用来输出物体的剖面图、消隐处理以及画出两个面的交线或轮廓线等。也正因其简单，包含的信息量较小，所以它表达

17、的形体有时具有二义性。表面几何模型：表面几何模型是在线框模型的基拙上发展起来的。它除储存线框线段外，还储存各个外表面的几何描述信息。由于表面模型描述了形沐的各个面，故可处理与图形有关的大多数问题。如当两个面相交时，可求出其交线和隐藏线，也可求出形体的剖面线。但是，表面几何模型仍然不能自动进行体积、重量、重心等计算。因此，对物体仍没有构建起完整的三维几何关系，在透视投影中也不可能自动消去隐藏线等。实体几何模型。实体几何模型储存完整的三维几何信息。其墓本体素是由表面定义，并说明了表面哪一侧存在实体。它可以区分物体的外部和内部，可以提取各部分几何位置和相互关系信息。这种模型支持绘制真实感强和消去隐藏

18、线的透视投影和渲染图；自动计算生成剖面图波动进行物性计算；可将有关零件组装在一起，动态显示其运动状态，并检查空间能否发生千步；支持三维有限元网格自动剖分等。29.说明实体几何模型有哪些主要应用。答：实体几何模型支持绘制真实感强和消去隐藏线的透视图和渲染图；自动计算生成剖视图；自动进行物性计算；可将有关零部件组装在一起，动态显示其运动状态，并检查空间能否发生干涉；支持三维有限元网格自动剖分等。30.简述三维建模中线框模型的特点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。31.简述三维建模中表面几何模型的主要特点1）除了储存线框线段外还储

19、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。32.三维实体模型的实现方法中，体素构造法的基本思想是什么？需要存储的几何模型信息有哪些？1）体素构造法的基本思想是：各种各样几何形体都可以有若干个基本单元形体，经过有限次形状拼合运算构建得到。2）需要储存的几何模型信息是：所有的基本形体的类型、参数和所有的拼合运算过程。33.三维实体模型的实现方法中，边界表面表示法(B-reP)的基本思想是什么？需要储存的几何模型信息有哪些？边界表面表示法的思想是：几何实体都是由若干边界外表面包容而成的，可以通过定义

20、和全面储存这些边界的外表面信息的方法建立的实体几何模型。 B-reP法将实体外表面几何形状信息数据分为两类：几何信息数据：各外表面顶点坐标值和描述各外表面数学方程式的系数值； 拓扑信息数据：各外表面的组成及其相互位置关系。34.建立数学模型有哪三个基本步骤？1）识别要确定的未知变量，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）识别问题的约束条件或限制，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组35.什么是数据库？数据库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

21、的数据文件组成。36.与文件系统相比，数据库系统的主要特点有哪些？数据库系统的主要特点：1）实现了数据共享，减少了数据冗余；2）数据储存的结构化3）增加了数据的独立性4）加强了对数据的保护37.常用迭代终止准则有哪三种？1）点距准则，即当设计变量在相邻两点之间的移动距离已充分小时，可以相邻两点的矢量差的摸作为终止迭代的判据。 2) 值差准则，即当相邻两点目标函数之差已达到充分小时，可用两次迭代的目标函数之差作为终止判据 3）梯度准则，即当迭代点逼近极值点时，目标函数在该点的梯度已达到充分小时，可用梯度的模作为终止判据。38.说明常规设计方法中采用平均安全系数的局限性安全系数设计方法的优点是简便

22、、直观，并具有一定的实践依据（经验），所以，在传统设计中应用广泛。其缺点是，有很大的盲目性，未同零件的失效概率相联系。从强度-应力干涉图可知：！）即使安全系数大于1，仍然会有一定的失效概率;2)当零件强度和工作应力的均值不变（即对应传统设计的安全系数不变），但零件强度或工作应力的离散程度变大或变小时，其干涉部分也必然随之变大或变小，失效概率亦会增大或变小。39.常用的可靠度分配方法有哪三种？各自的分配原则是什么？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

23、：全面考虑各种因素的影响，采用优化方法分配可靠度。40.什么是串联模型系统？若已知组成系统的n个零件中每个零件的可靠度为Ri(t)，如何计算串联系统的可靠度？系统由几个零部件串联而成,系统中的零部件失效互相独立,如果其中一个零件发生故障就会引起整个系统的失效,这种系统称为串联系统。Rs=R1R2Rn41.简述可靠度分配中的等同分配法与加权分配法的主要区别。1)加权分配法足把各子系统在整个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的。 2)等同分配法没有考虑各子系统的可靠度、重要性等因素，是按照各子系统可靠度均等的原则进行可靠度分配的。42.可靠性与可靠度二者在概念上有何区别与联系?

24、答：可靠性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； 两者的联系就在于，可靠度是对产品可靠性的概率度量。43.什么是平均寿命和可靠寿命？平均寿命和可靠度之间有何关系？1）平均寿命：是指一批产品从投入运行到发生失效（或故障）的平均工作时间 可靠寿命：是指可靠度为R(t)=r时产品的寿命 2）平均寿命T与可靠度R(t)之间的关系为：T=。R(t)dt。44.系统可靠性的大小主要取决哪些因素？(1)组成系统的零部件的可靠性 (2)零部件的组合方式。45.简述可靠性设计与传统设计方法的区别。答：传统设计是将设计变量视

25、为确定性单值变量，并通过确定性函数进行运算。而可靠性设计则将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。46.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方面的内容：(1)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的设计等。(2)分析。它主要是失效分析，也包括必要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告。(3)数学。这是数理统计方法在开展可靠性工程上发展起来的一个数学分支。47.共轭梯度法的特点是什么？在梯度法靠近极值点收敛速度减慢的情

26、况下，共轭梯度法可以通过构造共轭方向，使其收敛速度加快，具有一次收敛速度，使得计算过程简便，效果又好：在每一步迭代过程中都要构造共轭方向，比较繁琐。48.为什么选项用共轭方向作为搜索方向可以取得良好的效果？选用共轭方向作为搜索方向可以取得良好的效果，主要是由共轭方向的性质所决定。共轭方向的性质为: 对于n维正定二次型函数，从任意初始点出发，依次沿着与矩阵A为共轭的n个线性无关的方向进行一维搜索，则能在第n或第n步以前达到极小点。49.简述梯度法的基本原理和特点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搜索方向，求目标函数的极小值。 特点：迭代计算简单

27、，只需求一阶偏导数，所占的储存单元少，对初始点的要求不高，在接近极小点位置时收敛速度很慢。50.如何提高光栅扫描显示器的分辨率？为了提高图形的清晰度，应增加扫描线的线数。有两个方法可供选择： 1）在水平扫描频率不变的前提下把水片扫描线数量增加一倍。 2）采用逐行扫描但水平扫描频率增高51.一维搜索方法中，0.618法的基本思想是什么？0.618法又称黄金分割法，要求定义区间a,b上的函数为单峰值函数通过不断割舍左端或右端的一部分，逐步把区间缩小之至极小点所在区间到给定误差范围内，从而得到近似的最优解，并且每次缩短的新区建长度与元区间长度的比值始终是一个常数。52.一维搜索最优化方法中二次插值法

28、的基本思想是什么？二次插值法的基本思想是:在选定的单峰区间内选一点，连同两端点，利用这三点的函数值构成一个二次多项式，作为原函数的近似，求近似二次多项式的极小点作为原函数的近似最优点。53.正态分布曲线的特点是什么？什么是标准正态分布？正态分布曲线f(x)具有连续性，对称性，其曲线与横坐标轴间围成的总面积恒等于1.在均值和离均值的距离为标准差的某一指定倍数z。之间，分布有确定的百分数，均值或数学期望表征随机变量分布的集中趋势，决定正态分布曲线位置；标准差，他表征随机变量分布的离散程度，决定正态分布曲线的形状。 定义=0,=1，即N(0,1)为标准正态分布。54.系统软件包括哪些？系统操作软件、

29、计算机语言、网络通信及管理软件和数据库及数据库管理软件。55. 什么是操作系统？它的主要功能有那些？答：操作系统是对计算机系统硬件（包括中央处理器、储存器、输入输出设备等）及系统配置的各种软件进行全面控制和管理的程序的集合。它负责对计算机系统内的所有资源进行监控，使之协调、高效的工作，是计算机最底层的软件，其它软件要在操作系统的支持下工作。它具有五方面的管理功能断管理。即内存分配管理、文件管理、外部设备管理、作业管理和中。56.什么是系统工程？以软件工程方法开发软件，大概要经过哪些主要阶段？1）软件工程就是采用工程化法进行软件开发 2） 以软件工程开发软件，大致可划分为以下几个阶段：需求分析和

30、可行性研究阶段，系统功能和系统结构设计阶段，程序设计和编写阶段，软件测试阶段，使用和维护阶段。57.什么是库恩-塔克条件？其几何意义是什么？库恩-塔克条件是，约束极值点存在的条件是：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锥体，目标函数的负梯度应包含再此锥体内。58.简述强度-应力干涉理论中“强度”和“应力”的含义，试举例说明之“应力”表示导致失效的任何因素；而“强度”具有广泛的含义，指阻止失效发生的任何因素。“强度”和“应力

31、”是一对矛盾的两个方面，它们具有相同的量纲；在解决杆、梁、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。59.简述平面应力和平面应变的区别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 平面应力问题中由于Z项尺寸大，该方向上的变形是被约束住的，沿Z项应变为零 2）弹性矩阵不同：将平面应力问题弹性矩阵中的E换成 、把换成/(1-)，就成为平面应变问题的

32、弹性矩阵。60.什么是规格化设备坐标系？在图形程序设计中，采用规格化设备坐标系有什么好处？1）为了便于图形处理，引入一个与设备无关的坐标系，采用一种无量纲的单位代替设备坐标，当图形输出时，再转换为具体的设备坐标。这就是规范化设备坐标系 2）采用规格化设备坐标系的好处是：用户的图形数据经转换成规格化设备坐标系中的值。使应用程序与图形设备隔离开，增强了应用程序的可移植性。61.在进行图形处理时，为什么要引入规格化设备坐标系？1）用于用户的图形是定义在世界坐标系里，而图形的输出是定义在设备坐标系里。不同的图形设备具有不同的设备坐标系且其工作范围也不相同。（2）为了便于图形处理，有必要定义一个标准设备，引入与设备无关的规格化设备坐标系，采用一种无量纲的单位代替设备坐标，当输出图形时，再转化为具体的设备坐标。（3）规格化设备坐标系的取值范