2024年高等教育工學類自考-02200現代設計方法考試近5年真題附答案

（圖片大小可自由調整）2024年高等教育工學類自考-02200現代設計方法考試近5年真題薈萃附答案第I卷一.參考題庫(共100題)1.梯度方向是指（）增長最快的方向。2.實驗測試了自變量為3，4，5，6，7，8時的函數值，現要用拋物線插值法計算5.3處的函數值，選擇下列哪組自變量及其對應的函數值進行插值計算較為合理（）A、3，4，5B、4，5，6C、5，6，7D、6，7，83.寫出n元函數的泰勒展開式。4.請簡述現代CAD技術的概念。5.在單峰搜索區(qū)間[a，b]內，任取兩個試算點a1，a2，若兩點的函數值F（a1）>F（a2），則縮小后的區(qū)間為（）6.世界坐標系是一個符合右手定則的直角坐標系，世界坐標系也稱為（）坐標系。7.若函數F（x）在Dl上具有連續(xù)二階導數（D是Dl內部的凸集），則F（x）為D上的凸函數的充分必要條件是F（x）的Hessian矩陣（）A、半正定B、正定C、半負定D、負定8.簡述數值計算的迭代方法特點。9.有限元方法可以用來解決工程實際中的許多問題，這些問題主要可以分成三類：平衡或穩(wěn)態(tài)問題，（）問題和瞬態(tài)問題。10.優(yōu)化設計的數學模型的基本組成要素是（）A、設計變量，目標函數，約束條件B、設計變量，目標函數C、設計空間，目標函數，約束條件D、設計變量，約束條件11.寫出n元函數的海賽矩陣。12.一般機械產品的可靠性設計程序分哪幾個階段？13.最優(yōu)化問題，按是否包含有約束條件分為（）和（）。14.什么是約束條件？約束條件和可行域有何關系？15.對于一個無約束優(yōu)化問題，若設計變量很多（n>20），且每一步的Hessian矩陣求解很費時間，則下列方法對于該類問題較為適用的是（）A、擬牛頓法B、變尺度法C、罰函數法D、復合形法16.可靠性設計的內容包括（）和（）。17.什么是可靠度？系統的可靠性預測和可靠性分配有何不同？18.CAD系統分類中的集中式主機系統有什么優(yōu)缺點？19.CAD技術在機械工業(yè)中的應用主要有哪幾方面？20.海賽（Hessian）矩陣21.有限元法的前處理主要包括哪些內容？22.當零件材料的強度的標準差增加時，零件的可靠度（）A、提高B、降低C、不變D、難以確定23.二維圖形比例變換矩陣中，可有（）A、a=0，d=1B、a=1，d=0C、a=d=1D、a=d=024.畫出梯度法流程圖。25.簡述用有限元方法求解問題的基本步驟。26.傳統CAD涉及以哪些基礎技術？27.根據強度—應力干涉理論可以判定，當強度均值r等于應力均值s時，則零件可靠度R的值（）A、小于0.5B、大于0.5C、等于0.5D、等于128.某系統由3個子系統串聯組成，若該系統的可靠度為0.729，且每個子系統的可靠度相等，則該子系統的可靠度為（）A、0.8B、0.9C、0.95D、129.一光柵掃描顯示器的分辨率為1024×768×8，其中8表示（）A、彩色顯示器有8種顏色B、單色顯示器有8種灰度級C、每個像素點用8位2進制表示D、8個幀緩沖存儲器30.下列優(yōu)化方法中，其處理方法是將有約束優(yōu)化問題轉化為無約束優(yōu)化問題來處理的是（）A、復合型法B、共軛梯度法C、變尺度法D、罰函數法31.劃分單元時應注意哪些問題。32.設計數據處理的常用方法有哪些？33.平面剛架結構中的某桿單元局部編碼依次對應的總體編碼為8，4，則單元剛度矩陣中的元素k24應放入總體剛度矩陣[K]中的第（）A、8行4列B、4行8列C、10行23列D、23行10列34.可靠性尺度包括（）、失效率、平均壽命、有效壽命、維修度、有效度、重要度等。35.常用的一維最優(yōu)化方法有黃金分割法和（）。36.按目標函數和約束函數的性質可分（）和（）。37.進行有限元分析時，剛度矩陣中的某元素為Kij，它的物理意義可表述為（）A、在i自由度方向產生單位位移時，需要在j自由度方向施加的力B、在j自由度方向產生單位位移時，需要在i自由度方向施加的力C、在i自由度方向產生單位位移時，需要在i自由度方向施加的力D、在j自由度方向產生單位位移時，需要在j自由度方向施加的力38.試簡述編碼剪裁（Cohen-Sutherland）算法的基本原理。39.抽取100只燈泡進行實驗，燈泡工作到50小時有12只損壞，工作到70小時有20只損壞，從50小時到70小時這段時間內燈泡的平均失效密度是（）A、0.006B、0.004C、0.0140.對結構進行有限元分析時，結構所受的載荷可以分為節(jié)點載荷和非節(jié)點載荷，對于（）載荷需要進行載荷的移置處理。41.對平面桁架結構進行有限元分析，單元局部坐標系下的剛度矩陣的階數為（）階矩陣。42.CAD系統中，滾筒式繪圖儀是一種（）設備。43.在有限元分析時，何謂對稱結構？一般如何處理？44.采用桿單元進行平面剛架有限元分析，桿單元的一端具有（）A、兩個自由度B、三個自由度C、四個自由度D、六個自由度45.CAD系統中，支撐用戶進行CAD工作的通用性功能軟件是（）A、系統軟件B、支撐軟件C、專用操作軟件D、專用應用軟件46.無約束優(yōu)化方法分為哪兩類？47.優(yōu)化設計的數學模型三要素是。48.在CAD作業(yè)過程中，人與計算機必須密切合作，在以下幾個方面中人起主導作用的是（）A、邏輯控制B、信息存儲與檢索C、分析與計算D、圖形處理與作圖49.平面桁架結構中的桿單元，在局部坐標系下的單元位移分量個數為（）A、2B、4C、6D、850.簡述什么是梯度？梯度的基本性質。51.有限元分析過程中，如何決定單元數量？52.功能元優(yōu)選原則是怎樣的。53.下列方法中屬于利用目標函數的導數構造搜索方向的優(yōu)化方法有（）A、坐標輪換法B、梯度法C、單純形D、Powell法E、變尺度法54.機電產品零件失效率曲線有（）區(qū)域、正常工作區(qū)域、（）區(qū)域。55.對于n維優(yōu)化問題，采用復合形法尋優(yōu)，所構造的復合形的頂點個數不能少于（）A、n個B、n一1個C、n+1個D、2n個56.偏導數、方向導數都是研究某點沿給定方向的（）。57.常用的三種功能元是哪些？58.按Cohen—Sutherland編碼裁剪算法剪裁線段，當線段一個端點的編碼為0100，則該端點位于窗口（）A、下邊B、上邊C、左邊D、右邊59.說明消隱算法中的分段掃描線算法的原理。60.簡述有限元分析結果的后處理。61.機械系統可靠性優(yōu)化設計的3種實現策略分別是（）、（）、（）。62.有限元位移法中單元分析的主要內容由節(jié)點位移求內部任一點的位移，由節(jié)點位移求單元應變，應力和（）。63.平面桁架結構中的桿單元，每個單元中的位移分量個數為（）A、2B、3C、4D、664.在消隱處理中“面的可見性測試”適用何種情況的測試？說明其具體測試方法。65.簡述最優(yōu)分配法的原理及特點。66.簡述什么是優(yōu)化設計？下降迭代算法的構成需要解決哪幾個基本問題？67.梯度法與變尺度法所具有的收斂性分別為（）A、一次收斂性.一次收斂性B、二次收斂性.二次收斂性C、一次收斂性.二次收斂性D、二次收斂性.一次收斂性68.對一個具體結構進行有限元分析，在劃分節(jié)點和單元時，所劃分單元的數量取決于要求的精度、單元的（）和自由度的數量。69.在消陰處理中，進行極大／極小檢驗，如果兩個物體的投影不滿足極大／極小條件，則兩個物體之間（）A、相互完全遮擋B、部分相互遮擋C、相互不遮擋D、遮擋關系不確定70.單元剛度矩陣具有對稱性、（）性和奇異性。71.在Cohen--Sutherland編碼裁剪算法中，線段端點的編碼是采用二進制編碼的，它所采用的二進制數的位數為（）A、2位B、3位C、4位D、5位72.系統的可靠度取決于組成系統的各零部件的可靠度和（）兩個因素。73.簡述設計資料處理的程序化方法中常用的兩種處理方法。74.如何提高光柵掃描顯示器的分辨率？75.結合實際應用，說明CAD的工作過程。76.設備坐標系的維數一般為（）A、一維B、二維C、三維D、四維77.產品工作到t時刻后的單位時間內發(fā)生失效的概率稱為（）A、平均壽命B、平均失效密度C、平均可靠度D、平均失效率78.用有限元方法求解問題獲得的解屬于（）A、近似解B、精確解C、解析解D、半解析解79.黃金分割法中，每次縮短后的新區(qū)間長度與原區(qū)間長度的比值始終是一個常數，此常數是（）。80.請簡述梯度法和共軛梯度法的特點。81.工程設計的參數一般可分為幾何參數和（）兩種類型。82.按照強度一應力干涉理論，傳統設計中，當零件的平均安全系數為1時，零件的可靠度為（）。83.CAD的外部設備要通過各種接口與計算機相連，以下設備一般是通過標準接口RS-232C與計算機相連的是（）A、顯示器B、掃描儀C、數字化儀D、鍵盤E、打印機84.標準件的圖形構成分為四個層次：A類構件、B類構件、K類整件、G類組件，其中最基本的單元是（）。85.求解等式約束優(yōu)化問題的兩種處理方法。86.在工程設計的CAD作業(yè)中，一般對以線圖形式給出的系數或參數如何處理？87.在內點罰函數法中，初始罰因子的大小對優(yōu)化計算過程有何影響？88.下列特性中，梯度法不具有的是（）A、二次收斂性B、要計算一階偏導數C、對初始點的要求不高D、只利用目標函數的一階偏導數值構成搜索方向89.簡述可靠性設計傳統設計方法的區(qū)別。90.簡述平面應力和平面應變問題的區(qū)別。91.一隔行掃描光柵顯示器的水平掃描頻率為15600Hz，垂直掃描頻率為50Hz，則該顯示器垂直方向上的水平掃描線數為（）A、50條B、312條C、614條D、15600條92.簡述庫恩—塔克（K-T）條件。93.若把平面應力問題的彈性矩陣改成平面應變問題的彈性矩陣，只需將（）A、E換成E／（1-μ），μ換成1／（1-μ）B、E換成E／（1-μ2），μ換成1／（1-μ）C、E換成E／（1-μ2），μ換成μ／（1-μ）D、E換成E／（1-μ），μ換成μ／（1-μ）94.在有限元方法中，求總體剛度矩陣的方法主要有兩種，其中一種方法是利用剛度系數集成的方法獲得總體剛度矩陣的，該方法應用了（）原理。95.要將一個有約束問題的求解轉化為一系列無約束問題的求解，可以選擇（）A、復合形法B、簡約梯度法C、罰函數法D、共軛梯度法96.簡述強度—應力干涉理論中“強度”和“應力”的含義，試舉例說明之。97.簡述可靠度分配中的等同分配法與加權分配法的主要區(qū)別。98.簡述三維建模中表面幾何模型的主要特點。99.CAD一詞已經成為世界通用的名詞，它是指（）A、計算機輔助工程B、計算機輔助制造C、計算機輔助設計D、計算機輔助工藝規(guī)程設計100.500只燈泡工作200小時后，發(fā)現有30只損壞，此時這批燈泡的存活頻率為（）A、0.06B、0.94C、0.3D、0.15第I卷參考答案一.參考題庫1.參考答案：函數值2.參考答案：C3.參考答案：4.參考答案：現代CAD技術是指在復雜的大系統環(huán)境下，支持產品自動化設計的設計理論和方法，設計環(huán)境，設計工具各相關技術的總稱，它們能使設計工作實現集成化，網絡化和智能化，達到提高產品設計質量，降低產品成本和縮短設計周期的目的。5.參考答案：[a1，b]6.參考答案：用戶7.參考答案：C8.參考答案：①是數值計算而不是用數學分析方法；②具有簡單的邏輯結構并能進行反復的同樣的算術運算；③最后得出的是逼近精確解的近似解。9.參考答案：特征值10.參考答案：A11.參考答案：12.參考答案： 一般機械產品的可靠性設計程序，可大致分為以下幾個階段： （1）方案論證階段：確定可靠性指標，對可靠性和成本進行估算分析； （2）審批階段：對可靠度及其增長初步評估、驗證試驗要求、評價和選擇試制廠家； （3）設計研制階段：主要進行可靠性預測、分配和故障模式及綜合影響分析，進行具體結構設計； （4）生產及試驗階段：按規(guī)范進行壽命試驗、故障分析及反饋、驗收試驗等； （5）使用階段：收集現場可靠性數據，為改型提供依據。13.參考答案：無約束優(yōu)化問題；約束優(yōu)化問題14.參考答案： 設計變量的取值范圍有限制或必須滿足一定的條件，對設計變量取值的限制稱為約束條件。 不等式約束條件將設計空間劃分為可行域和非可行域，設計方案只能在可行域內選取。 等式約束條件只允許設計方案在可行域的等式約束線（或面）上選取。15.參考答案：B16.參考答案：可靠性預測；可靠性分配17.參考答案： 1、可靠度是產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的概率。 2、系統的可靠性預測和系統的可靠性分配的區(qū)別是：系統的可靠性預測是按系統的組成形式，根據已知的單元和子系統的可靠度計算求得的；系統的可靠性分配是將已知系統的可靠性指標合理地分配到其組成的各子系統和單元上去，從而求出各單元應具有的可靠度。18.參考答案： 優(yōu)點：一個集中的數據庫統一管理所有數據。 缺點： 1、由于所有軟件都存在主機里，一旦主機失誤，將影響用戶的工作。 2、當計算量過大時，系統響應變慢，甚至于會出現個別終端等待現象。19.參考答案： 1、二維繪圖。 2、圖形及符號庫。 3、參數化設計。 4、三維造型。 5、工程分析。 6、設計文檔和生產報表。20.參考答案：函數F（X）在（）kX點的二階偏導數矩陣，常用H（X）表示，這個矩陣是對稱矩陣。21.參考答案： （1）單元的自動分割生成網格。 （2）節(jié)點的自動優(yōu)化編碼。 （3）使用圖形系統顯示單元分割情況。 （4）帶寬優(yōu)化。 （5）節(jié)點坐標的確定。 （6）檢查單元分割的合理性。 （7）局部網格的自適應加密。 （8）有限元模型的尺寸優(yōu)化。22.參考答案：B23.參考答案：C24.參考答案：25.參考答案： 用有限元方法求解問題的基本步驟如下： （1）對整個結構進行簡化，并進行離散化； （2）求出單元的剛度矩陣； （3）集成總體剛度矩陣； （4）處理非節(jié)點載荷，引入支承條件； （5）寫出總體平衡方程； （6）求出各節(jié)點的位移； （7）求出各單元內的應力和應變； （8）分析結果的合理性。26.參考答案： 1、處理技術，如自動繪圖，幾何建模，圖形仿真及其他圖形輸入，輸出技術。 2、分析技術，如限元分析，優(yōu)化設計及面向各種專業(yè)的工程分析等。 3、數據管理與數據交換技術，如數據庫管理，產品數據管理，產品數據交換規(guī)范及接口技術等。 4、文檔處理技術，如文檔制作，編輯及文字處理等。 5、軟件設計技術，如窗口界面設計，軟件工具，軟件工程規(guī)范等。27.參考答案：C28.參考答案：B29.參考答案：C30.參考答案：D31.參考答案：（1）單元各邊不要相差太大。 （2）單元的大小要根據計算精度和計算成本來確定。 （3）單元疏密要按應力（場）的梯度變化分布。 （4）注意單元的界面布置。32.參考答案： 通常對設計數據處理的方法有以下兩種： （1）將設計數據轉變?yōu)槌绦颍闯绦蚧?。采取編程的方法對數表及圖線進行處理，通常不外乎兩種方法： 第一，采用數組存儲在程序中，用查表、插值的方法檢索所需數據； 第二，擬合成公式編入程序，由計算獲得所需數據； （2）利用數據庫管理設計數據。將數表中的數據或線圖經離散化后的數據按規(guī)定的格式存放在數據庫中，由數據庫自身進行管理，獨立于應用程序，因此，可以被應用程序所共享。33.參考答案：D34.參考答案：可靠度35.參考答案：二次插值法36.參考答案：線性規(guī)劃；非線性規(guī)劃37.參考答案：B38.參考答案： 將窗口的四個邊界向兩邊延伸，把平面分成9個區(qū)域，每個區(qū)域用四位二進制表示； 線段的端點落在哪個區(qū)域則端點的編碼就與該區(qū)的編碼相同； 如果線段兩端點的編碼都為“0000”，則線段位寺窗口內；如果線段兩端點編碼的邏輯乘不為“0000”，則線段位于窗口外； 如果線段不能用上述方法測試決定，則將線段分割，然后用上述方法判斷。39.參考答案：C40.參考答案：非節(jié)點41.參考答案：2×242.參考答案：繪圖43.參考答案： 當結構的幾何形狀、尺寸、載荷和約束條件對稱于某一平面（對平面問題對稱于某一直線），其結構內部的應力及位移也對稱于該平面（線），這類結構稱為對稱結構。 對于對稱結構一般按如下方法處理：當對稱結構只有一個對稱平面（線）時，只研究它的一半。若對稱結構有兩個相互垂直的對稱平面（線）時，則只研究它的四分之一。44.參考答案：B45.參考答案：B46.參考答案： 無約束優(yōu)化方法分為兩類： 第一類：直接解法。這種方法中只用到函數f（x），而不涉及其導數，如坐標輪換法、鮑威爾法（Powell法）、隨機搜索法、單純形法等； 第二類：間接解法。它要用到f（x）的導數，如用到一階導數的方法有梯度法、共扼梯度法和變尺度法；用到二階導數的方法以牛頓法為代表。間接解法也稱為解析法。47.參考答案：設計變量、目標函數、約束條件。48.參考答案：A49.參考答案：A50.參考答案： 函數在點X（K）的梯度是由函數在該點的各個一階偏導數組成的向量，即為一個列向量，可用行向量的轉置來表示： 梯度的基本性質為： （1）函數在一點的梯度是一個向量。梯度的方向是該點函數值上升得最快的方向，梯度的大小就是它的模長。 （2）一點的梯度方向與過該點的等值線或等值面的切線或切平面相垂直的方向或等值面的法線方向。 （3）梯度是函數在一點鄰域內局部性態(tài)的描述。在—點上升得快的方向不—定上升得快，甚至可能下降。51.參考答案：單元數量取決于要求的精度、單元的尺寸、以及自由度的數量，雖然，單元的數量越多精密度越高，但是也存在一個界限，超過這個值，精度的提高就不明顯。單元數量大，自自由度數也越大，計算機內存量有時會不夠。52.參考答案：①相容性：各功能元必須相容，否則不予組合。 ②優(yōu)先選用分功能較佳的解。 ③剔除不滿足設計要求和約束的解或不滿意的解。53.參考答案：B,E54.參考答案：早期失效；功能失效55.參考答案：C56.參考答案：變化率57.參考答案：物理功能元、邏輯功能元、數學功能元。58.參考答案：A59.參考答案： 分段掃描線算法的原理為： 掃描線算法通過計算每一行掃描線與各物體在屏幕上投影之間的關系來確定該行的有關顯示信息。 每條掃描線被各多邊形邊界在xy平面上的投影分割成若干段，在每段中最多只有一個多邊形是可見的。 只要在段內任一點處，找出在該處Z值最大的一個多邊形，這個段上的每個象素點就用這個多邊形的顏色來填充。60.參考答案：后處理所顯示的結果主要有兩類：意識結構的變形，另一類是應力和應變在結構中分布的情況。一般用結構的三維線框圖，采用與結構不同的比例尺，放大地顯示其變形的情況，在受動載荷時，也可用動畫顯示其振動的形態(tài)。結構中應力、應變或唯一的分布用云圖或等值線圖來顯示。61.參考答案：耦合優(yōu)化策略；分解協調優(yōu)化策略；分散優(yōu)化策略62.參考答案：節(jié)點力63.參考答案：C64.參考答案： “面的可見性測試”適用于單凸物體的自隱藏線和自隱藏面的消隱測試。 “面的可見性測試”也稱為法線方向測試。它利用面的法線矢量和視線矢量之間夾角的大小判別面的可見性。 欲判別某個面的可見性，則先做該面的法線，法線矢量垂直于物體表面且指向物體的外部為正方形；再從觀察者的視點處向該面引視線矢量，視線矢量從視點指向物體方向為正方向；然后計算法線矢量和視線矢量的夾角，夾角大于90度，面可見，夾角小于90度，面不可見。65.參考答案： 最優(yōu)分配法是將系統的成本、重量、體積或研制周期等影響因素作為目標函數，而將可靠度作為約束條件或將可靠度作為目標函數，而將影響因素作為約束條件進行可靠度分配。 特點：全面考慮各種因素的影響，采用優(yōu)化方法分配可靠度。66.參考答案： 1、優(yōu)化設計是指，將工程設計問題轉化為最優(yōu)化問題，利用數學規(guī)劃方法，借助電子計算機高速度、高精度和大儲存量的運算處理能力，從滿足設計要求的一切可行方案中自動尋求最佳設計方案的設計方法。 2、下降迭代算法的構成需要解決以下三個基本問題：選擇搜索方向，確定步長因子，給定收斂準則。67.參考答案：C68.參考答案：尺寸69.參考答案：D70.參考答案：分塊71.參考答案：C72.參考答案：零部件的組成方式73.參考答案： 程序化方法常用的兩種處理方法為：存儲查表法和經驗公式法。 存儲查表法，是將數表中的數據或線圖經離散化后存入計算機，用查表、插值等方法檢索所需要數據。 經驗公式法，是將數表中的數據或線圖擬合成公式編入程序計算出所需要的數據。74.參考答案： 為了提高圖形的清晰度，應增加掃描線的線數。 有兩個方法可供選擇： 1、在水平掃描頻率不變的前提下把水片掃描線數量增加一倍。 2、采用逐行掃描但水平掃描頻率增高。75.參考答案： CAD的工作過程為： 1、通過CAD系統人機交互界面輸入設計要求，構造出設計產品的幾何模型，并將相關信息存貯于數據庫中； 2、運用計算方法庫的計算分析：包括有限元分析和優(yōu)化設計，同時確定設計方案和零部件的性能參數； 3、通過人機交互方式，對設計結果進行評價決策和實時修改，直至達到設計要求為止，利用圖形庫支持工具，繪制所需圖形，生成各種文檔； 4、設計結果可直接進入CAPP和CAM階段。76.參考答案：B77.參考答案：D78.參考答案：A79.參考答案：0.61880.參考答案： （1）梯度法的特點： 1、梯度法理論明確，程序簡單，計算量和存儲量較少，對初始點的要求不嚴格。 2、負梯度方向不是理想的搜索方向，梯度法也不是一種理想的方法，梯度法的收斂速度并不快。 3、梯度法的迭代全過程的搜索路線呈鋸齒狀。 （2）共軛梯度法的特點： 1、全局收斂（下降算法），線性收斂； 2、每步迭代只需存儲若干向量（適用于大規(guī)模問題）； 3、有二次終結性（對于正定二次函數，至多n次迭代可達opt.）81.參考答案：物理參數82.參考答案：0.583.參考答案：B,C84.參考答案：A類85.參考答案：消元法（降維法）和拉格朗日乘子法（升維法）。86