现代机械研发设计理论与方法A何雪红[]

1、2021年试卷A一.选择题可多项选择,每题2分,共20分1 .机械产品的设计规划阶段,应完成如下主要工作.A产品的市场需求分析B产品设计的可靠性报告C产品的功能原理设计D产品的结构方案设计E产品的装配草图绘制F产品的零件图和其他技术文件2 .以下有关机械系统特点的描述哪些是正确的.A整体性B系统性C独立性D相关性3 .机械产品的功能是对进行传递和变换的程序、成效和水平的抽象化描述.A机械流B能量流C物质流D电流E信息流F限制流4 .功能分解的结果有两种表达方式,其中,在形式上比拟简单、直观,可以清楚地表达各分功能的层次关系,而那么能够更充分地表达各分功能之间的相互配合关系.IS恁润属彩瘗睐杨尻

2、赖.A功能结构图B功能树C功能元D核心功能5 .布置传动系统时,一般把带传动安排在传动链的A低速端B高速端6 .以下的结构设计中,哪些结构比拟合理C)7 .上一题目中选择的依据是遵循哪种结构设计原理A等强度原理B合理力流原理C变形协调原理D任务分配原理E自补偿原理8 .图示平面问题,满足.yBu=0CADAxOv=0xA对称性条件B反对称性条件9 .对a图所示的轴对称模型进行有限元分析时,必须施加约束支座以消除刚体位移.下A） b图B） c图10 .将研究对象的各个局部、各个方面和各种因素联系起来加以考虑,从整体上把握事物的本质和规律,从而寻求新的创造的原理是.残鸯楼静翎榭第叙I.A综合创造原

3、理B别离创造原理C移植创造原理D物场分析原理E复原创造原理F价值优化原理二.判断题：正确：T;错误：F,各2分,共20分1 .机械产品的方案设计阶段就是要完成产品的原理方案设计.2 .一个机械系统必须由动力系统、执行系统、传动系统、操纵限制系统、架体支撑系统几局部组成.r钢极镇桧猪锥.3 .机械设计学强调从功能的观点来看机器的组成,由于这更有利于和设计过程中的工作特点相协调.弹贸摄尔霁毙撰砖卤尻.4 .总体布局设计一般先布置动力系统和传动系统,然后再布置执行系统等.5 .在设计机械时,一般需预先给定机械的工作载荷.该工作载荷可以由设计者自行确定,也可以由需求方提供.养技箧颠W志类蒋蔷.6 .执

4、行构件的作用是传递和变换运动和动力.7 .三角形单元和矩形单元的每个节点均有两个位移自由度.8 .结构离散化就是将复杂结构划分成通过节点相连的假设干个单元.9 .设计变量的个数即为设计空间的维数.10 .并联系统的可靠度是各单元可靠度之和.三.简做题各6分,共36分1 .机械设计具有哪些特点2 .进行原理方案构思时常用哪些方法?3.机械产品的更新换代一般有哪几种途径?4.机构运动循环图有哪三种表达形式试绘图说明.5.常用的机械结构设计原理有哪些?6.说明应用有限元法解题的一般过程.四、有一边长为8cm的正方形铁皮,在四角剪去相同的小正方形,折成一个无盖的盒子,确定剪去小正方形的边长为多少时能使

5、铁盒的容积最大.厦礴恳蹒骈日寺翥继骚.(1)试建立该优化问题的数学模型.(10分)(2)试构造求解该优化数学模型的惩罚函数.5分五、如下图混合系统,假设各单元相互独立,且单元可靠度分别为Rl=0.99,R2=0.98,R3=0.97,R4=0.96,R5=0.975,试求系统可靠度.9分茕桢广鲫献选块网踊泪.r-D|oQi-I32021试卷A答案一.选择题可多项选择,每题2分,共20分1 .机械产品的设计规划阶段,应完成如下主要工作ABD.A产品的市场需求分析B产品设计的可靠性报告C产品的功能原理设计D产品的结构方案设计E产品的装配草图绘制F产品的零件图和其他技术文件2 .以下有关机械系统特点

6、的描述哪些是正确的AB.A整体性B系统性C独立性D相关性3 .机械产品的功能是对BDE进行传递和变换的程序、成效和水平的抽象化描述.A机械流B能量流C物质流D电流E信息流F限制流4 .功能分解的结果有两种表达方式,其中,B在形式上比拟简单、直观,可以清楚地表达各分功能的层次关系,而A那么能够更充分地表达各分功能之间的相互配合关系.鹅娅尽指偶惨屣茏A功能结构图B功能树C功能元D核心功能5 .布置传动系统时,一般把带传动安排在传动链的BA低速端B高速端6 .以下的结构设计中,哪些结构比拟合理AD.C)yBu=0CADAxOv=0x(a)7 .上一题目中选择的依据是遵循哪种结构设计原理A)B)C)D

7、)E)等强度原理合理力流原理变形协调原理任务分配原理自补偿原理8 .图示平面问题,满足yB=0Av=0xA对称性条件B反对称性条件9 .对a图所示的轴对称模型进行有限元分析时,必须施加约束支座以消除刚体位移.下BK丛妈翅为瞻债蛭练浮.A） b图B） c图10 .将研究对象的各个局部、各个方面和各种因素联系起来加以考虑,从整体上把握事物的本质和规律,从而寻求新的创造的原理是A.圣拗B龈讶骅汆.A综合创造原理B别离创造原理C移植创造原理D物场分析原理E复原创造原理F价值优化原理2 .判断题：正确：T;错误：F,各2分,共20分1 .机械产品的方案设计阶段就是要完成产品的原理方案设计.F2 .一个机

8、械系统必须由动力系统、执行系统、传动系统、操纵限制系统、架体支撑系统几局部组成.F3 .机械设计学强调从功能的观点来看机器的组成,由于这更有利于和设计过程中的工作特点相协调.T4 .总体布局设计一般先布置动力系统和传动系统,然后再布置执行系统等.F5 .在设计机械时,一般需预先给定机械的工作载荷.该工作载荷可以由设计者自行确定,也可以由需求方提供.T渗呛俨匀谓鳖调砚金帛.6 .执行构件的作用是传递和变换运动和动力.F7 .三角形单元和矩形单元的每个节点均有两个位移自由度.T8 .结构离散化就是将复杂结构划分成通过节点相连的假设干个单元.T9 .设计变量的个数即为设计空间的维数.T10 .并联系

9、统的可靠度是各单元可靠度之和.F3 .简做题(各6分,共36分)1 .机械设计具有哪些特点【答案】(1) 多解性在许多情况下,一个设计方案不可能同时满足所有用户的要求,而能满足同一用户需求的设计方案一般来说也不止一个,因此设计具有多解性.钱卧泻嵯圣骋睨限期(2) 系统性机械设计既要满足用户对产品技术性、经济性和社会性的追求,又必须满足各方面的约束条件,如加工和制造条件、使用和操作条件、保养和维修条件、运输条件等；机械设计还需考虑机械本身的系统性,施凤袜备鄱轮烂蔷.(3) 创新性各种机械设计都是程度不同的创新活动.科技成果不断以产品形式转化为生产力,设计是实现这一转化的关键环节.每一个开发性设计

10、都意味着有新的科技成果被应用,每一次产品的改良都是一次创新,设计过程表达了设计者的创造性劳动嬲熟俣阉蕨直阊邺钱II.2 .进行原理方案构思时常用哪些方法【答案】(1)黑箱法利用对未知系统的外部观测,分析该系统与环境之间的输入和输出,通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性所需具备的工作原理与内部结构,这种方法称为黑箱法.黑箱法要求设计者不要首先从产品结构着手,而应从系统的功能出发设计产品.坛搏乡it忏篓锲铃演.(2)列举法以现有功能类似的机械作对象,列举其优点,在新方案中保存；列举其缺点,以便防止；列举其缺乏(或不同)之处,以便作必要的补充.在继承根底上创新,可使新方案尽可能完善.蜡燮夥痛

11、宰艮住铉锚金市赘.(3)移植法受其它事物(也许与本课题毫无直接关系的事物)的启迪,触发灵感,运用联想将其原理合理地应用到自己的课题上.H蜩福昙JW送闫撷凄.(4)筛选法将有可能实现该功能要求的工作原理、工艺动作及实现该运动的根本机构和组合机构尽可能按层次罗列出来,进行排列组合；再按可行性、先进性、方便性、经济性逐个分析审查,淘汰不适合的.铺蜩椭鹏踪韦麟余翟.在进行方案构思时,不管是总体方案还是某一局部的具体问题,都不单独使用某一种方法,这几种方法往往要综合应用,才能收到较好的效果.H颜震彦决绥I1饴夏锦.3 .机械产品的更新换代一般有哪几种途径【答案】一般有以下三种途径：(1) 改革工作原理；

12、(2) 通过改良工艺、结构和材料改良性能；(3) 增加辅助功能,以满足使用者需求.4 .机构运动循环图有哪三种表达形式试绘图说明.【答案】(1)直线式以一定比例的直线段表示运动循环各运动区段的时间,如图(a)所示.这种表示方法最简单,但直观性很差,且不能清楚地表示与其他机构动作间的相互关系.猫蚕ft绘燎舶诛髅既尻.(2)极坐标式将运动循环的各运动区段的时间及顺序按比例绘于圆形坐标上,如图(b)所示.此法直观性较强,尤其对于分配轴每转一周为一个机械工作循环者,有很多方便之处.但是,当执行机构太多时,需将所有执行机构的运动循环图分别用不同直径的同心圆环来表示,那么看起来不很方便.锹籁饕迳琐肇禊鸥娅

13、蔷.(3)直角坐标式以直角坐标表示各执行构件的各个运动区段的运动顺序及时间比例,同时还表示出执行构件的运动状态,如图(c)所示.此法直观性最强,比上述两种运动循环图更能反映执行机构运动循环的运动特征.情氽加t旗饨算龈话鸯.5 .常用的机械结构设计原理有哪些【答案】(1)等强度原理(2)合理力流原理(3)变形协调原理(4)力平衡原理(5)任务分配原理(6)自补偿原理(7)稳定性原理6 .说明应用有限元法解题的一般过程.【答案】(1)问题及求解域定义根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域,建立有限元计算模型.(2)连续体离散化连续体离散化,习惯上称为有限元网格划分,即将连续体划分为有限个具

14、有规那么形状的微小块体,把每个微小块体称为单元,两相邻单元之间只通过假设干点相互连接,每个连接点称为节点.为合理有效地表示连续体要选择好单元的类型、数目、大小和排列方式.辄峰隔槿籥将余周偎虢荥.(3)单元分析选择位移模式分析单元的力学性质计算等效节点力(4)组成物体的整体方程组由的单元刚度矩阵和单元等效节点载荷列阵集成表示整个物体性质的结构刚度矩阵和结构载荷列阵,从而建立起整个结构量一一总节点载荷与整个物体未知量一一总节点位移的关系.得到系统的根本方程后,考虑其边界条件或初始条件,求解上述联立方程组.尧侧闺H绛绚勘蜕督.(5)求解有限元方程和结果解释求解上述联立方程组,求解结果是单元节点处状态变量的近似值.四、有一边长为8cm的正方形铁皮,在四角剪去相同的小正方形,折成一个无盖的盒子,确定剪去小正方形的边长为多少时能使铁盒的容积最大.识金昆缢蝶竟嗜俨凄.(1)试建立该优化问题的数学模型.(10分)(2)试构造求解该优化数学模型的惩罚函数.(5分)【答案】(1)设计变量：小正方形边长为x目标函数：铁盒的容积fx=X8-2X)约束条件：-x0x-80数学模型描述：minf(x)=-x(8-2x)2s.t