2024年高等教育工学类自考-02200现代设计方法历年考试高频考点试题附带答案

2024年高等教育工学类自考-02200现代设计方法历年考试高频考点试题附带答案（图片大小可自由调整）第1卷一.参考题库(共25题)1.简述消隐处理中的Z向深度缓冲算法的基本原理。2.画出梯度法流程图。3.系统可靠性的大小主要取决哪些因素？4.在以样本数据估计母体可靠度时，如果a变大，则估计的可靠性（）A、降低B、不变C、增大D、无法判断5.CAD系统中不是按其描述和存储内容的特征划分的几何模型（）A、线框几何模型B、表面几何模型C、实体几何模型D、曲面几何模型6.在特征模型中，形状特征是其它特征的（），非凡何特征信息一般作为属性或约束附加在形状特征上。7.简述可靠性设计传统设计方法的区别。8.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。9.什么是共轭梯度法？试述梯度法与共轭梯度法的区别。10.将平面图形沿X方向平移10个单位，沿Y方向平移15个单位，其坐标变换矩阵为（）A、B、C、D、11.约束条件12.进行有限元分析时，刚度矩阵中的某元素为Kij，它的物理意义可表述为（）A、在i自由度方向产生单位位移时，需要在j自由度方向施加的力B、在j自由度方向产生单位位移时，需要在i自由度方向施加的力C、在i自由度方向产生单位位移时，需要在i自由度方向施加的力D、在j自由度方向产生单位位移时，需要在j自由度方向施加的力13.建立优化设计的数学模型的基本步骤。14.三维图形变换矩阵，中l表示产生的（）A、比例变换B、对称变换C、错切变换D、平移变换15.若函数F（x）在Dl上具有连续二阶导数（D是Dl内部的凸集），则F（x）为D上的凸函数的充分必要条件是F（x）的Hessian矩阵（）A、半正定B、正定C、半负定D、负定16.在以下方法中，可以用来处理有约束优化问题的间接法是（）A、复合形法B、简约梯度法C、罚函数法D、变尺度法17.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？18.三维实体模型的实现方法中，体素构造法的基本思想是什么？需要储存的几何模型信息有哪些？19.约束可以分为那几种？20.当强度和应力均服从正态分布时，可利用正态分布表根据（）来确定可靠度。21.下降迭代算法的收敛准则有哪些？22.简述平面应力和平面应变问题的区别。23.简述求解优化问题的图解法基本步骤。24.下列特性中，梯度法不具有的是（）A、二次收敛性B、要计算一阶偏导数C、对初始点的要求不高D、只利用目标函数的一阶偏导数值构成搜索方向25.由1O只灯泡组成的照明系统，每只灯泡的故障率为2%，用二项分布确定当有1只灯泡发生故障的概率为（）A、0.295B、0.270C、0.182D、0.09第2卷一.参考题库(共25题)1.试述方向导数与梯度的关系。2.平面三角形单元和平面刚架单元具有相同的（）A、单元形状B、节点数C、位移分量数D、转换矩阵3.若产品的平均寿命等于失效率的倒数则产品的寿命服从（）A、正态分布B、泊松分布C、指数分布D、二项分布4.在进行图形处理时，为什么要引入规格化设备坐标系？5.平面桁架结构中的杆单元，每个单元中的位移分量个数为（）A、2B、3C、4D、66.要将一个有约束问题的求解转化为一系列无约束问题的求解，可以选择（）A、复合形法B、简约梯度法C、罚函数法D、共轭梯度法7.写出n元函数的泰勒展开式。8.用有限元法求解汽车在路面谱激励下的响应，该问题属于（）问题。9.标准件的图形构成分为四个层次：A类构件、B类构件、K类整件、G类组件，其中最基本的单元是（）。10.通过窗口与视区的匹配实现摇视，窗口和视区的位置参数需要（）A、变动窗口位置，固定视区位置B、固定窗口位置，变动视区位置C、变动窗口位置，变动视区位置D、固定窗口位置，固定视区位置11.在有限元分析中，为什么要采用半带存储？12.CAD一词已经成为世界通用的名词，它是指（）A、计算机辅助工程B、计算机辅助制造C、计算机辅助设计D、计算机辅助工艺规程设计13.什么是约束条件？约束条件和可行域有何关系？14.优化设计的数学模型的基本组成要素是（）A、设计变量，目标函数，约束条件B、设计变量，目标函数C、设计空间，目标函数，约束条件D、设计变量，约束条件15.海赛（Hessian）矩阵16.请写出梯度法的迭代公式。17.传统设计方法18.什么是优化设计中的约束条件？等式约束和不等式约束有何区别与联系？19.单元刚度矩阵具有对称性、（）性和奇异性。20.简述目标函数与设计变量的关系。21.简述什么是优化设计？下降迭代算法的构成需要解决哪几个基本问题？22.机械系统可靠性优化设计的3种实现策略分别是（）、（）、（）。23.并联系统的可靠度比组成该系统的零件的可靠度（）A、底B、高C、相等D、不确定24.固定视区参数、放大窗口，则显示的图形将（）。25.什么叫事物物性表？其作用是什么？第3卷一.参考题库(共25题)1.可靠性分配需考虑哪些因素？2.目标函数3.有限元分析中，下列单元属于二维单元的是（）A、六面体单元B、四面体单元C、杆单元D、三角形单元4.说明实体几何模型有哪些主要应用？5.Powell法在每一轮形成新的搜索方向时会存在何种问题导致不收敛？如何修正？6.内点罚函数法的特点是（）A、能处理等式约束问题B、初始点必须在可行域内C、初始点可以在可行域外D、后面产生的迭代点序列可以在可行域外7.可靠性指标的分配问题是指（），是可靠性预计的逆过程，即在已知系统可靠性指标时，如何考虑和确定其组件单元的可靠性指标值。8.简述方向导数。9.标准件的特性文件给出了为生成图形所必须的全部几何参数，为了具体产生图形还需要进一步说明标准件的显示等级、（）和组装方式等。10.某刚架单元两节点对应的总体编码为5和3，则局部座标系下的单元刚度系数k在总体刚度矩阵中的位置为（）A、第5行第3列B、第14行第3列C、第5行第14列D、第14行第14列11.世界坐标系是一个符合右手定则的直角坐标系，世界坐标系也称为（）坐标系。12.在平面应变问题中，沿轴线方向（）A、应变、应力都为零B、应力为零，但应变不为零C、应变为零，但应力不为零D、应变、应力都不为零13.简述最优分配法的原理及特点。14.请简述现代CAD技术研究的内容。15.最优化问题，按是否包含有约束条件分为（）和（）。16.计算机辅助设计（CAD）在产品或工程的开发过程中可以进行的工作是（）A、设计B、绘图C、分析计算D、修改E、编写技术文件17.对于三分之二表决系统而言，下列说法正确的有（）A、该系统只有4种能正常工作的情况B、该系统属于广义的工作冗余系统C、该系统属于非工作冗余系统D、若各零件服从参数为λ的指数分布，则系统的平均寿命为E、该系统能正常工作的情况大于418.在内点罚函数法中，初始罚因子的大小对优化计算过程有何影响？19.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？20.工程数据采用程序化方法处理时，一般有两种方法，一种为查表、插值的方法，另一种为将数据和线图（）。21.在Cohen--Sutherland编码裁剪算法中，线段端点的编码是采用二进制编码的，它所采用的二进制数的位数为（）A、2位B、3位C、4位D、5位22.对于一个无约束优化问题，若设计变量很多（n>20），且每一步的Hessian矩阵求解很费时间，则下列方法对于该类问题较为适用的是（）A、拟牛顿法B、变尺度法C、罚函数法D、复合形法23.功能分析设计法24.常用的迭代终止准则有哪些？25.梯度法与变尺度法所具有的收敛性分别为（）A、一次收敛性.一次收敛性B、二次收敛性.二次收敛性C、一次收敛性.二次收敛性D、二次收敛性.一次收敛性第1卷参考答案一.参考题库1.参考答案: 1、该算法采用帧缓冲区存放像素值，采用一个与屏幕对应的深度信息缓冲存储器（简答Z缓冲区），记录像素所显示的空间点的Z坐标（即深度值）。 2、对景物中的每个多边形找到当多边形投影到屏幕时位于多边形内或边界上的所有像素点，对每一个像素，在（x，y）处计算多边形的深度Z，并与Z缓冲区的对应值，同时将（x，y）处的多边开的明暗写入帧缓冲区中对应于该屏幕代表的单元中。 3、当所有边多形处理完毕后在帧缓冲区中保留的就是已经消隐过的最终结果。2.参考答案:3.参考答案: （1）组成系统的零部件的可靠性。 （2）零部件的组合方式。4.参考答案:A5.参考答案:D6.参考答案:载体7.参考答案: 传统设计是将设计变量视为确定性单值变量，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。8.参考答案: 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。9.参考答案: 共轭梯度法是以函数的梯度构造共轭方向的一种算法，具有共轭方向的性质。共轭梯度法具有超线性收敛速度。 梯度法与共轭梯度法的区别是： 1、最速下降法（梯度法）：搜索方向为目标函数负梯度方向，计算效率优于坐标轮换法。开始几步搜索下降快，但愈接近极值点下降愈慢。对初始点的选择要求不高，适合与其它方法结合使用。 2、共轭梯度法：第一步搜索沿负梯度方向，然后沿负梯度的共轭方向搜索。计算效率介于梯度法和牛顿法之间。对初始点没有特殊的要求，不需要计算二阶偏导数矩阵及其逆矩阵，计算量与梯度法相当。适用于各种规模的问题。10.参考答案:A11.参考答案:在优化设计中，这种对设计变量取值的限制条件简称为约束条件。12.参考答案:B13.参考答案:①识别要确定的未知变量（设计或决策），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，并将它们表示未知变量的线性或非线性的等式或不等式组。14.参考答案:D15.参考答案:C16.参考答案:C17.参考答案:基本思想：根据叠加原理，利用集成的方法，求出总体刚度矩阵。集体步骤如下： （1）对于一个n个节点的平面钢架结构，将总体刚度矩阵[K]划分成n×n个子区间，然后按节点总码的顺序进行编号； （2）将整体坐标系中单元刚度矩阵的各子矩阵，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，成为总体刚度矩阵中相应的子矩阵，从而集成总体刚度矩阵。18.参考答案: 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，经过有限次形状品和运算构建得到。 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。19.参考答案:约束可以分为显式约束和隐式约束；也可分为边界（侧面）约束和性态（性能）约束。20.参考答案:可靠性系数21.参考答案: 下降迭代算法的收敛准则有： （1）点距准则：相邻两迭代点的距离来判断； （2）值差准则：相邻两迭代点的函数值之差来判断； （3）梯度准则：梯度的模长判断。22.参考答案:（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。平面应变问题中由于Z项尺寸大，该方向上的变形时被约束住的，沿Z项的应变为零。（2）弹性矩阵不同：将平面应力问题弹性矩阵中的E换成E/（1-u2）、把u换成u/（1-u），就成为平面应变问题的弹性矩阵。23.参考答案:图解法的基本步骤是：首先确定设计空间；再作出约束可行域；画出目标函数的一簇等值线；最后根据等值线与可行域的相互关系确定最优点。24.参考答案:A25.参考答案:B第2卷参考答案一.参考题库1.参考答案: 函数在一点的梯度是函数在该点变化率的全面描述。当方向S与梯度的夹角为零时，方向导数达到最大值；这时梯度的模就是函数的最大变化率，此方向称之为梯度方向，函数在给定点的梯度方向必定是该点等值线或等值面的法线方向。当方向S与点X（k）的梯度相垂直时，函数在该点沿S的方向导数等于零，即，这说明方向S位于该点等值线的切线上或等值面的切平面内。因此函数在一点的梯度方向是该点上方向导数最大的方向，或者说函数值增长得最快的方向。2.参考答案:C3.参考答案:C4.参考答案: （1）由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围是左下角（0，0），右上角（1，1），其工作范围为0～1。5.参考答案:C6.参考答案:C7.参考答案:8.参考答案:瞬态9.参考答案:A类10.参考答案:A11.参考答案: 1、单元尺寸越小，单元数越多，分析计算净度越高。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、只储存对焦线元素以及上（或下）三角矩阵中宽为NB的斜带形区内的元素，可以大大减小所需内存量。12.参考答案:A13.参考答案: 设计变量的取值范围有限制或必须满足一定的条件，对设计变量取值的限制称为约束条件。 不等式约束条件将设计空间划分为可行域和非可行域，设计方案只能在可行域内选取。 等式约束条件只允许设计方案在可行域的等式约束线（或面）上选取。14.参考答案:A15.参考答案:函数F（X）在（）kX点的二阶偏导数矩阵，常用H（X）表示，这个矩阵是对称矩阵。16.参考答案:17.参考答案:主要指在计算机出现以前，设计者凭直觉和经验，借助一些推导出的简单公式和经验公式进行计算，做小规模且粗糙的实验，对类似的产品和设计进行类比等的设计方法。其特点：人工试凑、经验类比、以静态为假设条件、设计者和制造者分离。18.参考答案: 在优化设计中，设计变量的取值有限制或必须满足一定的条件，这种对设计变量的限制条件称为约束条件。 不等式约束将设计变量限制在一个区间或区域，约束不严格；而等式约束设计变量限制在一个点、线或面上，约束严格。 等式约束起到降低自由度的作用，有一个等式约束可以降低一个设计自由度；一个等式约束可以用两个不等式约束表示。19.参考答案:分块20.参考答案:①设计变量与一个目标函数之间的函数关系，是二维平面上的一条曲线。 ②当有两个设计变量时，目标函数与他们的关系是三维空间的一个曲面。 ③当有n个设计变量时，目标函数与n个设计变量呈n+1维空间的超越曲面关系。21.参考答案: 1、优化设计是指，将工程设计问题转化为最优化问题，利用数学规划方法，借助电子计算机高速度、高精度和大储存量的运算处理能力，从满足设计要求的一切可行方案中自动寻求最佳设计方案的设计方法。 2、下降迭代算法的构成需要解决以下三个基本问题：选择搜索方向，确定步长因子，给定收敛准则。22.参考答案:耦合优化策略；分解协调优化策略；分散优化策略23.参考答案:B24.参考答案:缩小25.参考答案: 事物物性表是一种组合排列对象的事物和关系特性的表格。 事物物性表的作用是： 1、可用于概括地描述、限制和选择标准的、非标准的，物质的和非物质的以及相互近似的事物对象。 2、将其用于CAD中，可规范化的支持CAD数据的归档、存储和交换。第3卷参考答案一.参考题库1.参考答案: 可靠性分配考虑的因素： 1、子系统复杂程度的差别； 2、子系统重要程度的差别； 3、子系统运行环境的差别； 4、子系统任务时间的差别； 5、子系统研制周期的差别。2.参考答案:又称评价函数，是标量函数。用来评价设计方案好坏的标准。任何一项机械设计方案的好坏，总可以用一些设计指标来衡量，而这些设计指标可以用设计变量的函数的取值大小加以表征，该函数就称为优化设计的目标函数。3.参考答案:D4.参考答案:实体几何模型支持绘制真实感强和消去隐藏先的透视图和渲染图；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。5.参考答案: P.owell法在每一轮形成新的搜索方向替换原来矢量组中的第一个方向形成新的搜索方向组，可能存在新的方向组线性相关的情况，从而导致算法不收敛的问题。 修正方法：选代过程中，形成一个新的方向后，先判别一下新方向是否有效，如果有效则替换原来的搜索方向组中的